【摘要】：隨著我國天然氣能源消費占比的逐漸增高,國內(nèi)的天然氣資源已經(jīng)無法滿足市場需求,大力發(fā)展海上天然氣技術(shù)將是緩解能源壓力的一種主要方式。在海上天然氣液化流程中,分離器作為兩相分離的關(guān)鍵設(shè)備,分離出的液相冷劑為換熱器提供冷量,氣相為后續(xù)流程提供制冷劑。重力式分離器以其結(jié)構(gòu)簡單、易大型化的特點,多應(yīng)用于海洋平臺及浮式油輪上,其分離效果對換熱器的性能乃至液化系統(tǒng)影響很大,因此對分離器的分離特性進(jìn)行研究十分必要。本文采用FLUENT軟件對設(shè)計的重力式氣液分離器進(jìn)行數(shù)值模擬。首先介紹了FLUENT軟件所用到的數(shù)值計算方法;其次,簡化重力分離器的模型以便用于數(shù)值模擬,劃分網(wǎng)格、進(jìn)行了網(wǎng)格無關(guān)性驗證并驗證了模型的準(zhǔn)確性;最后,選定數(shù)值模擬所需的計算模型、邊界條件等,并將分離效率作為分離器分離特性的評價指標(biāo)。本文主要針對海上晃蕩工況,因此要研究晃蕩條件對分離特性的影響。真實海況下,影響晃蕩的主要因素包括橫搖、縱搖和垂蕩。根據(jù)分離器結(jié)構(gòu)的對稱性,將其簡化為橫搖和垂蕩。針對這兩種晃蕩工況,分別研究不同振幅與周期條件下,重力分離器氣體出口液相流量與分離效率的變化情況。經(jīng)研究可知,分離器出口液相流量與分離效率隨時間發(fā)生正弦變化,且晃蕩工況使分離效率下降:振幅越大,流量波動越劇烈,分離器對兩相流的分離效果越差;周期增大,流量波動越平緩,分離效果越好。在天然氣液化流程中,不同階段的混合冷劑組分不同,運行參數(shù)也有所差異;相關(guān)聯(lián)設(shè)備尺寸與運行工況的差異導(dǎo)致分離器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化。在同一晃蕩條件下,分別研究不同制冷劑流量、干度、分離器直徑、高度、進(jìn)出口管徑對分離效果的影響,對結(jié)果分析可知,不同的運行及結(jié)構(gòu)參數(shù)對分離特性有不同的影響規(guī)律。最后,根據(jù)晃蕩參數(shù)、運行參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)的研究結(jié)果,對分離器的結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)。分別研究擋板、多孔隔板聯(lián)箱及二者共同作用下分離器的分離特性,分析結(jié)果可知:分離效率隨著擋板角度的增大而減小;多孔隔板聯(lián)箱在穩(wěn)定流場方面有明顯作用,且分離效率隨著聯(lián)箱孔隙率的增大而減小;二者共同作用下,分離器性能有明顯提升。
[Abstract]:With the increasing proportion of natural gas energy consumption in China, the domestic natural gas resources have been unable to meet the market demand. Vigorously developing offshore natural gas technology will be a main way to alleviate the energy pressure. In the offshore natural gas liquefaction process, the separator is the key equipment for two-phase separation, the separated liquid phase coolant provides cooling capacity for the heat exchanger, and the gas phase provides refrigerants for the subsequent process. Gravity separator is widely used in offshore platforms and floating tankers because of its simple structure and easy to be large-scale. Its separation effect has a great influence on the performance of heat exchanger and even on liquefaction system. Therefore, it is necessary to study the separation characteristics of the separator. In this paper, FLUENT software is used to simulate the designed gravity gas-liquid separator. Firstly, the numerical calculation method used in FLUENT software is introduced. Secondly, the model of gravity separator is simplified for numerical simulation, grid division, grid independence verification and verification of the accuracy of the model. Finally, the calculation model and boundary conditions needed for numerical simulation are selected, and the separation efficiency is taken as the evaluation index of separation characteristics of separator. In this paper, the influence of sloshing conditions on separation characteristics should be studied because of the sloshing condition at sea. In real sea conditions, the main factors affecting sloshing include rolling, pitching and swinging. According to the symmetry of separator structure, it is simplified as rolling and swinging. According to these two sloshing conditions, the variation of liquid flow rate and separation efficiency at the gas outlet of gravity separator under different amplitude and period conditions is studied respectively. The results show that the liquid flow rate and separation efficiency at the outlet of the separator change sine with time, and the sloshing condition makes the separation efficiency decrease: the larger the amplitude is, the more violent the flow rate fluctuates, and the worse the separation effect of the separator on the two-phase flow is. With the increase of cycle, the calmer the flow fluctuation is, the better the separation effect is. In the natural gas liquefaction process, the components of the mixed coolant in different stages are different, and the operation parameters are also different, and the difference between the size of the associated equipment and the operating conditions leads to the change of the structure parameters of the separator. Under the same sloshing condition, the effects of different refrigerants flow rate, dryness, separator diameter, height and inlet and outlet pipe diameter on the separation effect were studied, and the results were analyzed. Different operation and structural parameters have different effects on the separation characteristics. Finally, according to the research results of sloshing parameters, operation parameters and structural parameters, the structure of the separator is improved. The separation characteristics of the separator under the action of baffle, porous partition header and the two are studied respectively. the results show that the separation efficiency decreases with the increase of baffle angle. The porous partition header plays an obvious role in stabilizing the flow field, and the separation efficiency decreases with the increase of the porosity of the header, and the performance of the separator is obviously improved under the combined action of the two.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TE967

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本文編號：2473682