發(fā)布時(shí)間：2020-04-23 11:53

【摘要】：自1996年ENGO公司和Shell公司將超音速旋流分離技術(shù)引入天然氣處理領(lǐng)域以來(lái),因其具有密閉無(wú)泄漏、結(jié)構(gòu)緊湊、無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件,且在相同壓降情況下較節(jié)流閥、膨脹機(jī)能獲得更低的溫度等特點(diǎn),引起了各國(guó)研究人員的廣泛關(guān)注。特別是在深度脫水和深度制冷領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,如能將其應(yīng)用于天然氣液化領(lǐng)域,那么就能大大降低現(xiàn)有的天然氣液化工藝系統(tǒng)的能耗水平。在較早的研究中,研究人員針對(duì)超音速脫水裝置開展了研究,并投入了工業(yè)應(yīng)用,顯示出了較傳統(tǒng)脫水裝置更具優(yōu)異的脫水效率,但針對(duì)超音速脫水的噴管設(shè)計(jì)核心技術(shù)未見公開報(bào)道�；谠撛淼某羲傩鞣蛛x器應(yīng)用于天然氣液化領(lǐng)域的技術(shù)目前極不成熟,雖然國(guó)內(nèi)雖有部分研究人員一直在開展相應(yīng)研究,但大多都停留在理論階段,尤其是在考慮旋流情況下的超音速全三維模擬方面還需進(jìn)一步開展,目前還沒有投入工業(yè)應(yīng)用的先例。因此,對(duì)適用于工業(yè)應(yīng)用的天然氣液化超音速旋流分離器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和研究成為了本論文研究的重點(diǎn)。本論文首先對(duì)天然氣超音速旋流分離技術(shù)、超音速旋流分離器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和超音速旋流分離基礎(chǔ)理論及數(shù)值模擬技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)研,分析了利用超音速旋流技術(shù)生產(chǎn)LNG的應(yīng)用前景,確定了主要研究?jī)?nèi)容。然后在氣體高速膨脹自發(fā)凝結(jié)機(jī)理研究的基礎(chǔ)上,建立了描述氣體旋轉(zhuǎn)超音速凝結(jié)流動(dòng)的雙流體數(shù)學(xué)模型,將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析與內(nèi)部流動(dòng)機(jī)理研究相結(jié)合,進(jìn)行了三維全流場(chǎng)模擬,以中石油長(zhǎng)慶油田某LNG調(diào)峰站生產(chǎn)參數(shù)為例,對(duì)超音速旋流分離器各部分進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)與方案對(duì)比分析,并設(shè)計(jì)建設(shè)了一套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),對(duì)影響超音速噴管性能的核心指標(biāo)進(jìn)行了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)試,采用實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,分析了所設(shè)計(jì)裝置關(guān)鍵工藝參數(shù)的最佳運(yùn)行范圍,得到了一套完整的LNG超音速旋流分離器設(shè)計(jì)方案、最佳結(jié)構(gòu)尺寸以及最佳入口參數(shù)的判斷原則和分析方法。為推動(dòng)該技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用,本課題重點(diǎn)研究了所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的超音速旋流分離器的液化效率,表明雖然該裝置液化效率較節(jié)流閥高,但并不占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),進(jìn)而提出了外加LNG凝結(jié)核心+多級(jí)噴管串聯(lián)組合提高超音速旋流分離器液化效率的方法,研究表明該方法能明顯提升液化效率。在此基礎(chǔ)上,針對(duì)國(guó)內(nèi)某LNG調(diào)峰站,在對(duì)原流程能耗分析的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一套含超音速旋流分離器的級(jí)聯(lián)型天然氣液化流程,所設(shè)計(jì)的天然氣液化工藝系統(tǒng)能耗較原工藝系統(tǒng)能耗降低了37%,顯示出了該技術(shù)具有較好的應(yīng)用前景。最后,總結(jié)了研究?jī)?nèi)容、研究結(jié)論和主要?jiǎng)?chuàng)新,提出了今后研究展望和設(shè)想。
【圖文】：

究與數(shù)值模擬、噴管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等工作[12]。20開發(fā)的 Super Sonic Separato（r3S）獲得國(guó)際發(fā)明專利 PCT/CA2005/0在美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)、意大利、荷蘭、挪威、澳大利亞、中等國(guó)和歐亞專利聯(lián)盟獲得專利。俄羅斯“ENGO Research Center”對(duì)超以深度脫水、脫烴為對(duì)象闡述了其技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，并與常用制冷細(xì)的比較。經(jīng)比較，3S 與傳統(tǒng)的 J-T 閥和膨脹機(jī)制冷分離設(shè)備相比 60 bar，，入口溫度 20℃，氣體組分為 СН490%、С2Н62%、С3Н84%、i-C4H力 45 bar 情況下，3S 可使天然氣產(chǎn)生更大的溫降（圖 1.1），3S 不膨脹制冷的 J-T 閥效率高，而且也比等熵節(jié)流膨脹的膨脹機(jī)效率高（器溫度為-10℃時(shí)，3S 比 J-T 閥的 C3+收率約高 30%，比膨脹機(jī)的 C3；在后冷器溫度為-30℃時(shí)，3S 的 C3+收率比 J-T 閥和膨脹機(jī)分別高約 1.3）。在凝液收率相同的情況下，使用 3S 可減少功耗 50～70%脹機(jī)可減少壓縮功 15～20%（圖 1.4），但國(guó)外關(guān)于利用超音速旋流的技術(shù)研究尚沒有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。

重慶大學(xué)博士學(xué)位論文圖 1.2 3S 與 J-T 閥效率比較Fig. 1.2 Comparison between 3S and J-T valve efficiencyComparison of 3S andJT effectiveness00.10.20.30.40.50.60.70 0.2 0.4 0.6 0.8JT effectiveness3SeffectivenessEqual JT and3Sefficiency
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE645

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2637701