【摘要】：文23儲(chǔ)氣庫(kù)是由原文23氣田改建的一座枯竭氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù),該儲(chǔ)氣庫(kù)具有井口壓力高、產(chǎn)氣量高、溫度高等特點(diǎn),在實(shí)際站場(chǎng)運(yùn)行中存在三甘醇脫水負(fù)大、設(shè)備建設(shè)困難等問(wèn)題。因此為了配合儲(chǔ)氣庫(kù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用,充分利用儲(chǔ)氣庫(kù)采氣期井口壓力高、溫度高等特點(diǎn),采用在集氣站內(nèi)節(jié)流預(yù)脫水,在集注站內(nèi)三甘醇脫水的脫水方式。超聲速分離器是目前天然氣脫水處理領(lǐng)域的新興技術(shù),具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、不產(chǎn)生水合物等優(yōu)點(diǎn),但目前對(duì)于高壓實(shí)際站場(chǎng)內(nèi)超聲速分離器的設(shè)計(jì)與使用較少,本文結(jié)合文23儲(chǔ)氣庫(kù),對(duì)高壓實(shí)際站場(chǎng)內(nèi)超聲速分離器進(jìn)行了以下研究:首先以23儲(chǔ)氣庫(kù)現(xiàn)有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)高壓下超聲速分離器的噴管進(jìn)行優(yōu)選設(shè)計(jì)。對(duì)于噴管的漸縮段,分別采用維式曲線、維式位移曲線、雙三次方曲線與五次方曲線設(shè)計(jì)線型;對(duì)噴管漸擴(kuò)段,采用錐形管結(jié)構(gòu),漸擴(kuò)角分別采用2°、4°、6°、8°設(shè)計(jì)。利用Fluent軟件,對(duì)不同結(jié)構(gòu)的噴管流場(chǎng)進(jìn)行模擬,考慮到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行工況,最終采用維式曲線、漸擴(kuò)角6°設(shè)計(jì)噴管。采用該結(jié)構(gòu)噴管可最早為天然氣內(nèi)水和重?zé)N的凝結(jié)提供低溫環(huán)境,制冷效果最好,噴管出口流場(chǎng)更均勻。然后對(duì)超聲速分離器內(nèi)旋流葉片進(jìn)行設(shè)計(jì),由于后置型分離器的旋流葉片位置與氣動(dòng)激波位置息息相關(guān),所以首先利用連續(xù)性方程計(jì)算噴管內(nèi)激波位置,并進(jìn)行了模擬分析,研究結(jié)果表明:理論計(jì)算與數(shù)值模擬結(jié)果較為接近,該計(jì)算方式對(duì)噴管內(nèi)的激波位置有一定的參考價(jià)值。同時(shí),保持噴管入口參數(shù)不變,降低出口背壓,激波位置向噴管出口方向移動(dòng),激波區(qū)域?qū)挾仍黾?激波后流場(chǎng)分布湍流程度高,出口溫度低,不利于后續(xù)站場(chǎng)內(nèi)三甘醇脫水,需控制噴管內(nèi)壓比。根據(jù)激波位置確定旋流葉片,并分別對(duì)前置型分離器與后置型分離器模擬研究,其結(jié)果表明:后置型分離器所能產(chǎn)生的切向速度是最大的,本文中采用后置型分離器進(jìn)行液滴的旋流。再后,為計(jì)算超聲速分離器的脫水效率以及有效運(yùn)行區(qū)間,對(duì)噴管內(nèi)甲烷-水雙組份中水蒸氣凝結(jié)進(jìn)行模擬計(jì)算,研究了凝結(jié)激波與氣動(dòng)激波位置相互影響關(guān)系,其結(jié)果表明:(1)采用L-K實(shí)際氣體混合定律計(jì)算混合氣體中臨界參數(shù)及摩爾定壓比熱,可以很好與實(shí)驗(yàn)結(jié)果中凝結(jié)激波的位置吻合。(2)氣動(dòng)激波遠(yuǎn)離凝結(jié)激波時(shí),對(duì)凝結(jié)影響較小,當(dāng)氣動(dòng)激波逼近凝結(jié)激波,甚至兩激波重合時(shí),極大的削弱了凝結(jié)。(3)增大入口壓力、降低噴管入口溫度能夠使凝結(jié)液滴半徑增大,液相質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大,凝結(jié)激波位置前移,有利于后續(xù)旋流脫水;在儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行前期,高流量、高含液率的情況下,超聲速分離器的脫水率反而越高;出口背壓對(duì)凝結(jié)激波位置、成核率、液滴數(shù)目影響較小。(4)所設(shè)計(jì)超聲速分離器的脫水效率在11%-51%之間,結(jié)合實(shí)際運(yùn)行工況,控制壓比在68.75%以下,同時(shí)考慮到天然氣仍需外輸用戶,因此出口背壓不低于5MPa。最后考慮到超聲速分離器在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中較少,本文采用HYSYS軟件對(duì)整個(gè)脫水流程工藝進(jìn)行模擬,其研究結(jié)果表明:超聲速分離器能夠很好的適應(yīng)站場(chǎng)節(jié)流預(yù)脫水,其中天然氣溫度、壓力的變化對(duì)后期三甘醇脫水影響較大,而水組分含量的變化對(duì)水露點(diǎn)影響波動(dòng)較小。綜合考慮三甘醇脫水與超聲速分離器脫水效率,將進(jìn)超聲速分離器溫度控制在35-45°C時(shí),保證超聲速分離器在有效運(yùn)行區(qū)間,并減小對(duì)后續(xù)三甘醇脫水的影響。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)(華東)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TE644
【圖文】：

聲速分離技術(shù)是目前應(yīng)用于天然氣處理加工的一項(xiàng)新技術(shù)，最初使用于俄羅斯 ENGO 石油公司和荷蘭 Twister BV 公司在此基礎(chǔ)上，分別開(kāi)發(fā)Separator（簡(jiǎn)稱“3S”）和 Twister 超聲速分離裝置，該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)需添加化學(xué)藥劑、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)[13,14,15]。據(jù)分離器內(nèi)旋流葉片位置，超聲速分離器主要分為兩種：一種被文闖[16]命膨脹型分離器，一種為先膨脹后旋流型分離器。1）先膨脹后旋流型分離器膨脹后旋流型分離器主要代表為 Twister BV 公司開(kāi)發(fā)的 Twister I 型旋流結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖 1-1 所示。該類型分離器主要由 Laval 噴管、整流段、超聲和擴(kuò)壓器組成。天然氣經(jīng)過(guò) Laval 噴管絕熱膨脹，在喉部時(shí)達(dá)到聲速，在況下，天然氣中水蒸氣凝結(jié)，氣體在超聲速翼的作用下，液滴獲得了較大甩至壁面形成液膜流入分液槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了氣液分離，在擴(kuò)壓段內(nèi)由于存管溫度上升，流速下降，壓力回升。

圖 1-2 “3S”分離器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig1-2 “3S” Separator structure diagram圖 1-3 “TwisterII”分離器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig1-3 “TwisterII” Separator structure diagram俄羅斯 ENGO 旗下的 Translang 公司對(duì)“3S”分離裝置進(jìn)行了理論計(jì)算及數(shù)值模擬且在莫斯科進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置，取得了大量工業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)“3S”超聲

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本文編號(hào)：2727616