超音速分離器

1、基于實鉆數(shù)據(jù)反演的牙輪鉆頭鉆進仿真模型基于實鉆數(shù)據(jù)反演的牙輪鉆頭鉆進仿真模型1西南石油大學機電工程學院西南石油大學機電工程學院2第一章：概述第一章：概述天然氣的組成天然氣的組成天然氣主要成分烷烴，但剛采出的天然氣中一般含有砂粒、巖屑與固體雜質(zhì)，水、凝析油等液體，以及水氣、硫化氫、二氧化碳等氣體。水對天然氣儲運的危害水對天然氣儲運的危害減少了管線的輸送能力和氣體熱值，可能會形成液態(tài)水、冰或天然氣的固體水化物，增加管路壓降，堵塞管道等西南石油大學機電工程學院西南石油大學機電工程學院3第一章：概述第一章：概述在礦場對天然氣進行脫水分離的意義：在礦場對天然氣進行脫水分離的意義：減少管線輸送的動力消耗，

2、增加輸氣量防止天然氣中的CO2和H2S溶于游離水中形成酸，加速管路和設備的腐蝕防止水與天然氣形成的水合物結(jié)晶。結(jié)晶會造成天然氣水合物的局部積累，減少輸氣管道截面積，降低輸氣量，影響平穩(wěn)供氣，嚴重時可堵塞輸氣管線和其它處理設備，給天然氣儲運和加工造成很大困難西南石油大學機電工程學院西南石油大學機電工程學院4第一章：概述第一章：概述低溫冷凝脫水低溫冷凝脫水J-T J-T 閥和透平膨脹機脫水閥和透平膨脹機脫水三甘醇脫水三甘醇脫水分子篩脫水分子篩脫水超音速脫水超音速脫水天然氣脫水的方法西南石油大學機電工程學院西南石油大學機電工程學院5第一章：概述第一章：概述各種天然氣脫水方法的特點各種天然氣脫水方法的

3、特點低溫冷凝脫水J-T閥和透平膨脹機脫水分子篩脫水Click to add Title工藝簡單設備較少耗能高水露點高對于高壓天然氣冷卻脫水是非常經(jīng)濟的透平膨脹機有高速運動部件, 制造難度大、可靠性差。深度脫水時投資和使用成本高需要采取防止水合物生成的措施適合于深度脫水對于大裝置, 設備投資和操作費用都比較高再生過程能耗大超音速脫水系統(tǒng)簡單、體積小、無運動部件,運行可靠、無化學處理, 允許在苛刻的環(huán)境中使用、操作方便、運行費用低三甘醇脫水系統(tǒng)比較復雜三甘醇溶液再生過程的能耗大三甘醇溶液需要補充和凈化西南石油大學機電工程學院西南石油大學機電工程學院6第二章：超音速分離器介紹第二章：超音速分離器介紹

4、超音速分離器超音速分離器組成西南石油大學機電工程學院西南石油大學機電工程學院7超音速分離技術原理超音速分離技術原理第二章：超音速分離器介紹第二章：超音速分離器介紹 超音速旋流分離器外部為套管，套管內(nèi)部依次為拉伐超音速旋流分離器外部為套管，套管內(nèi)部依次為拉伐爾噴管、超音速整流管、超音速翼、擴壓管等構件。爾噴管、超音速整流管、超音速翼、擴壓管等構件。 在超音速旋流分離器中，進口氣流經(jīng)過拉伐爾噴管絕在超音速旋流分離器中，進口氣流經(jīng)過拉伐爾噴管絕熱膨脹至超音速，形成低溫低壓，低溫使得水份和重烴凝熱膨脹至超音速，形成低溫低壓，低溫使得水份和重烴凝析，形成霧狀流。霧狀流以超音速在極短的時間內(nèi)經(jīng)過超析，形成

5、霧狀流。霧狀流以超音速在極短的時間內(nèi)經(jīng)過超音速翼，形成旋流場，巨大的離心力將液滴甩向壁面，液音速翼，形成旋流場，巨大的離心力將液滴甩向壁面，液滴沿著管壁流動，形成大約幾毫米厚的一層薄膜，由管壁滴沿著管壁流動，形成大約幾毫米厚的一層薄膜，由管壁中的環(huán)形槽對氣液進行分離，產(chǎn)生的干氣接著流入擴壓管中的環(huán)形槽對氣液進行分離，產(chǎn)生的干氣接著流入擴壓管壓縮，流速降低，氣流壓力恢復至進口壓力的壓縮，流速降低，氣流壓力恢復至進口壓力的70-80%70-80%。西南石油大學機電工程學院西南石油大學機電工程學院8Level 1Level 2Level 3Level 4Level 5天然氣氣流經(jīng)過天然氣氣流經(jīng)過拉伐

6、爾噴管絕熱拉伐爾噴管絕熱膨脹，流速增至膨脹，流速增至超音速，同時形超音速，同時形成低溫低壓成低溫低壓低溫使得水份和重低溫使得水份和重烴凝析，出現(xiàn)水和烴凝析，出現(xiàn)水和重烴液滴。重烴液滴。氣體和凝析液的混氣體和凝析液的混合物流以超音速經(jīng)合物流以超音速經(jīng)過超音速翼，形成過超音速翼，形成高速旋流場，離心高速旋流場，離心力，將液滴甩向管力，將液滴甩向管外壁形成液膜。外壁形成液膜。依靠同軸旋流分離依靠同軸旋流分離器實現(xiàn)氣體和凝析器實現(xiàn)氣體和凝析液分離，而干氣依液分離，而干氣依然居于主流中心。然居于主流中心。經(jīng)過一道微弱沖擊波，生成的干氣接著流入擴壓經(jīng)過一道微弱沖擊波，生成的干氣接著流入擴壓管，速度轉(zhuǎn)化為壓

7、力，氣流壓力恢復到進口壓力管，速度轉(zhuǎn)化為壓力，氣流壓力恢復到進口壓力的的70-80%70-80%。分離出的凝析液經(jīng)過一個液體除氣裝。分離出的凝析液經(jīng)過一個液體除氣裝置除去帶出的少量氣體，并將這部分氣體與干氣置除去帶出的少量氣體，并將這部分氣體與干氣流會合。流會合。第二章：超音速分離器介紹第二章：超音速分離器介紹西南石油大學機電工程學院西南石油大學機電工程學院9超音速分離器的性能超音速分離器的性能第二章：超音速分離器介紹第二章：超音速分離器介紹西南石油大學機電工程學院西南石油大學機電工程學院10幾個概念的介紹幾個概念的介紹第三章：拉伐爾噴管原理介紹第三章：拉伐爾噴管原理介紹音速是一種由微弱擾動在

8、連續(xù)介質(zhì)中所產(chǎn)生的壓力音速是一種由微弱擾動在連續(xù)介質(zhì)中所產(chǎn)生的壓力波波(縱波縱波)傳播的速度傳播的速度,在不同的介質(zhì)中其速度不同。在不同的介質(zhì)中其速度不同。氣體介質(zhì)中音速的一般公式為氣體介質(zhì)中音速的一般公式為流場中任一點處的流速流場中任一點處的流速V與該點處氣體的音速與該點處氣體的音速a的的比值比值,稱為該點處氣流的馬赫數(shù)稱為該點處氣流的馬赫數(shù),用符號用符號Ma表示。表示。音速音速馬赫數(shù)馬赫數(shù)svPsPvC2西南石油大學機電工程學院西南石油大學機電工程學院11拉伐爾噴管原理介紹拉伐爾噴管原理介紹拉伐爾噴管是一個先收縮后擴張的管道。它的主要作用拉伐爾噴管是一個先收縮后擴張的管道。它的主要作用是使

9、氣體的壓力降低到臨界值以下是使氣體的壓力降低到臨界值以下, ,得到超音速氣流。得到超音速氣流。第三章：拉伐爾噴管原理介紹第三章：拉伐爾噴管原理介紹西南石油大學機電工程學院西南石油大學機電工程學院12噴管的工作原理噴管的工作原理噴管的性質(zhì)連續(xù)性方程熱力學第一定律工質(zhì)在噴管中流動的過程第三章：拉伐爾噴管原理介紹第三章：拉伐爾噴管原理介紹西南石油大學機電工程學院西南石油大學機電工程學院13熱力學第一定律熱力學第一定律自然界一切物體都具有能量，能量有各種不同形式，它能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，從一個物體傳遞給另一個物體，在轉(zhuǎn)化和傳遞過程中能量的總和不變。大家比較熟悉的表達方式：大家比較熟悉的表達方式

10、：WQU對于開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動的表達式：對于開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動的表達式：sfWZmgCmHQ221對于單位質(zhì)量工質(zhì)：對于單位質(zhì)量工質(zhì)：sfwZgChq221第三章：拉伐爾噴管原理介紹第三章：拉伐爾噴管原理介紹西南石油大學機電工程學院西南石油大學機電工程學院14噴管的性質(zhì)噴管的性質(zhì)得到公式：得到公式：221h0fC0fCfhdCd微分形式：微分形式：第三章：拉伐爾噴管原理介紹第三章：拉伐爾噴管原理介紹西南石油大學機電工程學院西南石油大學機電工程學院15工質(zhì)在噴管中流動的過程分析工質(zhì)在噴管中流動的過程分析工質(zhì)在噴管中流動的過程為絕熱可逆過程。（可逆是由于噴管內(nèi)表面光滑，摩擦阻力小，形狀設計合理，可避免

11、漩渦發(fā)生）噴管可逆絕熱的過程方程：噴管可逆絕熱的過程方程：常數(shù)kpv對于微元過程：對于微元過程：0vdkpdvp對于絕熱可逆過程：對于絕熱可逆過程：phvdd結(jié)合上面的公式得到：結(jié)合上面的公式得到：pCfvddCf第三章：拉伐爾噴管原理介紹第三章：拉伐爾噴管原理介紹西南石油大學機電工程學院西南石油大學機電工程學院16連續(xù)性方程連續(xù)性方程工質(zhì)在噴管中穩(wěn)定流動滿足質(zhì)量守恒定律，單位時間流工質(zhì)在噴管中穩(wěn)定流動滿足質(zhì)量守恒定律，單位時間流過噴管各個截面的質(zhì)量流量相等。過噴管各個截面的質(zhì)量流量相等。常數(shù)vACqfm其中：其中：A A為截面面積，為截面面積，C Cf f為流速，為流速，v v為比體積。為比

12、體積。微分形式：微分形式：0vdCdAdvfCAf第三章：拉伐爾噴管原理介紹第三章：拉伐爾噴管原理介紹西南石油大學機電工程學院西南石油大學機電工程學院17聯(lián)立上述若干個方程得到公式：聯(lián)立上述若干個方程得到公式：fCfACdkpvCAdf12kpvvCsvPsP2對于理想氣體聲速方程為：對于理想氣體聲速方程為：最終得到方程：最終得到方程：fCfCfACdMaCdCCAdff11222方程的意義：方程的意義：噴管截面與氣流速度之間的變化規(guī)律取決于馬赫數(shù)噴管截面與氣流速度之間的變化規(guī)律取決于馬赫數(shù)MaMa。當當Ma1Ma1時，若時，若d dC Cf f00，則，則d dA A0,0,即超聲速氣流若要加速，其截面即超聲速氣流若要加速，其截面沿流動