超音速分離器

會(huì)計(jì)學(xué)1超音速分離器西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院2第一章：概述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(duì)天然氣儲(chǔ)運(yùn)的危害減少了管線的輸送能力和氣體熱值，可能會(huì)形成液態(tài)水、冰或天然氣的固體水化物，增加管路壓降，堵塞管道等第1頁(yè)/共18頁(yè)西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院3第一章：概述在礦場(chǎng)對(duì)天然氣進(jìn)行脫水分離的意義：減少管線輸送的動(dòng)力消耗，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(shè)備的腐蝕防止水與天然氣形成的水合物結(jié)晶。結(jié)晶會(huì)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(yán)重時(shí)可堵塞輸氣管線和其它處理設(shè)備，給天然氣儲(chǔ)運(yùn)和加工造成很大困難第2頁(yè)/共18頁(yè)西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院4第一章：概述低溫冷凝脫水J-T閥和透平膨脹機(jī)脫水三甘醇脫水分子篩脫水超音速脫水天然氣脫水的方法第3頁(yè)/共18頁(yè)西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院5第一章：概述各種天然氣脫水方法的特點(diǎn)低溫冷凝脫水J-T閥和透平膨脹機(jī)脫水分子篩脫水ClicktoaddTitle工藝簡(jiǎn)單設(shè)備較少耗能高水露點(diǎn)高對(duì)于高壓天然氣冷卻脫水是非常經(jīng)濟(jì)的透平膨脹機(jī)有高速運(yùn)動(dòng)部件,制造難度大、可靠性差。深度脫水時(shí)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(duì)于大裝置,設(shè)備投資和操作費(fèi)用都比較高再生過(guò)程能耗大超音速脫水系統(tǒng)簡(jiǎn)單、體積小、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件,運(yùn)行可靠、無(wú)化學(xué)處理,允許在苛刻的環(huán)境中使用、操作方便、運(yùn)行費(fèi)用低三甘醇脫水系統(tǒng)比較復(fù)雜三甘醇溶液再生過(guò)程的能耗大三甘醇溶液需要補(bǔ)充和凈化第4頁(yè)/共18頁(yè)西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院6第二章：超音速分離器介紹超音速分離器組成拉伐爾噴管超聲速整流管超聲速翼擴(kuò)壓器第5頁(yè)/共18頁(yè)西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院7超音速分離技術(shù)原理第二章：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)部依次為拉伐爾噴管、超音速整流管、超音速翼、擴(kuò)壓管等構(gòu)件。在超音速旋流分離器中，進(jìn)口氣流經(jīng)過(guò)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?zé)N凝析，形成霧狀流。霧狀流以超音速在極短的時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)超音速翼，形成旋流場(chǎng)，巨大的離心力將液滴甩向壁面，液滴沿著管壁流動(dòng)，形成大約幾毫米厚的一層薄膜，由管壁中的環(huán)形槽對(duì)氣液進(jìn)行分離，產(chǎn)生的干氣接著流入擴(kuò)壓管壓縮，流速降低，氣流壓力恢復(fù)至進(jìn)口壓力的70-80%。第6頁(yè)/共18頁(yè)西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院8Level1Level2Level3Level4Level5天然氣氣流經(jīng)過(guò)拉伐爾噴管絕熱膨脹，流速增至超音速，同時(shí)形成低溫低壓低溫使得水份和重?zé)N凝析，出現(xiàn)水和重?zé)N液滴。氣體和凝析液的混合物流以超音速經(jīng)過(guò)超音速翼，形成高速旋流場(chǎng)，離心力，將液滴甩向管外壁形成液膜。依靠同軸旋流分離器實(shí)現(xiàn)氣體和凝析液分離，而干氣依然居于主流中心。經(jīng)過(guò)一道微弱沖擊波，生成的干氣接著流入擴(kuò)壓管，速度轉(zhuǎn)化為壓力，氣流壓力恢復(fù)到進(jìn)口壓力的70-80%。分離出的凝析液經(jīng)過(guò)一個(gè)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流會(huì)合。第二章：超音速分離器介紹第7頁(yè)/共18頁(yè)西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院9超音速分離器的性能第二章：超音速分離器介紹第8頁(yè)/共18頁(yè)西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院10幾個(gè)概念的介紹第三章：拉伐爾噴管原理介紹音速是一種由微弱擾動(dòng)在連續(xù)介質(zhì)中所產(chǎn)生的壓力波(縱波)傳播的速度,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流場(chǎng)中任一點(diǎn)處的流速V與該點(diǎn)處氣體的音速a的比值,稱(chēng)為該點(diǎn)處氣流的馬赫數(shù),用符號(hào)Ma表示。音速馬赫數(shù)第9頁(yè)/共18頁(yè)西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院11拉伐爾噴管原理介紹拉伐爾噴管是一個(gè)先收縮后擴(kuò)張的管道。它的主要作用是使氣體的壓力降低到臨界值以下,得到超音速氣流。第三章：拉伐爾噴管原理介紹第10頁(yè)/共18頁(yè)西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院12噴管的工作原理噴管的性質(zhì)連續(xù)性方程熱力學(xué)第一定律工質(zhì)在噴管中流動(dòng)的過(guò)程第三章：拉伐爾噴管原理介紹第11頁(yè)/共18頁(yè)西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院13熱力學(xué)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(gè)物體傳遞給另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化和傳遞過(guò)程中能量的總和不變。大家比較熟悉的表達(dá)方式：對(duì)于開(kāi)口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)的表達(dá)式：對(duì)于單位質(zhì)量工質(zhì)：第三章：拉伐爾噴管原理介紹第12頁(yè)/共18頁(yè)西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院14噴管的性質(zhì)噴管工質(zhì)流過(guò)時(shí)間短q=0出入口高度差ΔZ=0流動(dòng)過(guò)程不對(duì)外做功ws=0得到公式：微分形式：第三章：拉伐爾噴管原理介紹第13頁(yè)/共18頁(yè)西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院15工質(zhì)在噴管中流動(dòng)的過(guò)程分析工質(zhì)在噴管中流動(dòng)的過(guò)程為絕熱可逆過(guò)程。（可逆是由于噴管內(nèi)表面光滑，摩擦阻力小，形狀設(shè)計(jì)合理，可避免漩渦發(fā)生）噴管可逆絕熱的過(guò)程方程：對(duì)于微元過(guò)程：對(duì)于絕熱可逆過(guò)程：結(jié)合上面的公式得到：第三章：拉伐爾噴管原理介紹第14頁(yè)/共18頁(yè)西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院16連續(xù)性方程工質(zhì)在噴管中穩(wěn)定流動(dòng)滿足質(zhì)量守恒定律，單位時(shí)間流過(guò)噴管各個(gè)截面的質(zhì)量流量相等。其中：A為截面面積，Cf為流速，v為比體積。微分形式：第三章：拉伐爾噴管原理介紹第15頁(yè)/共18頁(yè)西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院17聯(lián)立上述若干個(gè)方程得到公式：對(duì)于理想氣體聲速方程為：最終得到方程：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)Ma。當(dāng)Ma>1時(shí)，若dCf>0，則dA>0,即超聲速氣流若要加速，其截面沿流動(dòng)方向應(yīng)逐漸擴(kuò)大。當(dāng)Ma=1時(shí)，氣