天然气跨音速气水分离效率与旋流段长度确定

2 0 1 1 年 第 3 9卷 第 4期 石 油 机 械 C HI N A PE TROL EUM MACHI NERY ． ． 专题研究 天 然 气 跨 音 速气 水 分 离效 率 与旋 流 段 长度 确 定 王俊奇 张 钊 徐永高 ( 1 ． 西安石油大学石 油工程学院 2 ． 长庆油田分公司第三采油技 术服务处 3 ． 长庆油 田分公 司) 摘要 天然气在喷管中从亚音速加速到跨音速状态，饱和水凝结析 出，通过三角翼后产生旋 流，进入旋流段，旋流段的气水分离效率是实现跨 音速分离的技术关键。对液滴在旋流过程 中的 受力进行分析，建立并化简液滴运动方程 ，结合旋 流过程 中的压 降，得 出气水分 离效率的计算方 法和计算流程。通过分析旋流分 离过程的影响因素，获得 了不 同分离效率下液滴直径与旋流段长 度 的关系。实 例 计算表 明，随着液滴直径 的增大 ，分 离效率提 高。在给定条件下，确定旋流段长 度 为 1 8 0 m m。 关键词 天然 气 跨音速 气水分 离效 率 旋流 段 0 引 言 1 液滴运 动方程 的建立 与简化 天然气跨音速气水分离是将天然气在喷管中加 速 ，使其从亚音速加速到跨音速状态 ，此时，将温 度降低到足以使天然气中气态 的饱和水凝结为液滴 被游 离析 出 ，进 入旋 流段 。旋 流段 内放 置 1 个 三 角 翼 ，当天然气 和凝结 液滴 以跨音 速绕三角翼 流动 时 ，产生 高速旋 转 的气液 两相 流动 。气 流 中的液滴 在惯性离心力的作用下向壁面运动 ，在壁面上形成 液膜 ，液膜在气流的牵引下流向下游 ，从而实现气 水分离。在文献 [ 1 — 2 ] 中，虽然对天然 气跨音 速 流动 中的 喷管结 构和 绕三 角翼流 动 的可行 性 和流 动规律进行了详细的研究 ，但天然气与析出的凝结 游 离水进 入旋 流段后 的气 水分 离效 率是 实现跨 音 速 分离的技术关键 ] 。旋流分离器中液滴和气体在 跨音速下的两相流动 ，其动力学过程极其复杂 。． 因此 ，笔者建 立并 化简 了液 滴运 动方 程 ，结合 旋流过程中的压降，得出气水分离效率的计算方法 和计算流程 ，以及不同分离效率下液滴直径与旋流 段长度的关系，并找到 了旋流段 长度 的确定方法 ， 为天然气跨音速气水分离技术 的进一步研究和应用 奠定 了基础。 液滴在管内流动时 ， 受到重力 F 。 、阻力 和 压力梯度力 的作用。此外 ，由于气流速度分布 的不均 匀 和 湍 流 脉 动 ，液 滴 还......