文23储气库超声速分离预脱水工艺技术研究

发布时间：2020-06-23 16:39

【摘要】：文23储气库是由原文23气田改建的一座枯竭气藏型储气库,该储气库具有井口压力高、产气量高、温度高等特点,在实际站场运行中存在三甘醇脱水负大、设备建设困难等问题。因此为了配合储气库的开发和应用,充分利用储气库采气期井口压力高、温度高等特点,采用在集气站内节流预脱水,在集注站内三甘醇脱水的脱水方式。超声速分离器是目前天然气脱水处理领域的新兴技术,具有效率高、结构紧凑、不产生水合物等优点,但目前对于高压实际站场内超声速分离器的设计与使用较少,本文结合文23储气库,对高压实际站场内超声速分离器进行了以下研究:首先以23储气库现有基础数据对高压下超声速分离器的喷管进行优选设计。对于喷管的渐缩段,分别采用维式曲线、维式位移曲线、双三次方曲线与五次方曲线设计线型;对喷管渐扩段,采用锥形管结构,渐扩角分别采用2°、4°、6°、8°设计。利用Fluent软件,对不同结构的喷管流场进行模拟,考虑到现场实际运行工况,最终采用维式曲线、渐扩角6°设计喷管。采用该结构喷管可最早为天然气内水和重烃的凝结提供低温环境,制冷效果最好,喷管出口流场更均匀。然后对超声速分离器内旋流叶片进行设计,由于后置型分离器的旋流叶片位置与气动激波位置息息相关,所以首先利用连续性方程计算喷管内激波位置,并进行了模拟分析,研究结果表明:理论计算与数值模拟结果较为接近,该计算方式对喷管内的激波位置有一定的参考价值。同时,保持喷管入口参数不变,降低出口背压,激波位置向喷管出口方向移动,激波区域宽度增加,激波后流场分布湍流程度高,出口温度低,不利于后续站场内三甘醇脱水,需控制喷管内压比。根据激波位置确定旋流叶片,并分别对前置型分离器与后置型分离器模拟研究,其结果表明:后置型分离器所能产生的切向速度是最大的,本文中采用后置型分离器进行液滴的旋流。再后,为计算超声速分离器的脱水效率以及有效运行区间,对喷管内甲烷-水双组份中水蒸气凝结进行模拟计算,研究了凝结激波与气动激波位置相互影响关系,其结果表明:(1)采用L-K实际气体混合定律计算混合气体中临界参数及摩尔定压比热,可以很好与实验结果中凝结激波的位置吻合。(2)气动激波远离凝结激波时,对凝结影响较小,当气动激波逼近凝结激波,甚至两激波重合时,极大的削弱了凝结。(3)增大入口压力、降低喷管入口温度能够使凝结液滴半径增大,液相质量分数增大,凝结激波位置前移,有利于后续旋流脱水;在储气库运行前期,高流量、高含液率的情况下,超声速分离器的脱水率反而越高;出口背压对凝结激波位置、成核率、液滴数目影响较小。(4)所设计超声速分离器的脱水效率在11%-51%之间,结合实际运行工况,控制压比在68.75%以下,同时考虑到天然气仍需外输用户,因此出口背压不低于5MPa。最后考虑到超声速分离器在现场实际应用中较少,本文采用HYSYS软件对整个脱水流程工艺进行模拟,其研究结果表明:超声速分离器能够很好的适应站场节流预脱水,其中天然气温度、压力的变化对后期三甘醇脱水影响较大,而水组分含量的变化对水露点影响波动较小。综合考虑三甘醇脱水与超声速分离器脱水效率,将进超声速分离器温度控制在35-45°C时,保证超声速分离器在有效运行区间,并减小对后续三甘醇脱水的影响。
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE644
【图文】：

声速分离技术是目前应用于天然气处理加工的一项新技术，最初使用于俄罗斯 ENGO 石油公司和荷兰 Twister BV 公司在此基础上，分别开发Separator（简称“3S”）和 Twister 超声速分离装置，该装置具有结构简单、无需添加化学药剂、节能环保等优点[13,14,15]。据分离器内旋流叶片位置，超声速分离器主要分为两种：一种被文闯[16]命膨胀型分离器，一种为先膨胀后旋流型分离器。1）先膨胀后旋流型分离器膨胀后旋流型分离器主要代表为 Twister BV 公司开发的 Twister I 型旋流结构简图见图 1-1 所示。该类型分离器主要由 Laval 喷管、整流段、超声和扩压器组成。天然气经过 Laval 喷管绝热膨胀，在喉部时达到声速，在况下，天然气中水蒸气凝结，气体在超声速翼的作用下，液滴获得了较大甩至壁面形成液膜流入分液槽内，实现了气液分离，在扩压段内由于存管温度上升，流速下降，压力回升。

图 1-2 “3S”分离器结构简图Fig1-2 “3S” Separator structure diagram图 1-3 “TwisterII”分离器结构简图Fig1-3 “TwisterII” Separator structure diagram俄罗斯 ENGO 旗下的 Translang 公司对“3S”分离装置进行了理论计算及数值模拟且在莫斯科进行了相关的实验装置，取得了大量工业试验数据和经验，对“3S”超声

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本文编号：2727616