小型LNG气化站的冷能利用

为了满足管道输送和化工利用的要求,天然气必须经过脱水处理。超音速技术用于天然气脱水,与传统工艺相比有明显优势。介绍了超音速分离器的工作原理和Laval喷管结构设计;对我国超音速脱水应用现状进行了分析,通过比较,认为3S型分离器与J-T阀并联然后与分子筛串联使用可用于天然气的脱水处理。     

天然气超音速脱水技术评析

在天然气集输和处理过程中,天然气中含有的水蒸气易凝结形成液态水,其存在有很大的危害,天然气脱水则是防止水合物形成的根本措施。天然气超音速脱水技术属于天然气脱水中的低温冷凝法,利用拉瓦尔喷管、分离叶片加速饱和湿天然气达到气水分离之目的。天然气超音速脱水将膨胀机、分离器和压缩机的功能集中到一个管道中,大大简化了脱水系统,提高系统可靠性,并降低其投资、运行费用和减轻环境污染。天然气超音速脱水技术易于形成体积小、质量轻、成本低、可靠性高的脱水橇,非常适合单井集气工艺的井口、多井集气工艺的集气站的天然气脱水。     

超音速分离器在单井天然气脱水脱烃中的应用

针对塔河油田边远单井远离集输管网,其天然气脱水脱烃难度大的问题,在某单井应用了超音速分离器技术进行天然气的脱水脱烃。介绍了超音速分离器技术的基本原理和超音速分离器中涡流管的组成结构,以及超音速分离器撬装装置应用于某单井天然气脱水脱烃的运行情况,分析了其脱水脱烃工艺在技术、效率、能耗及经济效益方面较常规方式所具有的优势,以及运行中存在的不足。     

天然气超音速脱水技术在新疆油气田的应用前景

新疆油气田天然气主要采用三甘醇和J-T阀低温脱水技术.重点阐述了,近几年国内外天然气脱水新技术-超音速脱水技术工作原理和发展及应用状况.该项技术是利用天然气自身压力能,通过拉瓦尔喷管加速到超音速,使天然气温度和压力急剧下降,在超音速下产生强烈的气流旋转将液滴分离出来,并对干气进行再压缩,达到脱水效果.该项脱水技术相比传统使用的三甘醇和和J-T阀低温脱水技术,具有组橇方便灵活、缩短建设周期、降低工程投资和运行费用的优势,该技术在新疆油气田的沙漠边缘气田应用前景广阔.     

湿气再循环超音速分离管脱水性能的试验研究

湿气再循环超音速分离管可以将天然气中的液体和烃类有效地分离出来,并可以将气体进行循环分离,从而提高分离效率。为了对该装置的脱水性能进行系统全面的研究,搭建了室内试验台。试验结果表明:相比已研发的超音速分离技术,在相同压损比下再循环超音速分离管可以获得更高的露点降,说明其具有更好的脱水分离性能;当压损比为0.81时,该装置最大露点降可以达到28.12℃;压损比是决定再循环超音速分离管脱水性能的关键因素,在允许范围内适当增加压损比是提高再循环超音速分离管脱水性能的有效途径;保持气流在分离管内部的Laval喷管喉部处于临界状态,并达到临界流量是保证再循环超音速分离管良好工作性能的低限要求,否则会降低装置的脱水性能;湿气出口压力对再循环分离管的脱水性能影响很小。所得结论可为湿气再循环超音速分离管的结构优化和现场应用提供参考。     

新型天然气超音速脱水净化装置现场试验

传统的天然气脱水技术存在处理量小、设备占用空间大、投资高、维护工作量大等缺点。2000年壳牌公司最先将超音速脱水技术用于天然气处理。它利用天然气在超音速状态下的蒸气冷凝现象进行天然气脱水，将膨胀机、分离器和压缩机的功能集中于一体。该装置具有无运动部件、结构简单可靠、无需人员职守、制造运行成本低等优点。2003年中国石化胜利油田和北京工业大学在国内率先开展了超音速分离管的研发工作，相继完成了基础理论研究、数值模拟研究、室内试验研究，近来又进行了现场试验研究，为超音速脱水工业化的可行性进行了验证。试验发现：超音速分离管进出口天然气露点降最大逾35 ℃，最小逾10 ℃；分离管的产液量为17 mL/m³，整个系统的产液量在28～40 mL/m³。该系统不仅有效地降低了天然气的水露点还可进行轻烃回收工作。     

非常规天然气超音速脱水工艺与设备发展研究

超音速旋流分离技术是天然气处理技术的一大创新,是超音速冷凝和离心分离技术的有机结合,是天然气脱水处理技术的发展趋势。分析了国内常用天然气脱水系统中存在的主要问题,介绍了超音速脱水技术在国内外的研究及应用情况,并在此基础上提出了一种适用于非常规天然气的脱水处理工艺,分析了改进型Twister管的技术特点,并对该工艺中通用脱水设备的功能要求进行了详细介绍。最后指出非常规天然气脱水处理技术应进一步深入研究的内容。     

天然气研究院涡流管技术获得3项专利授权

<正>经过10年的努力,目前,中国石油西南油气田公司天然气研究院在涡流管气液分离技术研究工作中,通过对亚音速涡流管和超音速涡流管的5轮研究,3项成果获得授权专利证书。这3项授权专利分别为:发明专利"一种超音速涡流管气体脱水脱烃的方法"(专利号:ZL201110071111.8)和"一种预成核超音速涡流管天然气脱水方法"(专利号:201010115527.0);实用新型专利"一种预旋流超音速旋流分离器"(专利号:ZL201120069282.2)。"一种超音速涡流管气体脱水脱烃的方法"设计了1种多级脱水、脱烃的流程,在能耗利用方面达到     

集冷凝和离心分离功能于一体的天然气超音速旋流分离技术

天然气超音速旋流分离技术具有结构简单紧凑、无转动部件、可靠性高、无化学添加剂、投资和维护费用低等优点,工业应用前景广阔,但由于其过程的复杂性,理论研究还不成熟。为了推进该技术的大规模工业化应用,在介绍天然气超音速旋流分离器的结构及其工作原理的基础上,阐述了其旋流流动过程、内部凝结过程和内部流动过程等数值模拟的研究新进展,分析了近年来国内外有关的实验研究现状,总结了相关数值模拟和实验研究的进展,并对未来天然气超音速旋流分离技术亟待解决的关键问题进行了展望。研究结果表明:(1)目前关于超音速旋流分离器的数值模拟研究主要集中在旋流流动过程、内部凝结过程和内部流动过程等方面,并取得了一定成果;(2)国内对超音速旋流分离器的实验研究主要集中在低压实验,而在高压天然气的凝结机理及分离机理研究等方面则可能尚存在着一定的差距。结论认为:(1)解决超音速喷管的收缩段曲线和扩张段曲线的匹配、旋流器的结构优化设计与安装位置等问题,有助于气体凝结和提高气液分离效率;(2)开展符合天然气实际操作工况的高压实验,有助于探究天然气旋流分离的凝结和分离机理;(3)亟待在准确揭示高压天然气跨音速流动时其中水分及重烃的凝结机理和分离过程方面进行深入研究,确定影响分离性能的因素,以期为天然气旋流分离器的工程设计与应用奠定坚实的理论基础。     

用于超声速旋流分离器中的超声速喷管研究

超声速旋流分离器是一种免加热或免加注防冻剂的新型天然气脱水和重烃分离装置，喷管是其关键部件。针对超声速旋流分离器中拉伐尔喷管的特点，对3种不同的喷管设计方法进行了对比分析。结果表明：亚声速收缩段为维托辛思基曲线、喉部为一段光滑圆弧、超声速扩张段按富尔士法设计的喷管出口气流均匀，达到设计的马赫数要求。数值模拟表明，天然气在喷管内绝热膨胀形成超声速气流，在喷管扩张段水和重烃组分凝析。喷管内极短的滞留时间不会形成水合物，亦不需添加防冻剂。     

Supersonic swirling characteristics of natural gas in convergent-divergent nozzles

The supersonic nozzle is a new apparatus which can be used to condense and separate water and heavy hydrocarbons from natural gas.The swirling separation of natural gas in the convergent-divergent nozzle was numerically simulated based on a new design which incorporates a central body. Axial distribution of the main parameters of gas flow was investigated,while the basic parameters of gas flow were obtained as functions of radius at the nozzle exit.The effect of the nozzle geometry on the swirling separation was analyzed.The numerical results show that water and heavy hydrocarbons can be condensed and separated from natural gas under the combined effect of the low temperature(-80℃) and the centrifugal field(482,400g,g is the acceleration of gravity).The gas dynamic parameters are uniformly distributed correspondingly in the radial central region of the channel,for example the distribution range of the static temperature and the centrifugal acceleration are from -80 to -55℃and 220,000g to 500,000g,respectively,which would create good conditions for the cyclone separation of the liquids.However,high gradients of gas dynamic parameters near the channel walls may impair the process of separation.The geometry of the nozzle has a great influence on the separation performance. Increasing the nozzle convergent angle can improve the separation efficiency.The swirling natural gas can be well separated when the divergent angle takes values from 4°to 12°in the convergent-divergent nozzle.     

超声速旋流天然气分离器研究

超声速旋流分离是天然气处理工艺技术的一大突破。超声速旋流分离器依靠喷管膨胀形成低温超声速流动，依靠超声速翼形成旋流实现水及重烃分离。利用计算流体力学（CFD）技术研究了超声速旋流分离器内的流体物性及流场特性，分析了超声速旋流分离器内温度、压力、速度等特性参数的变化规律，研究了凝析液滴在超声速旋流分离器内的运动轨迹及不同粒径尺寸的液滴在分离器内的停留时间。研究表明，超声速旋流分离器水分及重烃分离效率高，能够替代传统的低温分离工艺。     

超音速雾化排水采气工艺数值模拟与现场应用

针对超音速雾化排水采气工艺在川西坳陷中浅层气藏应用缺乏理论指导的问题,开展了数值模拟研究及现场试验。首先,基于川西坳陷中浅层有水气藏生产井实际工况建立了超音速雾化喷管数值模型,围绕气井生产动态特征开展了喷管两相流数值模拟,并通过室内实验结果验证了模型正确性,通过求解获得了雾化喷管内部流体各相流动特征参数的分布。对气井生产特征参数以及喷管结构参数进行了敏感性分析,明确影响超音速雾化排水采气工艺应用效果的主控因素,形成了适用于川西坳陷中浅层气藏的超音速雾化排水采气工艺理论。研究表明:喷管渐缩段对于流体流动特性影响较小,而流体流经喷管喉部至渐扩段,各特征参数发生剧烈变化;气体流经雾化喷管被加速达到音速时,临界压力比值为1.35,该数值可作为判断工艺有效性的技术指标;入口压力对工艺效果整体影响较大,而产气量及气液比则主要通过控制喷管入口前井段的携液来影响工艺效果,被气流携带进入喷管内部的积液均在超音速气流作用下实现雾化。基于理论研究设计了施工参数,优选气井开展了现场试验,结果表明超音速雾化排水采气技术可实现气井节流稳压的同时强化见水气井的携液能力,改善井筒流态,降低井筒压力损失,对延长川西坳陷中浅层气井稳产期具有重要意义。     

气井井筒跨音速气水分离与旋流排液技术

气井井筒跨音速气水分离技术主要基于超音速喷管与跨音速翼流动机理,通过喷管将流体加速,温度快速下降,致使饱和水凝结成液滴并从旋流天然气中分离出来.由于液滴在喷管冷凝时滞留时间仅有1ms左右,不易形成水合物,不需要加入水合物抑制剂等化学药品,可避免有害化学物的再生.将该技术用于气井井筒的结构设计,对天然气流经跨音速翼进行了数值模拟,获得了流体在流场中的流动规律.     

基于CFD的随钻扩眼工具冲洗水眼设计

目前国内尚无应用计算流体力学(CFD)方法对随钻扩眼工具进行分析的先例。为此,基于CFD方法,采用赫-巴流变模式和RNG k-ε湍流模型对随钻扩眼工具的内外部流场进行仿真计算。通过对流场流线形状和流线分布情况进行分析,着重研究了冲洗水眼放置位置、水眼出口大小和水眼后置角度等对非水基钻井液流场的影响。分析结果表明,后置式冲洗水眼不会产生涡流,可直接冲洗切削刀翼,因而设计时宜采用后置式水眼结构;后置式水眼的出口不宜太大,否则分流过多影响前方钻头工作;也不能太小,影响岩屑输送和切削刀翼温度的降低,设计时应考虑实际情况在5～6 mm的区间内取值;后置式水眼的后置角度不能太大,否则钻井液向上的速度分量衰减过快,设计时可根据具体结构在30°附近取值。     

旋流对二氧化碳超声速凝结特性的影响

为了研究旋流对超声速喷管中CO₂凝结特性的影响,基于气-液两相流动控制方程、凝结模型和CO₂表面张力模型,建立了CO₂-CH₄二元混合气体旋流凝结流动的数学模型,模拟了CO₂在超声速喷管中的旋流凝结过程。数值结果表明：在旋流流动过程中,CO₂凝结成核过程中释放大量潜热传递给周围介质,使过冷度迅速下降,气体重新达到平衡状态,此时气体过冷度依然大于0,为液滴的生长创造了良好的环境。强旋流和壁面边界层的存在导致凝结参数沿喷管径向分布不均匀,并且增加旋流强度会增大液滴碰撞几率和喷管液化效率,但旋流强度增大同样会限制气体膨胀特性和喷管过流能力。     

超音速分离技术及在气田地面工程中的应用

与传统的低温分离技术相比,超音速涡流管分离技术是近年来在全球范围受到普遍关注的具有重要技术变革意义和节能环保意义的天然气处理工艺技术。本文在介绍超音速涡流管分离技术的发展现状和工作原理的基础上,对当前取得良好运用效果的两种超音速涡流管（3S管和Twister管）进行了评述,着重分析了第1代、第2代Twister超音速涡流管的各自特点及应用情况．简要介绍了超音速涡流管分离技术在脱水系统中的工作情况。对该技术在天然气开发领域的运用进行分析的基础上,总结了超音速涡流管技术运用于气田脱水所带来的优点,展望了超音速涡流管技术在天然气分离中的应用前景,对该技术在国内气田实际应用中的局限性及未来的研究方向提出了一些看法和建议。     

天然气超音速旋流脱水装置设计及凝结特性分析

天然气中含有的水蒸气往往会导致单位体积气体发热量降低,减少输送管道的流通面积,其中的CO_2和H_2S溶于液态水后还会腐蚀管路。针对实际开采过程中的高压天然气含水问题,结合流体力学和工程热力学原理,设计了1套前置式超音速天然气旋流脱水装置。基于国内外研究现状,建立了超音速旋流天然气凝结流动的数值模型,包括多组分两相膨胀流动模型和水蒸气凝结模型。对超音速旋流天然气脱水装置各个工作段的流动特性进行了数值研究,得出装置内部压力、温度、马赫数、水蒸气内部成核率、湿度的分布规律,并根据数值模拟结果对超音速旋流天然气脱水装置进行了优化设计。