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。     

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     

超音速涡流管分离新工艺先导性技术研究取得阶段性成果

<正>近日,中国石油与北京航空航天大学合作研究的"超音速涡流管分离新工艺先导性技术研究"项目完成了实验室涡流管空气脱水实验,项目研究达到预期效果。该项目是2011年中国石油天然气股份有限公司科研计划项目,为"中石油低碳关键技术研究"项目部分内容。其研究目的在于研发1套可利用原料气压力能实现气液分离的超音速涡流管天然气脱水     

超音速涡流管脱水工艺评述

本文扼要介绍了超音速涡流管(Twister分离器)技术及其在原料天然气水露点控制工艺方面的应用.文章指出:(1)利用超音速涡流管制冷新工艺进行原料天然气的水露点控制与烃露点控制具有明显的节能和环保优势,是当前在全球范围受到普遍重视的新工艺;(2)此项新工艺对西南油气田公司含硫天然气的水露点控制颇具实用价值;(3)国外经验表明在超音速涡流管制冷工艺的技术开发过程中进行一定规模的现场试验是必须的;(4)此类装置在处理含硫原料时必须特别注意材质与防腐问题,也需要相应地解决含硫污水的处理问题.     

超音速分离管技术在海上平台的应用分析

天然气超音速分离管技术是一种全新的天然气脱水和脱重烃技术,同常规技术相比,具有投资少、效率高、能耗低、体积小等优点,但是存在处理过程压力损失过大的缺点。文中通过分析,探讨了超音速分离管技术在海上平台天然气脱水和烃露点控制工艺中的应用,并与常规的天然气处理技术进行了比较。     

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。     

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.     

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。     

定容过程气体水合物相平衡计算研究

近日,中国石油与北京航空航天大学合作研究的＂超音速涡流管分离新工艺先导性技术研究＂项目完成了实验室涡流管空气脱水实验,项目研究达到预期效果。该项目是2011年中国石油天然气股份有限公司科研计划项目,为＂中石油低碳关键技术研究＂项目部分内容。     

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。     

天然气超音速分离器中漩涡发生器及喷管的数值模拟研究

天然气超音速分离技术是近年来发展起来的新型天然气脱水技术。漩涡发生器及喷管是天然气超音速分离器的关键部件之一。通过对直叶片、折叶片和弯叶片三种不同叶片形式的漩涡发生器的流场进行了数值模拟研究,结果表明,弯叶片的漩涡发生器具有良好的性能。此外,对天然气超音速分离器的喷管流动进行了研究。结果证明,本文采用的漩涡发生器和喷管可以获得很低的温度和强大的离心力,可以使天然气中的水蒸气冷凝成小液滴并分离出来,从而达到天然气脱水的目的。     

催化裂化提升管出口紧凑式旋流快分系统

 基于旋流快分系统（VQS）在重油催化裂化工业装置中的成功应用与推广,提出了一种适用于重油催化裂化双提升管装置的紧凑式旋流快分系统（CVQS）。该系统由两级高效旋流快分器串联组成,第二级高效旋流快分器取代顶旋;采用紧凑式旋流快分系统不仅可以降低设备投资,而且可以显著缩短油气在沉降器内的停留时间,从而有助于解决沉降器内油气的滞留、返混和装置结焦等问题。在研究新型高效隔流筒和旋流头的基础上,考察了CVQS系统两种串联方案的分离性能,结果表明,两级高效旋流快分器优化匹配后,系统的总分离效率大大提高,可更好地实现气、固两相的快速高效分离。     

天然气处理的新技术──涡流管和封闭能量循环过程

简要介绍涡流管的基本结构、通过涡流管产生的能量分离现象及其影响因素。将涡流管与膨胀机、节流阀中的膨胀过程进行了比较。进而以用涡流管和封闭能量循环系统处理天然气之例说明这一新技术的特点和优越性。     

基于Q判据的不同排气管直径旋风分离器内部涡分析

为了研究排气管直径对旋风分离器内部流场的影响,采用雷诺应力模型对4种不同排气管直径的旋风分离器进行气相流场的数值模拟,同时引入Q判据识别内部空间涡的结构。结果表明,利用Q判据做出的涡等值面,可以较为直观地看出涡结构的变化趋势。在一定范围内,减小排气管的相对直径,可以使旋风分离器内部流动更加稳定;但当排气管直径过小时,内部湍动作用会加剧,能量损失加大。在壁面处,有封闭的涡线形成,能量损失加剧;改善壁面处的涡平衡,可以有效抑制封闭涡线的形成,从而减小能量损失,提高分离效率。此外,涡核摆动并不是随着排气管直径的增大就越剧烈,而是存在一个极值,在极值处涡核摆动整体最小;适当地调整排气管直径,有利于涡结构的平衡,提高流体的稳定性,从而提高分离效率。     

重力式油气水三相分离器内部流动研究

针对我国目前大部分的分离器处于结构仿制或经验改造的状况,存在设备体积大,分离效率不高等问题,利用ＰＷ技术对分离器内填料安放区不放填料、从底部到顶部放满填料和填料区底部掏空（其余部分放满填料）３种结构,沿流动方向分四个区域进行分离器内部流场测试。从测试结果表明,３种结构的分离器不同程度地存在流动死区、旋涡区和流动“短路”等现象,从而缩短了待处理液在分离器内的停留时间,减小了有效分离空间,阻碍了重力沉降分离,降低了分离效率。建议采用从底部进液、均匀化流速等改进措施。     

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。     

超音速喷嘴涡流管气体分离性能的数值模拟与实验

 建立了超音速喷嘴涡流管的简化几何模型,利用描述两相双组分超音速冷凝流动的 Eulerian 双流体三维湍流模型,以含湿空气为介质对装置内部的自发凝结过程进行数值模拟。设计制造相应的装置,建立实验平台,对装置的含湿气体分离性能进行实验研究。通过模拟和实验2种手段研究了影响超音速喷嘴涡流管气体分离性能的参数及其影响规律。结果表明,气流在喷嘴内部达到超音速流动,使得水蒸气自发凝结成液滴,为混合气体分离提供了先决条件;热端管内气体自旋产生的离心加速度可以达到重力加速度的6×10⁵倍,为气、液分离提供了必要条件;降低进出口压力之比和冷流率,增大入口相对湿度和长径比可以提高装置的气体分离性能,安装阻涡器对性能有不利影响。因此,采用超音速喷嘴涡流管实现混合气体中重组分的脱除是可行的。     

油浆蒸汽发生器管板开裂的原因及防治

锦州石化公司催化裂化装置采用的浮头式油浆蒸汽发生器,投用一年多（在其设计寿命之内）就发生失效。其失效形式表现为蒸汽发生器管板大面积开裂。从汽液两相流的不稳定性和旋涡脱落特性两方面分析管板开裂的原因,如两相流的基本参数的计算、两相流的静力学不稳定性和动力学不稳定性分析,两相流不稳定性的后果、旋涡脱落特性分析、错列管束上的两相流体作用力分析。找出蒸汽发生器浮头管板开裂的原因,并提出相应的改进方案。     

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管柱式旋流分离器是一种带有倾斜切向入口及气体、液体出口的垂直管。它依靠旋流离心力实现气、液分离，与传统容器式分离器相比，具有结构紧凑、重量轻、投资节省等优点，是替代传统容器式分离器的新型分离装置。在气液两相旋流分析的基础上，建立了预测分离性能的机理模型，该模型包括了入口分离模型、漩涡模型、气泡及液滴轨迹模型；依据机理模型，提出了管柱式旋流分离器工艺设计技术指标和工艺设计步骤；计算示例显示分离机理模型是合理的，适于工程设计。