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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 被引量:13
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作者 程霖 额日其太 +1 位作者 计维安 宋彬 《石油与天然气化工》 CAS CSCD 2011年第3期232-235,242,共5页
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... 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。 展开更多
关键词 超音速分离器 漩涡发生器 数值模拟 天然气脱水 喷管
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再循环腔进口位置对超音速分离器流场影响数值分析 被引量:3
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作者 王治红 朱超 +1 位作者 王小强 但小东 《石油与天然气化工》 CAS CSCD 2014年第2期117-121,共5页
超音速分离器作为一种新型、高效的分离设备,具有传统分离方式和设备不可比拟的高效性和经济性。在相同的结构尺寸下,对传统超音速分离器与再循环超音速分离器进行了对比数值模拟。结果表明,在相同的出口压力下,再循环分离器的流场分布... 超音速分离器作为一种新型、高效的分离设备,具有传统分离方式和设备不可比拟的高效性和经济性。在相同的结构尺寸下,对传统超音速分离器与再循环超音速分离器进行了对比数值模拟。结果表明,在相同的出口压力下,再循环分离器的流场分布较传统分离器好,且能使激波远离喉部,扩大超音速流动的区域范围,有利于气液分离。同时,针对再循环腔不同进口位置对流场稳定性的影响进行了分析。结果表明,进口位置在Laval喷管出口时,流场稳定性较好,有利于提高分离性能。 展开更多
关键词 超音速分离器 再循环 数值模拟 激波 天然气
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超音速旋流分离器湿气出口段液膜测量 被引量:1
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作者 丁红兵 张盼盼 +3 位作者 陈政奇 王世伟 梁真馨 孙宏军 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期667-679,共13页
超音速旋流分离技术作为一种新型的多相流分离技术,在天然气脱水脱烃领域有较好的应用前景。超音速分离器内液膜特性与分离性能息息相关,本文以其湿气出口段液膜特征为研究对象,开发了一套FPC电导式液膜厚度测量系统,设计了标定装置获... 超音速旋流分离技术作为一种新型的多相流分离技术,在天然气脱水脱烃领域有较好的应用前景。超音速分离器内液膜特性与分离性能息息相关,本文以其湿气出口段液膜特征为研究对象,开发了一套FPC电导式液膜厚度测量系统,设计了标定装置获取传感器实际输出特性。搭建实验管段展开气液两相分离实验,研究了入口含液量与背压比对液膜特征的影响。实验显示液膜厚度低于500μm时传感器灵敏度较高,拟合曲线误差在±5%以内。时域上统计学分析表明液膜厚度呈双峰分布,基层厚度约为70μm。频域上小波包分解后第2、第3频段与其他频段能量分布变化趋势有明显差异,据此对原始信号依次进行重构、局部均值分解、求近似熵和聚类,结果表明含液量增大,液膜波动加剧,近似熵可聚类为三类,对应三种流形。采用互相关算法分析液膜扰动波速度,含液量增大其流向分量与周向分量均呈指数增长趋势,流向分量及其RMSE范围分别为84.7~339.0mm/s、1.15~4.51mm/s,周向分量及其RMSE范围分别为54.8~186.4mm/s、1.20~3.38mm/s。 展开更多
关键词 超音速分离器 FPC电导式液膜传感器 液膜特征 小波包变换 局部均值分解
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新型超音速旋流分离器流场分析与性能评估 被引量:5
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作者 韩中合 赵豫晋 +1 位作者 肖坤玉 张士兵 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第9期2715-2720,共6页
为了解决实际开采过程中高压天然气的含水问题,结合气体动力学和流体热力学原理,设计了一套前置式超音速旋流脱水装置,围绕新装置进行了流场模拟和性能分析两方面研究。首先根据几何尺寸建立了三维数值计算模型,并结合RNG k-ε湍流模型... 为了解决实际开采过程中高压天然气的含水问题,结合气体动力学和流体热力学原理,设计了一套前置式超音速旋流脱水装置,围绕新装置进行了流场模拟和性能分析两方面研究。首先根据几何尺寸建立了三维数值计算模型,并结合RNG k-ε湍流模型对超音速分离器内部流场进行了模拟,得出了装置轴心线上天然气压力、温度、马赫数等特性参数的分布规律,同时对不同截面上参数的径向变化进行了分析;最后根据露点降和分离效率评估了超音速旋流分离器的工作性能,结果表明:在喷管出口处马赫数为1.51,膨胀最低温度可达140K,切向旋流速度为160m/s,可以实现水蒸气的充分凝结和分离;当压损比达到70%时,可以得到32℃的露点降,而且装置对于变压力、变温度工况具有很好的适应性,完全可以满足生产实际要求。 展开更多
关键词 前置式超音速分离器 天然气流场 数值模拟 激波 离心分离 性能研究
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用于超音速分离流场参数测量的ECT图像重建算法优化
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作者 王世伟 王超 +1 位作者 郭琪 丁红兵 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期111-119,共9页
针对电容层析成像系统(ECT)用于超音速分离器内气液两相流场参数测量时逆问题病态性导致图像重建质量不高的问题,基于引导图像滤波和正则化理念,提出了一种新的ECT图像重建算法。首先分别利用L_(2)正则化和L_(p)(0<p<1)正则化对... 针对电容层析成像系统(ECT)用于超音速分离器内气液两相流场参数测量时逆问题病态性导致图像重建质量不高的问题,基于引导图像滤波和正则化理念,提出了一种新的ECT图像重建算法。首先分别利用L_(2)正则化和L_(p)(0<p<1)正则化对介质分布重建,在此基础上,将L_(2)正则化和L_(p)正则化的重构图像分别作为引导图像滤波的引导图和输入图,进行滤波输出。仿真和实验条件下,所提算法、L_(2)正则化算法和L_(p)正则化算法的图像重建结果表明,前者可以同时结合后两种算法的平滑性和稀疏性优势,重构的介质分布更加准确,图像伪影更少。与其它两种方法相比,重建图像平均相关系数分别提高了17.01%和7.15%。所提算法在ECT测量超音速分离器气液两相流场参数方面具有良好应用前景。 展开更多
关键词 超音速分离器 图像重建 ECT系统 正则化方法 引导图像滤波
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基于ECT模型修正及算法优化的超音速分离流场图像重建
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作者 王世伟 王超 +1 位作者 郭琪 丁红兵 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期4222-4229,共8页
超音速分离器内流场参数的准确测量对其结构与性能优化至关重要,电容层析成像(electrical capacitance tomography,ECT)能够实现非侵入式参数测量,其逆问题求解的数学模型主要通过线性化近似得到,忽略了非线性、“软场”效应等对结果的... 超音速分离器内流场参数的准确测量对其结构与性能优化至关重要,电容层析成像(electrical capacitance tomography,ECT)能够实现非侵入式参数测量,其逆问题求解的数学模型主要通过线性化近似得到,忽略了非线性、“软场”效应等对结果的影响,使得当场域内介质分布的介电常数差异较大时,图像重建质量不高。针对上述问题,本文通过引入模型推导误差对ECT逆问题数学模型修正,在此基础上,根据目标函数的可分离特性,设计结合正则化与Split Bregman(RASB)的求解算法,分别对模型误差和待重构介质进行交叉迭代求解。最后通过仿真和实验手段对比分析了RASB算法、Tikhonov正则化算法、L1正则化算法和Landweber算法重建图像效果,结果表明所提算法RASB可以减小线性化近似产生的误差,削弱噪声对图像重建结果的影响,重构的介质分布更加准确,图像中伪影更少。RASB算法对几种模型重建图像的平均相关系数为0.8964,高于Tikhonov正则化算法的0.8353、L1正则化算法的0.8496和Landweber算法的0.8681。 展开更多
关键词 超音速分离器 电容层析成像 模型推导误差 正则化与SplitBregman 交叉迭代
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超音速两相膨胀分离及制冷液化的研究进展
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作者 陈宝生 曾钰培 +1 位作者 邹爱红 罗二仓 《制冷学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1-16,共16页
超音速膨胀降温并结合旋流分离技术是一种新型气体液化分离技术,近年来主要应用于分离多组分气体中的高凝点组分。介绍了超音速旋流分离器的2种典型结构;归纳了Laval喷管中凝结相变的理论发展、数值模拟、实验研究和分子模拟4个方面内容... 超音速膨胀降温并结合旋流分离技术是一种新型气体液化分离技术,近年来主要应用于分离多组分气体中的高凝点组分。介绍了超音速旋流分离器的2种典型结构;归纳了Laval喷管中凝结相变的理论发展、数值模拟、实验研究和分子模拟4个方面内容;对超音速旋流分离器中的激波问题、结构优化进行了分析总结;大量实验及现场应用证明了超音速旋流分离器具有节能环保、无运动部件、无需添加化学药剂等优势,在天然气净化处理等领域已得到广泛应用。下一步研究可从单组分、多组分气体凝结相变机理、提升液化效率等方面入手,促进超音速旋流分离技术在普冷温区、氢氦低温温区的液化及制冷技术应用。 展开更多
关键词 超音速旋流分离器 Laval喷管 激波 结构优化
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超音速分离技术在塔里木油气田的成功应用 被引量:16
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作者 温艳军 梅灿 +3 位作者 黄铁军 于跃云 侯建民 陈江 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第7期77-79,108-109,共3页
超音速分离技术是一种集低温制冷及气液分离于一体的新技术,2011年6月,国内引进的首套超音速分离器(super sonic separator,3S)在中国石油塔里木油田公司牙哈作业区凝析气处理厂投产成功。为此,介绍了超音速分离器的工作原理及脱油脱水... 超音速分离技术是一种集低温制冷及气液分离于一体的新技术,2011年6月,国内引进的首套超音速分离器(super sonic separator,3S)在中国石油塔里木油田公司牙哈作业区凝析气处理厂投产成功。为此,介绍了超音速分离器的工作原理及脱油脱水工艺流程。运行效果表明,相对于传统制冷(如J-T阀、冷剂和膨胀机制冷)设备,超音速分离器具有以下优势:①效率高。发生在超音速喷管中的膨胀降压、降温、增速过程以及发生在扩散器中的减速、升压、升温过程,均为气体的内部能量转换过程,经过全面优化设计,能使能量损失降低到最低限度。②能耗低。与低温法丙烷制冷相比,在凝液收率相同的情况下,3S可减少制冷压缩机电耗50%~70%;而3S代替膨胀机,在凝液收率相同的情况下,可多回收15%~20%的压缩功率。③无转动部件、属静设备,因此运行更加安全可靠。④工艺过程和设备简单,投资省。⑤本身无消耗,无须水、电、仪表风的支持,除了温度和压力的监控,不依赖控制系统,运行成本低。⑥无废水、废液排出,对环境无影响。⑦体积小,占地和占有的空间小。超音速分离器可以更深度地脱水脱油,从而提高商品天然气品质,并可增加凝液产量,同时明显降低能耗,获得更好的经济效益。 展开更多
关键词 塔里木油气田 超音速分离器 天然气 脱水脱油 制冷 高效节能 环保 天然气品质 凝液产量
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二氧化碳超音速分离实验系统设计及性能预测 被引量:3
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作者 蒋文明 陈佳男 +1 位作者 来兴宇 刘杨 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2021年第4期4-7,18,共5页
为了研究超音速分离管对Air-CO_(2)混合气体的分离效果,设计并搭建了室内高压超音速旋流分离实验系统。通过HYSYS过程模拟软件和超音速旋流分离等效模型对Air-CO_(2)混合气体脱碳过程进行模拟,并分析了该实验系统的脱碳可行性。结果表明... 为了研究超音速分离管对Air-CO_(2)混合气体的分离效果,设计并搭建了室内高压超音速旋流分离实验系统。通过HYSYS过程模拟软件和超音速旋流分离等效模型对Air-CO_(2)混合气体脱碳过程进行模拟,并分析了该实验系统的脱碳可行性。结果表明,在现有实验条件下,该系统可以满足超声速分离器的工作要求,将部分CO_(2)气体从Air-CO_(2)混合气体中分离出来。在其他条件不变的情况下,增大超声速分离管入口压力导致入口温度上升,CO_(2)脱除率增加;增大入口CO_(2)摩尔分数导致入口温度下降,CO_(2)脱除率增加。 展开更多
关键词 实验系统 超音速分离器 可行性分析 性能预测
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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 被引量:9
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作者 段振亚 梁龙辉 +3 位作者 李帅 刘展 李镇江 刘新哲 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期93-99,共7页
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... 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。 展开更多
关键词 超音速旋流分离器 天然气脱水装置 优点 结构 工作原理 数值模拟 实验研究 展望
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超音速脱水在天然气处理中的应用 被引量:3
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作者 靳亮 诸林 王磊 《石油与天然气化工》 CAS CSCD 2013年第6期578-581,共4页
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... 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。 展开更多
关键词 脱水 超音速分离器 Laval喷管 原理 应用前景
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高压天然气井口降压分离装置设计与流场分析 被引量:2
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作者 杨飞 邓琅 +1 位作者 罗涛 张计春 《钻采工艺》 CAS 北大核心 2023年第5期113-118,共6页
高压天然气井只有将天然气压力与水蒸气压力控制在合理范围内,才能实现天然气集输管路的平稳供气,从而提高天然气开采效率,节约生产成本。为克服传统降压阀成本高、不耐冲蚀、使用寿命低及易发生冰堵等问题,文章首先介绍基于超音速分离... 高压天然气井只有将天然气压力与水蒸气压力控制在合理范围内,才能实现天然气集输管路的平稳供气,从而提高天然气开采效率,节约生产成本。为克服传统降压阀成本高、不耐冲蚀、使用寿命低及易发生冰堵等问题,文章首先介绍基于超音速分离器的采气工艺布局,其次根据天然气井场的管线布置情况,设计出一种超音速分离降压装置代替天然气井场的二级节流阀与水套炉,该装置不仅能有效的实现高压天然气井口降压,还能过滤掉高压天然气所携带的固体颗粒、水、重烃等杂质;最后基于CFD理论分析了超音速分离器的内部流场特性,验证了高压天然气井口降压分离装置的降压能力、旋流分离效率及抗冲蚀能力等,进而指导了工具设计及其现场应用。 展开更多
关键词 高压天然气 井口降压装置 超音速分离器 流场分析
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