Тюрін Валерій Володимирович. Розробка і дослідження відцентрових елементів для сепараційного обладнання в системах підготовки газу

Короткий опис

Тюрін Валерій Володимирович. Розробка і дослідження відцентрових елементів для сепараційного обладнання в системах підготовки газу : Дис... канд. наук: 05.23.03 - 2009.

Тюрін В.В. Розробка і дослідження відцентрових елементів для сепараційного обладнання в системах підготовки газу. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.03 вентиляція, освітлення та теплогазопостачання. Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Харків, 2009.
Дисертаційна робота присвячена розробці і дослідженню прямотечійних відцентрових сепараційних елементів (ПВСЕ), а також розробці нового методу розрахунку ступеня очистки газу від рідини в ПВСЕ з урахуванням зміни осьової та обертальної швидкостей, густини і статичного тиску газу у радіальному та поздовжньому напрямках каналу, в якому рухається закручений вісесиметричний потік, а також можливої зміни рівноважного розподілу крапель за розмірами після проходження газорідинним потоком завихрювачів ПВСЕ. Отримано критеріальне рівняння для розрахунку коефіцієнта місцевого опору ПВСЕ довжиною до 8 його внутрішніх діаметрів циліндричного патрубка. На основі одержаних результатів роботи в експлуатацію установок комплексної підготовки газу введено сім сепараторів діаметрами 300, 500, 600, 800 і 1200 мм з ПВСЕ нової конструкції, що дозволило підвищити якість підготовки газу та отримати додатковий вуглеводневий конденсат.

За результатами виконаної дисертаційної роботи можна зробити наступні висновки та практичні рекомендації:

Виконаний аналіз відомих конструкцій ПВСЕ, які використовуються в сепараційному обладнанні установок підготовки газу показав, що сепаратори з контактно-сепараційними елементами УкрНДІгазу мають найменшу питому металоємність серед відцентрових сепараторів та є самими компактними і ефективними при очистці великих об’ємів газу, але мають вузький діапазон навантажень за газовою та рідкою фазами, в межах якого вони забезпечують ступінь очистки газу від рідини не менше 99 %, через що дані конструкції ПВСЕ потребують вдосконалення.
З проведеного аналізу особливостей закручених потоків та їх аеродинамічних характеристик виявилось доцільним отримання критеріального рівняння коефіцієнта місцевого опору ПВСЕ з відносною довжиною циліндричного патрубкаL/d8.
Виконаний аналіз в області методів розрахунку ступеня очистки газу від рідини в ПВСЕ показав, що сучасні методи розрахунку не враховують: характерної структури закрученого потоку у поздовжньому та поперечному напрямку каналу, в якому рухається закручений потік; згасання інтенсивності закрутки по мірі віддалення потоку від завихрювача; зміну густини газу у радіальному напрямку під впливом відцентрових масових сил; зміну рівноважного розподілу крапель за розмірами після проходження газорідинним потоком завихрювачів ПВСЕ, а тому дані методи розрахунку потребують вдосконалення.
Створено, досліджено та впроваджено у виробництво нові конструкції ПВСЕ з робочим діапазоном навантажень за газовою та рідкою фазами в межах фактора швидкості газу в патрубку ПВСЕ від 15 до 39 Па0,5та питомого зрошення до 307 м3/(м2год.), у той час як у попередніх КСЕ УкрНДІгазу робочий діапазон знаходився у межах фактора швидкості газу від 15 до 20 Па0,5та питомого зрошення до 110 м3/(м2год.).
За результатами експериментальних досліджень ступеня очистки газу від рідини в ПВСЕ нової конструкції виявлено чотири зони (режими) роботи: зона захлинання, перехідна зона, зона сталої роботи і зона вторинного виносу рідини з газом. Під час питомого зрошенняLf106 м3/ (м2год.) вони визначаються фактором швидкості газу в патрубку сепараційного елемента в інтервалі:F12 Па0,5, 12F15 Па0,5, 15F39 Па0,5іF39 Па0,5, відповідно. Під час питомого зрошенняLf= 307 м3/ (м2год.) дані зони знаходяться в інтервалі:F15 Па0,5, 15F21 Па0,5, 21F39 Па0,5іF39 Па0,5, відповідно.
В інженерній практиці проектування сепараційного обладнання на базі нових ПВСЕ рекомендується виконувати в діапазоні 15F39 Па0,5.
Оптимальне поєднання якості очистки газу і падіння статичного тиску на тарілці з ПВСЕ досягається завихрювачами з початковим інтегральним параметром закрутки в інтервалі 0,6Ф*0,88.
Розроблено новий метод розрахунку ступеня очистки газу від рідини в ПВСЕ з урахуванням зміни осьової та обертальної швидкостей, густини і статичного тиску газу у радіальному та поздовжньому напрямках каналу, а також з урахуванням зміни рівноважного розподілу крапель за розмірами після проходження газорідинним потоком завихрювачів ПВСЕ.
В інженерній практиці представлений метод розрахунку ступеня очистки газу рекомендується використовувати для фактора швидкості газу в патрубку ПВСЕ в межах від 15 до 45 Па0,5.
Одержано критеріальне рівняння коефіцієнта місцевого опору ПВСЕ з аксіально-лопатковим завихрювачем, інтегральний параметр закруткиякого знаходиться в межахФ*= 0,75 1,48, з тангенціальним завихрювачем зФ*= 0,45 3,03, циліндричним патрубком з відносною довжиноюL/d8, сепараційною діафрагмою зі ступенем діафрагмування 0,85 при роботі як в «сухому» режимі, так і при наявності в потоці рідкої фази в об’єміLf106 м3/ (м2год.).
Впровадження сепараційного обладнання з новими ПВСЕ в установках комплексної підготовки газу на газоконденсатних родовищах України дало змогу понизити точку роси товарного газу як по волозі, так і по вуглеводням, підвищити якість підготовки газу та отримати додатковий вуглеводневий конденсат у якості додаткового товарного продукту, кількість якого лише на Березівській УКПГ склала 0,44 м3/добу. Економічний ефект від впровадження нових ПВСЕ у складі сепаратора СВВ 500-64 на Березівській УКПГ складає 55,3 тис. грн. на рік.
Отримані результати промислових досліджень аеродинамічного опору та ступеня очистки газу в ПВСЕ добре співпали з результатами лабораторних досліджень та теоретичних викладок.