Удосконалення технології використання вихрових труб при підготовлянні природного газу

Abstract

Дисертація присвячена удосконаленню існуючих технологій підготовляння природного газу до транспортування шляхом використання вихрових труб. У роботі досліджено процес температурного розділення потоку газу у вихровій трубі. Запропоновано удосконалену математичну модель вихрової труби. За допомогою чисельних методів досліджено умови виникнення явища ежектування у вихровій грубі. Встановлено характер впливу геометричних розмірів вихрової труби иа її термодинамічну ефективність. Нa основі запропонованої математичної моделі розроблено методику розрахунку геометричних параметрів вихрової труби (діаметра сопла, діафрагми та розмірів конусного регулятора), а також часток потоків для отримання необхідних ефектів нагрівання і охолодження газу при відомому відношенні вхідного до вихідного тисків. Встановлено особливості роботи вихрової труби в умовах установки підготовляння природного газу. Запропонована модель регресії для визначення ефекту охолодження залежно від частки гарячого потоку та відношення вхідного до вихідного тисків. Обгрунтована доцільність використання математичної моделі для розроблення нових технологічних схем підготовляння газу та конструювання нових промислових зразків вихрової труби. Запропоновано ряд технологічних схем підготовляння газу з використанням вихрової труби при подачі газу у магістральний газопровід та на газорозподільну станцію.

The thesis is devoted to the development of new and improvement of existing natural gas processing technologies in which vortex tube is installed. In current work:, temperature stratification of gas steam in vortex tube is investigated. The enhanced mathematical model of vortex tube was proposed. With the help of mathematical model ejecting type of flow in vortex tube was investigated. The influence of several geometrical parameters on thermodynamic efficiency of vortex tube was defined. Based on presented in current work mathematical model, a new method of calculation the geometrical parameters (nozzle diameter, diaphragm diameter, sizes of conical valve) and streams mass fraction, which are needed to reach the requested cooling and heating effects depending on the available pressure ratio, was developed. Special operating features of vortex tube at natural gas processing plant conditions were defined. The regression model is proposed to estimate cooling effect of vortex tube depending on cold stream mass fraction and pressure ratio. It was shown that the proposed mathematical mode! is suitable for development new technological schemes for natural gas processing and could be used in vortex tube design process. Several new gas processing technological schemes with vortex tube were proposed in which natural gas is supplied to sales pipeline or to pressure reduction stations. The results of theoretical and experimental investigations were used in pilot-scale tests and implemented into technological process on natural gas processing plants in Ukraine.

Диссертация посвящена усовершенствованию существующих технологий подготовки природного газа к транспортировке путем использования вихревых труб. В работе исследован процесс температурного разделения потока газа в вихревой трубе. Предложена усовершенствованная математическая модель вихревой трубы. С помощью численных методов исследованы условия возникновения явления эжектирования в вихревой трубе. Определен характер влияния геометрических размеров вихревой трубы на ее термодинамическую эффективность. Основываясь на предложенной математической модели, разработана методика расчета геометрических параметров вихревой трубы (диаметра сопла, диафрагмы и размеров конусного регулятора), а также долей потоков для получения необходимых эффектов нагревания 1 охлаждения газа при известном соотношении входящего до исходящего давлений. Установлены особенности работы вихревой трубы в условиях установки подготовки природного газа. Предложена модель регрессии для определения эффекта охлаждения в зависимости от доли горячего потока и соотношения входящего до исходящего давлений. Обоснована целесообразность использования математической модели для разработки новых технологических схем подготовки газа и конструирования новых промышленных образцов вихревой трубы. Предложен ряд технологических схем подготовки газа с использованием вихревой трубы при подаче газа в магистральный газопровод и на газораспределительную станцию. Результаты теоретических исследований использованы при опытно- промышленных испытаниях и были внедрены в технологический процесс на установках подготовки природного газа в Украине.