Совершенствование струйных аппаратов с закручивающими устройствами в процессах подготовки газа и нефти к переработке

Сравнение опытных и расчетных характеристик исследуемых объектов, а также результаты калибровки конечно-элементных сеточных моделей показали достаточно высокую сходимость результатов моделирования струйных аппаратов средствами вычислительной гидродинамики. Показана зависимость количества сконденсировавшихся тяжелых углеводородов и воды в пристеночной области вихревой трубы в зависимости от величины относительной доли холодного потока. Увеличение относительной доли холодного потока μ способствует увеличению статической температуры на выходе из ВЗУ с 230 К при μ = 0,15 до 263 К при μ = 0,7. Кроме того, наличие низких статических температур (230 - 270 К) в винтовых каналах закручивающего устройства способствует началу конденсации непосредственно в закручивающем устройстве. При этом помимо очистки газа от тяжелых углеводородов и влаги происходит его очистка от серосодержащих соединений вследствие их растворения в углеводородном конденсате. Наибольшее удаление области инверсии от соплового среза, а соответственно и наибольший эффект охлаждения (34º), наблюдается при максимально возможном значении угла ввода газа β (75º). Также показано, что положение области инверсии относительно соплового среза определяет холодопроизводительность вихревой трубы. Течение газа в каналах ВЗУ сопровождается образованием застойной зоны на входе и резкого скачка скорости на выходе. Для создания плавного течения газа в винтовых каналах ВЗУ необходимо добиться максимального значения угла ввода газа β. Уменьшить застойную зону на входе в винтовые каналы можно путем тангенциальной подачи газа в зону перед ВЗУ. При этом уменьшение застойной зоны на входе в винтовые каналы закручивающего устройства понижает среднюю температуру газа в среднем на 5 - 8ºС. По результатам численного анализа ряда конструкций статических смесителей предложена конструкция закручивающего устройства с искривленными прорезями для статического смесителя. Искривленные прорези закручивающего устройства не только увеличивают степень турбулентности потока нефти, но и создают несколько подвижных вихревых структур, которые постепенно затухают при движении по смесительной части трубопровода. Опытно-промышленные испытания смесителя показали увеличение процента обессоливания нефти (до 97%), что подтверждает точность математической модели статического смесителя.