天然气旋流除砂器大颗粒的带出机理.pdf

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1、第33卷第1期(2014．O1)(试验研究)天然气旋流除砂器大颗粒的带出机理周加明’崔之健’赵旭江宽。田洋阳1西安石油大学石油工程学院2中国石油西气东输管道(销售)公司3中国石油西部管道兰州输气分公司摘要：从气井出来的天然气携带有很多的泥砂，砂砾粒径范围很宽，从几微米到十几毫米不等，这些大颗粒若不除去，会对仪表和设备带来严重的损坏。在除砂器内部大颗粒与排气管底端的距离满足Al>⋯t，气固两相会出现二次分离现象，位于排气管底端的大颗粒就会被甩出。通过大颗粒带出基本理论分析，证实了不仅大颗粒的撞壁回弹和锥部停留有回转灰带为

2、大颗粒带出的主要原因，叶片的出口角和出口面积的大小也是其中重要的影响因素。在进行大颗粒分离时，要采用公称直径、出口角和叶片出I：2面积较大的分离器，并采用较低的气体流速。关键词：天然气；旋流除砂器；大颗粒带出；内旋流doi：lO．3969／j．issn．1006—6896．2014．1．014从气井出来的天然气携带有很多的泥砂，砂砾。=+=r+2鲁=(r)粒径范围很宽，从几微米到十几毫米不等，这些大(2)颗粒若不除去，会对仪表和设备带来严重的损坏。假设在除砂器内，在半径为r处，气相的径向所以有必要对大颗粒的带出现象进行

3、分析和研究。速度为，切向速度为，气相与固相砂砾存在在传统的除砂器中，许多研究人员将着眼点集相对运动，对砂砾具有拉拽作用，符合斯托克斯定中于除砂器的尺寸和进气速度。文献【卜2】认为，理，运动方程为除砂器内旋流中大颗粒被甩出是由于撞击内壁被反径向上：，--3nvlxd．(弹回的结果，建议采取的措施是加大旋流除砂器的、+)直径和降低进气速度。本文从两个方面展开研究：大颗粒在除砂器内旋流的运动轨迹和大颗粒撞击内切向上：=()壁后反弹回被二次甩出的可能性。已知=26d3P~，并设A=‘，再代人g1大颗粒带出理论(1)、(2)，便

4、可写出1．1粒子的运动轨迹在带有垂直叶片旋风分离器中的粒子运动轨迹径向：一r(警)一A誓(3)的研究中建立的数学模型是以导叶式旋风分离器为基础。假设天然气中砂砾的粒径为d切向速度切向：蔷(r警)=一A()(4)为⋯在离心力的作用下，呈向外运动趋势，砂联立消去，便可写出描述粒子运动轨迹的d砾在r位置时，在切线上的速度为u=r，在径微分方程式向上的速度为=芈。经dt时间后，又分别变成+A害一r[Lpr-Ug)c『+A0(5)为+和u。+d，这时速度的方向也随之变化假设砂砾的粒径较大，符合阿伦定理，则其运了。按照数学物理方法

5、，砂砾在切向上的加速度0，动方程为和径向上的加速度n可以被求出。r2dr·+K(d-+d'vprdd)i一1．『K(u一)d+cl=o0r-ILpr-~一r(l警蓄)J‘㈩f6、基金论文：西安石油大学全日制硕士研究生创新基金资助(2012cxl10101)。一24一油

6、_E田地面工程(http：／／www．yqtdmgc．corn)33卷第1期(2014．O1)(试验研究)表1石英砂的粒径范围式中K：—7．5~p／z。筛g／目100604O2O实测粒径范围／m8O一150200—300350～500800一l200砂砾

7、的径向速度和加速度均很小。砂砾粒径越大，撞击到器壁上的角度就越大，在除砂器内形成实验时，每组实验加砂3次，每次加砂量为一个类似任意对接的多边形运动轨迹；粒径越大，1000g左右，称重灰斗收尘，计算出3次除砂效率的平均值，作为本组实验的除砂效率值。在切向上的速度越大，多边形边数越少，随意大颗在实验室里用不同出口角、不同出口面积和不粒易被带入内旋流中，形成二次分离甩出。同尺寸的叶片做实验，改变气体速度和砂尘颗粒大1．2内外旋流大颗粒被带出理论小，测量其分离效率。从实验结果可以看出：假设粒径为d，的砂砾由于撞击作用被反弹回(

8、1)分离器轴向进气速度提高，除砂效率随之内旋流轨迹中，在这个过程中，由于气相运动阻力减小，故对粒径大的砂砾应适当采用较低的气速。使砂砾瞬时悬停在半径r处，在气相气流继续旋转(2)叶片角度在一定范围内变大，砂砾的切向下，通过拖拽作用，砂砾开始旋转起来，进入内旋速度相对变小，回转速度也变小，所以对大颗粒的流。在内旋流中，砂砾的切向速度较大，径向速度除砂效率也会变大，因此对大颗粒宜用较大的叶片较小，以致可以忽略。若砂砾粒径较大，符合阿伦出口角。定理，其相关计算如下(3)叶片出口面积增大，在同样的进气量下，dlApr=-l~g

9、)(7)轴向进气速度会变小，除尘效率变大，所以对大颗粒适用较大的出口面积。当t=0时，砂砾初始速度=0，即可求出(4)分离器的公称直径变大，内壁与排气管底积分常数C=，代人可求出砂砾的切向速度。√一端的距离也将增大，锥形部分与直筒部分的交界面厂]和排管底端的距离也将增大。距离的增加会延长大颗粒在内旋流的时间，所以并不会立即被气相带