粒子特性对超声速分离器分离性能的影响

陈佳男，蒋文明，刘 杨，曹学文

(中国石油大学(华东) 储运与建筑工程学院，山东 青岛 266580）

天然气作为一种清洁能源被广泛应用于诸多行业，然而从气井采出的天然气通常含有大量水蒸气和重烃等杂质，导致天然气热值和管道输送能力下降并有堵塞管道和腐蚀设备等危害。 因此天然气净化成为天然气加工处理中的必要环节。 常用的天然气净化包括冷凝分离[1]、吸收[2]、吸附[3]等方法。 冷凝分离是采用焦耳-汤普森效应和涡轮膨胀将天然气制冷，通过低温将水蒸气分离出来。 吸收法是采用液体干燥剂作为脱水工质。 吸附法是通过分子筛、硅胶等固体干燥剂，将液滴吸附在干燥剂上，从而实现气液分离。 但是上述方法通常存在一些缺点。 例如，设备复杂，投资费用高，污染环境等。

超声速分离技术是一项应用于天然气净化的创新技术[4-8]，克服了传统技术所存在的一些缺点，具有以下优点：分离器内部不存在旋转部件，具有较高的可靠性；气体在分离器内停留时间很短，可以防止水合物形成；分离器内部不需添加化学药剂，无污染；最重要的是分离器末端的扩压器可以实现能量转换，将部分动能转换为压能，从而达到节能的目的。

气液密度差是实现气液分离的关键，液滴特性对分离器的分离效率有重要的影响。 本文对超声速分离器内部流动特性进行了数值模拟，建立了连续相与离散相的数学模型，通过离散粒子法研究了液滴密度、液滴粒径和液滴初始速率对分离器分离性能的影响。……