Введение к работе
Цель данной работы состоит в совершенствовании методов расчетов дозвуковых и сверхзвуковых течений природного газа высокого давления сложного химического состава в различных газодинамических устройствах; развитии, оптимизации, экспериментальной проверке методик расчета таких течений и выдаче рекомендаций для их использования; а также в исследовании возможности применения методов расчета течений, развитых в аэродинамике, применительно к течениям природных газов в различных устройствах, используемых в газовой промышленности.
Актуальность и практическая значимость работы определяются современными потребностями газовой промышленности.
Одним из наиболее перспективным направлением улучшения технико-экономических показателей промысловой и заводской обработки газов является применение устройств, в которых технологические процессы подготовки газа к транспортировке происходят при высоких скоростях течения природного газа. К таким устройствам в частности относятся эжекторные системы, высокоскоростные устройства разделения компонентов природных газов, вихревые трубы Ранка и т. п.
Течения природного газа высокого давления в таких устройствах сопровождаются сложными физическими эффектами, основными из которых являются:
сильная нелинейная зависимость термодинамических параметров природного газа, таких как теплоемкость, энтальпия, скорость звука, сжимаемость и некоторых других, от давления и температуры, обусловленная высоким уровнем давлений (межмолекулярным взаимодействием) и многокомпонентным составом газа;
эффект Джоуля-Томпсона;
конденсация компонентов природного газа в высокоскорост ном потоке газа;
эффект взаимного растворения компонентов природного газ; в конденсате, образующемся при конденсации.
Поэтому разработка высокоэффективных устройств, в которы; обработка природного газа происходит в высокоскоростном потоке невозможна без создания совершенных методов расчета таких течений.
Роль теоретических исследований и математического моделиро вания в этом случае становится особенно актуальной, потому что экс периментальная доводка таких систем затруднена, т.к. для воспроизве дения условий течения природного газа в лабораторных условиях необ ходимо обеспечение высоких давлений, больших расходов и натурног химического состава газа. Организация экспериментальных исследовг ний на существующих месторождениях также затруднена из-за необхс димости поддержания рабочих характеристик существующего прои: водственного оборудования, остановка или сбой которого приводи к значительным убыткам. Значение математических моделей во: растает при выборе оптимальных параметров установок обработк природного газа на морских месторождениях, разрабатываемых настоящее время в России (Приразломное, Штокмановское, Сахали 1-3), вследствие того, что экономический ущерб от допущенных пр этом ошибок будет несоизмеримо выше, чем на месторождениях г суше.
Настоящая работа посвящена исследованию высокоскоростнь течений природного газа, развитию методов расчета таких течений математическому моделированию процессов, происходящих в нем.
Научная новизна работы определяется следующими научныл результатами:
1 .Предложена методика численного расчета высокоскоростнь течений природного газа высокого давления и сложного химическої
остава, основанная на применении вириального уравнения состояния и юзволяющая с большой точностью определять характеристики течений і газодинамических элементах различных установок;
-
Разработаны методы, позволяющие проводить выбор оптимальных параметров течений и конструктивных элементов эжекторных :истем, работающих на природном газе высокого давления;
-
Выявлен характер воздействия конденсации компонентов природного газа на работу эжекторных систем;
-
Предложен принципиально новый способ разделения композитов природного газа, основанный на их конденсации и носледую-цей сепарации в сверхзвуковом закрученном потоке;
-
Разработаны специальные меры предотвращения отложений гидратов и парафинов на газодинамических элементах устройств (сопел, камер смешения и т.п.), работающих в условиях низких температур и высоких давлений.
Апробация работы. Основные положения исследования излагались и обсуждались на:
Международной конференции "Исследование гиперзвуковых течений и гиперзвуковых технологий", 19-21 сентября 1994 г., г. Жуковский.
Всероссийской научной конференции "Фундаментальные проблемы нефти и газа", январь 1996 г., г. Москва;
Научных конференциях МФТИ в 1993 и 1996 годах;
II - ой научно-технической конференции молодых ученых ЦАГИ, 1997 г., г. Жуковский.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и приложения.