автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Разработка аппаратов для осушки и очистки газов от сероводорода с использованием вихревых эффектов

ВВЕДЕНИЕ

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. Основные параметры влияющие на эффективность дегазащШ газонасыщенного жидкостного потока в вихревой трубе 1.1 Использование вихревого эффектов в процессах разделения и очистки газовых смесей. Компонентное разделение газов в вихревой трубе

12 Осушка газа в технологических схемах с применением вихревой трубы

13 Вихревые трубы, работающие на двухфазном потоке

1.4 Кинетические основы процесса выделения легколетучих компонентов из растворов при дросселировании жидкостей в вихревых массообмеиных аппаратах

1.5 Практическое применение вихревого эффекта

1.6 Энергетические основы трансформации тсплав абсорбционном процессе очистки га ш от сероводорода

ГЛАВА

2.1 Экспериментальные исследования вихревого эффекта

2.1.1 Влияние технологического режима и физических свойств газов на эффект температурного разделения газа в вихревой трубе

2.1.2 Влияния конструктивных соотношений вихревой трубы на эффект охлаждения

2.1.3 Структура потока внутри вихревой трубы

2.2 Теоретические основы вихревого эффегсга.

2.2.1 Механизм вихревого энергетического разделения газов

2.2.2 Методы расчета вихревого эффекта

2.2.3 Влияние конструктивных и геометрических факторов на характеристики вихревой трубы. Конструкции соплового ввода

2.2.4 Масштаб и геометрия камеры энергетического разделения

2.2.5 Диаметр отверстия диафрагмы

2.3 Техническое решение оптимизации вихревого дегазатора

2.4 Методика расчета устройства для увеличения расхода газа.

Глава 3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПОДГОТОВКИ

И ТРАНСПОРТА ПРИРОДНОГО ГАЗА

3.1 Путевая подготовка газа в системе внутри промыслового сбора газа

3.2 Подготовка природного газа на площадке ЦГСП

3.3 Метод расчет вихревых аппаратов

Глава 4 ГАЗОВЫЕ ГИДРАТЫ, ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ИХ ОБРАЗОВАНИЯ И МЕРОПРИЯТИЯ ПО ЛИКВИДАЦИИ ГИДРАТНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ В ГАЗОПРОВОДАХ

4.1 Общая характеристика гидратов

4.2 Выявление зоны возможного гидратообразования в газосборном коллекторе и в газопроводе транспорта газа

4.3 Способы предупреждения образования гидратов и их ликвидации

Как и во всех других отраслях промышленности, интенсификация нефтехимических производств характеризуется увеличением выпуска конечного продукта. Интенсификация производства достигается как за счет роста скоростей химических реакций, температур, нагрузок, давления (параметров технологического процесса), так и за счет применения принципиально новых технологий и воздействий на ход технологических процессов.

Совремеш1ые прогрессивные технологические процессы должны быть непрерывными и протекать с большими скоростями при условии эффективности и комплексного использования сырья и энергии. С исключением возможности загрязнения окружающей среды. Необходимо, чтобы повышение эффективности процессов проходило за счет уменьшения затрат рабочего времени на получение единицы продукции и сопровождалось снижением материальных и энергетических затраг при одновременном улучшении качества.

Широкие возможности для интенсификации ряда существующих процессов создает применение вихревых аппаратов.

Расширение области применс1Н1я и повышения эффективности вихревых устройств одна из проблем энерго- и ресурсосберегающих технологий и зашиты окружающей среды от вредных промышленных газовых выбросов.

Основные задачи исследования:

1. Эксперимегггально обоспопагь особенности течения и взаимодействия расширяющихся закрученных газожидкостных потоков в коническом вихревом устройстве.

2. В опытрюм, опытно-промышленном масштабах испытать вихревые устройства на многокомпоненпюй газовой смеси, находящейся с конденсатом в напорном трубопроводе.

3. Совершенствование и создание вихревых устройств, включшопщх расчетно-теоретическое и эксперимеитат»нос исследование. 5

В процессе решения поставленной научной проблемы получены новые результаты, которые выносятся на защиту:

- физическая модель и теоретические основы адиабатического кипения газожидкостного потока. Взаимодействия и формирование скоростных расширяющихся закрученных газожидкостных потоков в коническом вихревом устройстве;

- методика расчета селективного выделения газа из жидкой фазы в закрученном потоке вихревых устройств;

- принцип модернизации существующих вихревых устройств, совершенствование и создание вихревых устройств для крупнотоннажных производств.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Аналю литературы и патентных материалов указывают, что наметилась тенденция предпочтительного использования энергии потока в кави-тационных вихревых аппаратах.

2. Проведенное экспериментальное и визуальное изучение работы вихревого аппарата позволило установить следующие основные физические принципы действия аппарата: во - первых, дегазирующие действия резкого падения давления жидкости в закручивающем устройстве; во-вторых, сепарирующие действие центробежных сил при разделении газа и жидкости, в-третьих, влияние на устойчивость работы аппарата - характера течения жидкости, определяемого в свою очередь, формой и размерами аппарата.

3. Разработана методика расчета вихревого аппарата позволяющая рассчитать и сконструировать рабочие узлы аппарата.

4. Разработаны новые конструкции вихревых устройств позволяющие устранить несоверщенства других устройств, а именно:

- обеспечить устойчивое вихревое закрученное течение внутри аппарата;

- обеспечить селективное выделегшс газа из жидкости и жидкости из газа.

5. Разработанный кавитационио вихревой аппарат для разделения газового конденсата или влшли из газа позволяет достичь содержание их до , что предотвращает образование гидратов.

6. Внедрение вихревого аппарата в процесс десорбции позволяет проводить процесс регенерации МЭА без использова1П1я аппаратов ко]Юпного типа. ill

1. Rangue G.1. Method and Apparatus for Obtaining from Fluid Under Pressure Two Currents of Fluids at Different Temperatures. U.S.A. Patent, No. 1952281,1934.

2. Hilsch R. Die Expansion von Gasen im Zentrifijgalfeld des Kaitepro-zeb, Zeitschrift fur Naturforschung, 1946, No.I, s. 208-214.

3. Мартыновский B.C., Парулейкар Б.Б. Температурное разделение воздуха на холодном конце вихревой трубы. Холодильная техника, 1959, №2, с. 29-33.

4. Меркулов A.n. Совместная работа вихревой трубы и диффузора. Холодильная техника, 1962, № 4, с. 34-39.

5. Мартынов A.B., Бродянский В.М. Что такое вихревая труба?, М., «Энергия», 1976.

6. Othen E.H. Vortex шЬе, Engineering, 1958, Aug. No. 4821.

7. Мартынов A.B., Бродянсгсий В.М. Вихревая труба с внешним охлаждением. Холодильная техника, 1964, № 5, с. 115-118.

8. Азаров А.И. Разра1ботка и исследования холодильников для транспорта. Кандидатская диссертация, ОТИХП, 1974.

9. Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения, М., «Энергия», 1968, с. 224-237.

10. Бродянский В.М,, Лейтес И.Л. и др. Исследование вихревого эффекта в химической технологии, Химическая промышленность, 1963, № 4, с.32-36.'А'

11. И. Гусев ИИ. Теоретическое исследование структуры пограничного слоя на диафрагме вихревой трубы. Трудьг Куйбышевского авиационного института, 1966, вып.24, с. 103-108.

12. Elser К., Hoch М. Das Verhalten verschiedener Gase und die Trennung von Gasgenischen in einem Wirbelrohr, Zeitschrift fiir Naturforschung, 1951, No.6a,s. 25-31.

13. Меркулов А.П. Характеристика и расчет вихревого холодильника, Холодильная техника, 1958, № 3, с.31-36.

14. Bowgeat М., Fabri J., Scestrunck R., Separation Thermingue dans íes Fluides en Rotation, Publ. O.N.E.R.A., 1961, No. 102.

15. Бродянский B.M., Мартынов A.B. Зависимость эффекта Ранка-Хилша от температуры. Теплоэнергетика, 1964, Ka 6, с.76-78.

16. Гуляев А.И. Эффект Ранка при низких температурах, ИФЖ, т. 9, №3,с.354-357

17. Гуляев А.И., Исследование вихревого эффекта. Кандидатская диссертация, ИФП АН СССР, 1965.

18. Калашников ВН. О некоторых закономерностях температурного разделения газа в вихревой трубе, Изв. АН СССР, Механика жидкости и газа, 1968,№2,СТ03-106.

19. Мартыновский B.C., Алексеев В.П. Исследование эффекта вихревого температурного разделения газов и паров, ЖТФ, 1956, т. 26, вып. 10, с.2303-2315.

20. Гуляев А.И. Исследоваьше конических вихревых труб, ИФЖ,1966, т. 10,№ 3,0.326-331.

21. Parulekar В.В. , Timotliy R.S. Influence of design modifications on the performance of the vortex tube, Ш T, Bombay, 1967, p, 19-38.

22. Сафонов В,A. Влияние параметров сопла на характеристшш ко-, нического вихревого холодильника., Республиканский Межведомственный сборник «Самолетостроение и техника воздушного флота», 1970, № 22, с. 5560. •

23. Ентов В.М., Калашников В.Н., Райский Ю.Д. О параметрах, определяющих вихревой эффект, Изв. АН СССР, Механика жидкости и газа,1967, №3,С.32-38.

24. Чижиков Ю.В.Опрсдслспне диаметра вихревой трубы в зависимости от степени расишрения газа, Известия вузов, серия «Машшюстрое-ше», 1972, № 7 с. 87-89.

25. Меркулов А.П. Исследование вихревой трубы, ЖТФ, 1956, т.26, ВЫП.6, с. 1271-1276.

26. Мартынов А.В. Исследование эффекта Ранка-Хилша в адиабатных и не адиабатных условиях, Кандидатская диссертация, МЭИ, 1965.

27. Борисенко А.И., Сафонов В.А., Яковлев А.И. Влияние геометрических параметров на характеристики конического вихревого холодильника, ИФЖ, 1968, Т.15, № 6, с.988-993.

28. Суслов А.Д., Чижиков Ю.В. Методика расчета вихревых холодильников, Труды первой научно-технической конференции «Некоторые вопросы исследования вихревого эффекта и его промышленного применения», Куйбышев, 1974, с.40-46.

29. Мётанки В.И. Экспериментальное исследование рабочего процесса воздушной вихревой холодильной установки. Холодильная техника, 1959, № 4, с.15-20.

30. Райский Ю.Д., Тункель А.Е. О влиянии конфигурации и длины вихревой трубы на процессы энергетического разделения газа, ИФЖ, 1974, т. 27, №6, с. 1128-1133.

31. Handal W.P. Generation of Cjld by Expansion of a Gas in a Vortex Tube, Patent No/2893214, My 7,1959.

32. Маркулов A.n. Вихревой эффект и его применение в технике, М., «Машиностроение», 1969.

33. Scheber G/W/ The Vorter Tubj Intovnal Pits Lata Heat Transfer Tlie-ory? Refrigerating Engineering, 1951.59, No. 10, p.985-989/

34. Друй М.Г. Исследование процессов течения и теплообмена в вихревых трубках, кандидатская диссертация, МАИ, 1961.

35. Lay I. Е/ An Experimental and Analytical Study of Vortex Flow Temperature Separation by SupeфOsition of Spiral and Axial Flows, Parts 1 and II, Joumal of Heat Transfer, Trans ofthe AS ME , Series C, 1959, Aug.

36. Holman I.P. and Moore G.D. An Experimental Study of Vortex Chamber Flow, Transaction of the ASME, 1961, No.4.

37. Меркулов .П. Исследование вихревого холодильника, кандидатская диссертация, КУАИ, 1956.

38. Алексеев В.П. Исследование эффекта вихревого температурного разделения газов и паров, кандидатская диссертация, ОШХП, 1954.

39. Hertnett I.P., Eckert E.R., Experimental, Study of the Velocity and Temperature Distribution in a High-Velocity Vortex-Tube Flow, Transaction of the ASME, 1957, 79, No.4, p. 751-758:

40. Таракама. Сборник лекций 714 симпозиума Общества японских механиков, 19636 ноябрь, с. 27-30.

41. Мартыновский в.С, Войтко А.М. Эффект Ранка при низких давлениях. Исследование вихревого эффекта. Кандидатская диссертация, ИфП АН СССР, 1965.

42. Меркулов А.П., Колыщев Н.Д. Экспериментальная проверка гипотезы взаимодействия вихрей. Доклады Всесоюзной конферещщи по перспективам развития и внедрения холодильной техники в народное хозяйство СССР, ОТИПХП, Одесса, 1962.

43. Rangue G.I. Experiences sur dam Echappement d' Xir chand et d'Air froid, Joumal de Physique et le Radium, 1933, 4, № 7, p. 112.

44. Fulton CD. Rangue's Tube, Refrigerating Engineering, 1950, 58, № 5, p. 473-479.

45. Торочешников H.C., Лейтес И.Л., Бродянский В.М. Исследование эффекта температурного разделения воздуха в прямоточной вихревой трубе, ЖТФ, 1958, Т.28, вып. 6, с 1229-1236.

46. Scheller W.A., Brown М.В. The Rangue-Hilsch Vortex Tube, Industrial and Engineering Chemistry, 1957,vol. 49, № 6, p. 1013-1016.

47. Вулис Л.А. Об эффекте Ранка, Изв. АН СССР, Отделение технических наук, 1957, № 10, с. 105-107.

48. Бродянский В.М. Лейтес И.Л. О градиенте температур в трубе Ранка-Хилща, ИФИ, 1960, Т.З, № 12, с. 72-77.

49. Schultz-Gmnow F. How the RanAe-Hilsch Vortex Tube Operates, Refrigerating Engineering, 1951, 59, K21, p.52.

50. Sibulkin M. Unsteady,Viscous, Circular Flow, Part 2. The Cylinder of Finite Radius, Joumal Fluid Mech, 1962, vol. 12, № 1, p. 148.

51. Part 3. Application to the ranque-Hilsch Vortex Tube, Journal Fluid Mech., 1962, vol. 12, p. 269.

52. Van Deemter I.I. On the Theory of the Ranque-Hilsch Cooling Effect, Applied Scientific Research, Netherlands, 1952, vol. 3, Sec. A.

53. Быков Л.T., Рудаков Ю.С. Применение теории размерностей к анализу термовихревого эффекта. Известия высших учебных заведений, серия «Авиационная техника», 1968, №3, с. 132-133.

54. Бродянский В.М., Лейтес И.Л. Зависимость величины эффекта Ранка от свойства реальных газов, ИРЖ, 1962, Т.5, с. 38-41.

55. Жирицкий Г.С., Локай В.И. и др. Газовые турбины двигателей летательных аппаратов, М., «Машиностроение», 1973.

56. Калашников В.Н., Райский Ю.Д. Вихревой эффект Исследовшше вихревого эффекта. Кандидатская диссертация, ИФП АН СССР, 1965.

57. Лейщщс И.Л. Термодинамические основы эффективной техноло-пш абсорбционной очистки газов. Дисс. Д.т.н. М.: 1980.477с.

58. IÇanque О. J. Experiences sur la detente gira-toiro avec productions simultanées d'un echappe-ment d'air chaud et d'un echappement d'air froid, liul-lolin Bi-Mensuel de la Société Française de Physique, 112, S = 115, S, 2 June 1933.

59. Дубинскии M. Г. О врагцаюндихся потоках газа. Изв. АН СССР, ОТН, №8, 1954.

60. Fulton С. D. Ranque's Tube. Refrig. Eng., 1950, 58,5.

61. Метении В. И. Исследование вихревых температурных рАодели-телеи сжатого газс!, ЖТФ, т. XXX, Jï« 9, 1960.

62. SpaliiuJ.j.CservenyJ. Studiul unor parametri'functional al tm-binatorului frigorifie. Stud si cevcetari energ. Acad. RPR, 19G1, 11, N 3.

63. Справочник по транспорту горючих газов. Под редакцией К. С. Заребо. Гостопгехиздат, М., 1962.

64. Бродянский В. М., Мартынов А. В. Вихревая труба для сепарации природного газа. «Газовое дело», № 5,1962.

65. Алексеев Т. С. Применение вихревых камер да установках низкотемпературной сепарации природных газов. «Газовое дело», № 6—7, 190.4.

66. Китов В. М., К а л а ш ни к о в В. П., Райский Ю. Д. Работа вихревой трубы на природном газе. «Газовая промьппленностъ», № 4., 1964.

67. Райский Ю. Д. Исследование работы вихревой трубы на газожидкостных смесях. «Газовая промышленность», № 6,1967.

68. Heffaer F. Е. Perfomiance characteristics of а wateqacheted vortex tube (R, A) «ASHRAE Jownal», V. 1, N 9,1959.

69. Бродянский В. М., Мартынов Л. В. Новости нефтяной и газовой техники, «Газовое дело», № 5, 1962. 2. Е н т о п В. М., К а л ашников В. Н., Райский Ю. Д. «Газовая промышленность», № 4,

70. Алексеев Т. С. Новости нефтяной и газовой техники, (dTasoBoe дело»,№6—7,1963.

71. Бродянский В. М., Мартынов Л. В «Холодильная техника», №5, 1964.

72. Алексеев В. П., Мартыновский В. С. Известия АН СССР, ОТН, № 1, 1965.

73. Мотенин В. И. «Холодильная техника», К» 4,1959.

74. Layl. Е. «Trans. ASME. Ser. С. Joumal of heát transfeo), т. 81, № 3,1959.

75. Зоммерфельд А. Термодинамика и статистическая физика. ИЛ,1955.

76. Барсуков Е. И., Кузнецов В.И. Вихревой эффект Ранка. Изд-во Иркут,-ун-та. Иркутск. 1983. 121 с.

77. Щукин В.К., Халатов A.A. Теплообмен, массообмен и гидродинамика закрученных потоков в осесимметричных каналах. М.: Машиностроение, 1982. 200 с.

78. Кузнецов В. И., Борсуков С. Я., Вихревой эффект Ранка. -Изд. ИГУЛИркугск, 1983, 121с.

79. Ландау Л. Механика сплошных сред. Гостехиздат, 1954, 795с.

80. Соколов Е. Я. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения, с. 12. М. Эиергоиздат, 1981.

81. Рамм В. М. Абсорбция газов. М.: Химия, 1975. 583 с.