Гидродинамические характеристики инерционно-фильтрующих сепараторов

Abstract

Метою цієї роботи є визначення гідродинамічних характеристик, а також впливу конструктивних і технологічних факторів на інтенсивність та ефективність проходження процесів розділення в інерційно-фільтруючому сепараторі. Дисертаційна робота присвячена визначенню гідродинамічних факторів, за допомогою яких стає можливим створення умов для максимально ефективного розділення туманів. Проведено моделювання гідродинамічних умов усередині криволінійного каналу інерційно-фільтруючого сепаратора. Запропоновано фізичну та математичну моделі процесу формування і руху газокраплинних потоків. За результатами експериментальних досліджень отримані гідродинамічні характеристики режимів течії газу і руху частинок із метою отримання оптимальних геометричних розмірів каналу.

Целью данной работы является определение гидродинамических характеристик, а также влияния конструктивных и технологических факторов на интенсивность и эффективность протекания процессов разделения в инерционно-фильтрующем сепараторе. Диссертационная работа посвящена определению гидродинамических факторов, с помощью которых становится возможным создать условия для максимально эффективного разделения туманов. Проведено моделирование гидродинамических условий внутри криволинейного канала инерционно-фильтрующего сепаратора. Предложены физическая и математическая модели процесса формирования и движения газокапельных потоков. По результатам экспериментальных исследований получены гидродинамические характеристики режимов течения газа и движения частиц с целью получения оптимальных геометрических размеров канала. Вопросы усовершенствования технологии и техники сепарации газов, несомненно, актуальны вследствие постоянно ужесточающихся требований нормативных документов к товарным газам и газовым выбросам. Поэтому представляется целесообразным проведение поисков новых спо-собов сепарации газожидкостных потоков, обеспечивающих высокую эффек-тивность разделения и проектирование высокоэффективного инерционно-фильтрующего газосепарационного оборудования, позволяющего улавливать влагу в виде конденсационного тумана. Разработана физическая модель течения газожидкостного потока в криволинейных каналах, которая с учетом физических свойств газа позволяет оценить функцию плотности распреде¬ления дисперсного состава капель и эффективность сепарации в каждой гофре. Матема¬тическая модель газодинамики движения газожидкостного потока по инерци¬онной и фильтрующей секциям сепаратора позволяет рассчитать скорость оса-ждения и минимальный размер капель, улавливаемых инерционной секцией сепарационного канала. Установлена зависимость между геометрическими размерами инерционной секции, распределением скоростей сплошной и дисперсионной фаз газокапельного потока, а также геометрическими размерами инерционно-фильтрующей секции. Экспериментально установлен характер распределения локальных скоро¬стей движения газового потока по криволинейному сепарационному каналу в области турбулентного гидродинамического режима движения газового потока (Re > 10000). Расчетные зависимости, полученные в ре-зультате экспериментальных исследований гидравлического сопротивления и эффективности сепарации моделей инерционно-фильтрующих сепараторов, могут быть адекватно распространены на класс новых конструкций высокоэффективных инерционно-фильтрующих сепарационных устройств, работающих в области турбулентного гидродинамического режима движения газового потока с начальным влагосодержанием Cw < 200 мг/м3. Компьютерным моделированием трехмерных течений двухфазного газового потока с высокодисперсной в нем капельной жидкостью получено поле скоростей в инерционной зоне криволинейного сепарационного канала, характер которого качественно соответствует исследованному экспериментально на физической модели. Визуализация результатов моделирования трехмерных те¬чений позволяет определить значения гидродинамических параметров потока, геометрию зон пониженного давления и вихреобразования в сепарационном канале, на основании которых определены место целесообразного расположе¬ния, геометрия и размеры фильтрующего элемента. Разработана инженерная методика расчета инерционно- фильтрующих сепараторов в условиях сепарации высокодисперсной капельной жидкости из газового потока. Составлены алгоритм и программа расче¬та на ЭВМ для оценки эффективности работы инерционно-фильтрующего сепаратора и определения гидродинамических характеристик аппарата. Изобретены условия реализации новых способов сепарации высокодисперсной капельной жидкости из газового потока с использованием новых конструкций инерционно-фильтрующих сепарационных устройств, защищенные патентом республики Ирак и сертификатом соответствия. Приведены результаты промышленных внедрений инженерной методики расчёта газосепараторов, даны рекомендации к разработке и внедрению новых инерционно-фильтрующих сепараторов в рамках государственной программы Министерства нефти и газа (PRDC) на промышленных предприятиях нефтегазового комплекса республики Ирак.

The aim of this study is to determine the hydrodynamic characteristics and the impact of structural and technological factors on the intensity and efficiency of separation processes in inertial-filter separator. The dissertation is dedicated to determining the hydrodynamic factors that make possible to create the conditions for the maximum possible separation of mists. The hydrodynamic modeling conditions inside the cavity of the curved channel of inertial - filter separator. The physical and mathematical models that give an explanation for formation of motion flows were proposed. Based on the results of Experimental researches, the hydrodynamic characteristics of gas flow regimes and motion of particles were obtained for the purpose to get the optimal geometrical dimensions of the channel.