Особливості газодинаміки та ефективність прямоточних краплевловлювачів компресорних станцій - Автореферат

З дисертацією можна ознайомитися в науково-технічній бібліотеці Сумського державного університету (40007, м. Процес очистки побіжного нафтового і природного газів в умовах різних за технологічним призначенням компресорних станцій істотно відрізняється від процесу очищення газів в сумісних областях промисловості і тому є спеціальною областю газотранспортної техніки. Таким чином апарати для краплевловлювання, в основу яких покладені закручені течії, мають відносно малі габаритні розміри, прості в експлуатації та виготовленні і можуть бути запропонованими для впровадження в складі об‘єктів нафтогазової промисловості. Разом з тим, проведений аналіз робіт вітчизняних і закордонних дослідників свідчить, що на цей час недостатньо розглянуті питання методів розрахунку і конструювання краплевловлювачів відцентрового типу з стаціонарними завихрювачами потоку, та прогнозуванню їх енергетичних показників (опір при проходженні газів, раціональні витрати та ін.) та ефективності краплевловлювання на різних режимах експлуатування. В роботі вирішуються важливі проблеми експериментального та теоретичного дослідження аеродинаміки прямоточних краплевловлювачів, в першу чергу - задачі розрахунку полів швидкості за заданими вхідними параметрами.У вступі обґрунтовується актуальність теми дисертації; формулюється наукова задача; розкривається сутність і стан цієї задачі; показаний зв‘язок роботи з програмами, планами і темами НДР та ДКР; формулюється мета і наукові задачі дослідження, вирішення яких забезпечує досягнення поставленої мети; висвітлюється обґрунтованість, вірогідність, наукова новизна і практична значимість отриманих результатів; відмічається особистий внесок здобувача в проведених дослідженнях; дана інформація щодо апробації результатів досліджень і публікацій за темою дисертації. Таким чином, відцентрові апарати, які використовують прямоточно-вихровий принцип руху двохфазного потоку в зоні сепарації мають просту конструкцію, низьку металоємність та гідравлічний опір, високу технологічність виготовлення, незначні експлуатаційні витрати і можуть бути рекомендованими для застосування їх в технології компресорних станцій. Більш прийнятними є полуемпіричні методи, вирішення яких дозволяє отримати аналітичні залежності поля швидкостей в сепараційній зоні при наявності коефіцієнтів, які вибираються із порівняльних розрахунків між теоретичними і експериментальними показниками. Для проведення досліджень був спроектований стенд до складу якого входили система подачі повітря, крапельної рідини і вимірюючи пристрої з точністю виміру швидкості 1м/с, перепаду тиску 20 Па, максимальні витрати 0,11 м3/с. Ефективність очистки від крапельної рідини в апаратах с різними типами завихрювачей потоку знаходиться в прямій залежності від кута закрутки потоку на вході в сепараційну зону і опору апарату, який підвищується із зростанням витрат газу.В промисловій практиці сепараційної очистки газів використовуються різноманітні конструкції закручуючих потоки пристроїв. Проведені експериментальні дослідження обраних типів завихрювачів потоку по формуванню ними закручених течій в осесиметричному каналі прямоточного краплевловлювача доводять, що найбільший момент кількості руху та тангенційна швидкість формуються тангенційними завихрювачами. Останні мають переваги для сепарації капель із газу, сприяючи розвитку поверхні конденсації пари та коалесценції крапель. З цього постулату складене рівняння радіального переміщення частинок в зоні сепарації, яке приведено до розрахункового рівняння фракційної ефективності вловлення крапель і часток в прямоточному апараті.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

В промисловій практиці сепараційної очистки газів використовуються різноманітні конструкції закручуючих потоки пристроїв. За розміром розвиваємої тангенційної швидкості, моменту кількості руху і технологічності виготовлення найбільш раціональними конструкціями є прямоточні апарати з стаціонарними закручуючими пристроями тангенційно-щільового, тангенційно-лопатевого, аксіально-лопатевого та аксіально-тангенційного типів.

Проведені експериментальні дослідження обраних типів завихрювачів потоку по формуванню ними закручених течій в осесиметричному каналі прямоточного краплевловлювача доводять, що найбільший момент кількості руху та тангенційна швидкість формуються тангенційними завихрювачами. Останні мають переваги для сепарації капель із газу, сприяючи розвитку поверхні конденсації пари та коалесценції крапель.

Встановлені деякі закономірності формування поля швидкостей обраними завихрювачами в сепараційній зоні прямоточних краплевловлювачей. Для всіх конструкцій закручуючих пристроїв осьові швидкості мають пульсації, однак, в цілому найбільш ймовірним законом їх розподілення для внутрішнього та зовнішнього шарів є рівномірний. Розподіл тангенційних швидкостей у внутрішньому шарі близький до закону обертання твердого тіла, а у зовнішньому до закону потенційного обертання.

Аналіз та оцінка сил, діючих на краплі рідини і механічні частинки в закручених потоках, доводить, що найбільший вплив на їх переміщення оказують відцентрові сили. З цього постулату складене рівняння радіального переміщення частинок в зоні сепарації, яке приведено до розрахункового рівняння фракційної ефективності вловлення крапель і часток в прямоточному апараті.

Порівняння розрахунково-теоретичних залежностей визначення складових швидкості і експериментальних значень дає можливість задовільної збіжності тільки при виборі емпіричних параметрів закрутки для кожного із завихрювачів. Показано також істотне вдосконалення методики В. Барта для прогнозування опору прямоточних апаратів при використанні теоретичних залежностей авторів дисертації по розрахунку всіх складових швидкості потоку.

Проведені експериментальні і теоретичні дослідження дозволили розробити і впровадити програму розрахунків фракційної та загальної ефективності сепарації крапельної рідини із газового потоку в прямоточних краплевловлювачах відцентрового типу.

Експлуатація в умовах компресорних станцій Росії, Туркменістану, Турції і України підтверджує поліпшення техніко-економічних показників впроваджених апаратів у порівнянні з застосовуваними раніш.

Калашников А.Н., Якуба А.Р. Анализ и оценка сил, действующих на частицы в сепараторах с закрученными потоками// Вестник Сумского государственного университета. - 1998. - №2(10), - С. 41-45.

Калашников А.Н. Конструкции и рабочий процесс завихрителей для краплевловителей магистральных компрессорных станций.// Вестник Нац. технич. университета Украины “КПИ”. - 1999. -Т 1, №36. - С. 270-274.

Калашников А.Н., Якуба А.Р., Фарисей Л.И., Седых И.Г., Хрущ Г.О. Структура потока в противоточном цилиндрическом циклоне // Вестник Сумского государственного аграрного университета. - 2000. - №5, - С. 184-188.

Якуба А.Р., Кузько С.А., Калашников А.Н., Герасимив В.М., Фарисей Л.И. Расчет гидравлического сопротивления центробежных пылеуловителей со встречными потоками// Вестник Сумского государственного университета. - 2000. - №15, - С. 8-15.

Калашников А.Н., Якуба А.Р., Сиренко В.Ф., Тимчук С.О. Гидравлическое сопротивление циклонных пылеуловителей // Вестник Сумского государственного аграрного университета. - 2001. - №6, - С. 53-58.

Калашников А.Н., Якуба А.Р. Расчет характеристик прямоточных каплеуловителей для компрессорных станций попутного нефтяного газа // Вестник Сумского государственного университета. - 2002. - №9(42), - С. 56-63.

Калашников А.Н., Якуба А.Р. Анализ и оценка сил, действующих на частицы в закрученном потоке// Труды II Украинской научно-технической конференции "Гидроаэромеханика в инженерной практике" Черкасы: ЧИТИ. - 1998. - С. 98-102.