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年第期低温工程
总第期.
气一液两相石油气透平膨胀机的研究
郭新生陈纯正李怡徐文轩
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西安交谴大学动力礼械系
摘要通过机组主要事数的优化选择,气一液两相油田气热力性质与离压缩机
出口滑再争系数的准确计算, 不仅保证了向·遭平一离譬压缩机工作的良好匹配, 亦
使小流量超高速情彤下的机蛆具有优异的绝热效率。作者在含氢气的气一液两相油
田气遥平热过程的数值模拟方面亦取得采些有益的姑果。
主奠词遗平膨胀机、两相流、敢擅甘纂。
. 引曹
气一液两相油田气低温透平膨胀机组集中体现了许多令人感兴趣的课题倒如与向心膨
胀透平同轴的离心压缩机被作为油田气液化系统中的增压装置时,存在着二眷参数的匹配问
题, 由多种纯物质混合构成的油田气在透平的喷咀与叶轮中膨胀时常进入气一液两相区,浪蒲
和浪流构形成使膨胀和披率降低,并引起静叶与工作轮叶片严重摩损的问题, 气一液两桶多
组分混台工质的相平衡特性及其热力性质研究等。
目前对于气一液两相流动及其相平衡规律的研究多面对单纯组分工质, 而油田气这类多
组分混台工质的研究报导还不多见· 在小型回收分离轻烃的装置中,小流最、超高速遗平的
制冷效率不甚理稳。但因种种原因,人们对此问题的改进不够重视。
另外,不同油田的油田气成分荇不相同,蔼其热力性质的差异,对运用于各油田构油田
气液化装置用透平必须作出各自独特的设计。如不在计算机上进行机组主要参数的优化选
择、工质在透平流道内热力过程的数值模拟及透平几何参数的选定,其工作量之犬非人力所
能及。
. 气一液两相油臣气向心遗平与离心增压机的参数匹配
如不考虑气一液两相油田气自身特点去作低缸透平一离心压缩机组气动设计,结果是增压
机制动功率不足,膨胀机难以达到额定的膨胀比。并且在小型装置中,膨胀机叶轮外径
时,透平绝热效率很难超过% 。
在确定的油田气组成及其进出口压力、进口温度、质量流最条件下,我们以膨胀机绝热
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效率和由转一轴承系统特性所决定的最高工作转速限制为膨胀机优化设计的目标函数,
可得膨胀机主要参数。轮径比/、反作用度及特性比。Ⅱ/,它直接反映了转
速的影响。即最佳“确定后, 在其进口焓降条件下膨胀机实际工作转速随之被确定。如超
出最高工作转速的限制,则需修改,或者修改膨胀机进出口条件:、、。
在膨胀机的主要工作参数确定后,一个具有优异热力性能及精确膨胀功率预测值的
气一液两相透平漉道形状和几何尺寸的决定还依赖于对流道各处油田气热力性质和相平衡特
,下
的含湿量, 每一组分的相平衡常数及气、液相各自的、等热力性质。一方程
为
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上式又可改写为以压缩性系数为变量的三次方程
。一—一一一—一。:
这里
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用一只方程来计算空气、氮和烃类混台物时,结果是令人满意的。但它不适合于含氢
的计算,主要表现为的液相逸度系数计算误差极大用大量实验数据回归处理后,我们
推荐:的液相Ⅱ取下述关系
Ⅱ./Ⅱ. .—.,
.一.
液相遇度系数