适用于海上填料塔内气液再分布器的结构研究

摘要

目前应用深海浮式天然气生产储卸装置开发海上天然气资源成为趋势，天然气脱酸预处理工艺也越来越受到重视，陆上的预处理工艺较为成熟，但是对于应用到浮式生产储卸装置上的脱酸塔器及塔内件的研究却很少。气液再分布器对脱酸填料塔中的不均匀流场具有收集和再均布作用，关系到填料层内气液传质效率的发挥。为保证气液再分布器在海上填料塔内发挥良好的再均布性能，其结构设计值得深入研究。 本文围绕适用于海上填料塔内的气液再分布器结构设计开展研究，采用水力学实验和流体力学数值模拟相结合的方法，建立了一套能够实现不同晃动工况、不同偏流进液的实验装置和与之对应的数值计算模型。气液再分布器的出口流量均布性、操作弹性等参数主要通过实验结果分析得到，而气液再分布器的内部液位波动情况、出口处的速度矢量等参数主要通过模拟结果分析得到。根据陆上的结构设计方法完成对传统槽盘式气液再分布器的设计，并进行静止、晃动及不同偏流程度进液情况下的性能研究，在分析性能下降原因的基础上提出结构优化方案，通过对比各种优化方案确定最优的新型气液再分布器结构形式和结构参数，并对新型气液再分布器的海况适应性进行实验和模拟研究，包括不同晃动幅度下的均布性能，对偏流进液的矫正能力，对晃动周期的适应性及操作弹性。通过以上研究发现：传统的槽盘式气液再分布器受横摇和纵摇影响较为严重，原因是内部液体在晃动过程中流动性较强造成液位差较大，各孔口上的流量差异较大，在正常的海况下基本不适用；新型气液再分布器的底板被合理分割，既满足气体通道和喷淋点的设计要求，也可以减小内部液体流动空间，有利于维持晃动条件下的孔口流量均布性；在静止条件下，新型气液再分布器的孔口流量均布性很好，受晃动的影响程度很小，晃动周期的改变对分布质量的影响同样很小；随着进液偏流程度的增大，新型气液再分布器对区域偏流和孔口流量差异的矫正效果均有所提高，但更适用于中、小程度偏流工况；新型气液再分布器在海上正常的晃动工况下的操作负荷为额定进液量的61.5%~136.5%，操作弹性在2左右。本文的研究内容和研究结论对设计应用到海上的高效气液再分布器具有参考意义。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题来源及意义

1.2 国内外相关研究现状

1.2.1 气液再分布器性能和结构的研究现状

1.2.2 海上塔器流体力学性能的研究现状

1.3 本文研究内容

第二章 实验装置的设计和数值模型的建立

2.1 实验装置的设计

2.1.1 实验主体流程

2.1.2 初始流场给定装置的设计

2.1.3 检测装置的设计

2.2 数值模型的建立

2.2.1 几何模型建立和简化

2.2.2 网格划分和独立性检验

2.2.3 边界条件和求解器的设置

2.2.4 模型准确性验证

第三章 槽盘式气液再分布器的结构和性能研究

3.1 传统结构的设计方法

3.2 静止工况下的性能分析

3.2.1 全区域进液工况

3.2.2 2/3区域进液工况

3.2.3 1/3区域进液工况

3.3 晃动工况下的性能分析

3.3.1 横摇工况

3.3.2 纵摇工况

3.4 小结

第四章 新型气液再分布器的结构设计研究

4.1 确定新型结构的形式

4.2 确定新型结构的尺寸参数

4.2.1 气体通道的设计

4.2.2 液体区域的设计

4.2.3 出流孔口的设计

4.2.4 升气管高度的设计

4.2.5 孔口编号和区域命名

4.3 小结

第五章 新型气液再分布器的性能研究

5.1 不同晃动幅度下的性能分析

5.1.1 静止工况

5.1.2 横摇5°工况

5.1.3 横摇8°工况

5.1.4 对比分析和小结

5.2 矫正偏流进液能力的分析

5.2.1 小程度偏流工况

5.2.2 中程度偏流工况

5.2.3 大程度偏流工况

5.2.4 对比分析和小结

5.3 对晃动周期的适应性分析

5.3.1 周期10s工况

5.3.2 周期20s工况

5.3.3 周期24s工况

5.3.4 对比分析和小结

5.4 液相操作弹性的分析

5.4.1 进液量为15m3/h工况

5.4.2 进液量为25m3/h工况

5.4.3 最小进液量和最大进液量工况

5.4.4 对比分析和小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢