橇装增压集成装置结构设计分析与应用研究

摘要

国内低渗透油气田地面建设主要以井组、增压点、联合站为常规标准化布站模式，这种站场单一设备多、流程复杂、成本高。为了简化工艺流程、降低建设成本，对主要生产设施进行模块化、集成化和橇装化探索显得尤为迫切。目前国内外尚无专门用于低渗透油气藏开发的橇装增压集成装置，油气混输一体化集成装置的研制将填补国内石油行业同类产品的技术空白，有利于提高低渗透油气田地面建设的整体水平。 通过与传统增压站流程装置进行对比研究，本文研制了一套集成橇装增压装置。该装置将传统增压站中的过滤器、分离缓冲罐、加热炉、气液分离器和外输泵等多个生产设备一体化集成，组合成橇，并配套智能控制系统，具有分离、缓冲、加热和增压等功能，可实现远程终端控制、现场无人值守，满足数字化管理要求，可替代低渗透油田的小型油气集输站场。 本文针对模块化橇装增压集成装置的关键模块，包括加热模块、缓冲分离模块以及二者之间的隔断模块，开展了模块工程设计、热（力学）参数匹配与优化等探索研究，主要工作如下： 利用计算流体动力学CFD软件模拟了加热模块—火筒湍流流动和燃烧过程，研究了不同工况下加热炉的燃烧与传热状况，发现加热炉的温度沿炉膛分布较为均匀，在烟管处下降较快；提高燃烧器燃烧功率即有利于提高加热效率，又可以提高排烟温度，并对烟气的露点腐蚀有较好的防护。 系统考察了液滴直径、进气速度、波纹板间距和液滴体积分数对捕雾效率和进出口压差的影响，发现波纹板除雾效率随液滴直径、进气速度和液滴体积分数的增大而提高，随叶片间距的增大而降低。此外，波纹板进出口压差随着进气速度、液滴体积分数的提高以及颗粒直径、波纹板间距的减小而增大。 针对加热段与缓冲、分离段中部的隔断板受力变形情况进行了有限元分析，为直筋板与圆筋板结构优化提供了量化参数，优选直筋板结构要优于圆筋板结构。 本文研制开发的模块化橇装增压集成设备已初步应用于中石油长庆油田工程实践，在低渗致密油开发压裂改造中各主要模块功能得到了检验，装备整体水平居国内领先。

目录

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第一章 绪论

1.1 工程背景

1.2 工程技术科学问题

1.3 国内外研究进展

1.3.1 一体化橇装集成装置技术发展

1.3.2 水套加热炉技术与加热效率

1.3.3 除雾器气液分离技术进展

1.4 本论文研究内容和意义

第二章 橇装增压集成总体设计与关键模块

2.1橇装增压集成装置总体设计

2.1.1 研发思路

2.1.2 工艺流程

2.1.3 设计参数及物性

2.1.4 增压集成装置功能特点

2.1.5 应用效果

2.2 增压集成装置的可拆化改进

2.2.1 改进思路与方法

2.2.2 功能特点及其应用效果

2.3 增压集成装置中的关键模块

第三章 加热炉热力学计算

3.1 引言

3.2 数学模型

3.2.1 流体模型

3.2.2 燃烧模型

3.3 加热炉数值模型

3.3.1 三维实体建模

3.3.2 网格划分

3.3.3 边界条件

3.4 水套加热炉温度场数值模拟分析

3.4.1 数值模拟流程

3.4.2 入口边界条件对加热炉温度场的影响

3.4.3 烟管形状对加热炉温度场的影响

3.4.4 燃烧器功率对加热炉温度场的影响

3.4.5 烟囱高度对加热炉温度场的影响

3.4.6 烟囱保温对加热炉温度场的影响

3.4.7 壁面温度对加热炉温度场的影响

3.5 小结

第四章 除雾器气液分离状态研究

4.1 引言

4.2 除雾器的结构及工作原理

4.3 数学模型

4.4 数值模型

4.4.1 数值方法

4.4.2 计算条件

4.4.3 网格划分

4.5 除雾器气液分离效率数值模拟分析

4.1 液滴直径的影响

4.2 进气速度的影响

4.3 波纹板间距的影响

4.4 液滴体积分数的影响

4.5 小结

第五章 隔断板结构优化设计

5.1 引言

5.2 隔断板数值模型

5.2.1 几何模型

5.2.2 材料参数

5.2.3 边界条件

5.2.4 基本假设

5.3 直筋板结构参数优化

5.3.1 筋板厚度优化

5.3.3 筋板数量优化

5.4 圆形筋板结构参数优化

5.4.1 边筋板个数优化

5.4.2 圆筋板半径优化

5.4.3 筋板厚度优化

5.4.3 筋板高度优化

5.5 小结

第六章 总结与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献

攻读博士期间研究成果

致谢

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