涡流管加热技术在天然气工业中的应用VIP免费

第28卷第6期油气储运涡流管加热技术在天然气工业中的应用熊长征陈川尹克江冯磊王铁生菅秀洋(中国石油管道公司华中输气分公司)熊长征陈川等：涡流管加热技术在天然气工业中的应用，油气储运，2009，28(6)69~72。摘要介绍了涡流管加热器的结构特点和工作原理。根据现场试验数据，分析了涡流管加热器的加热特性，比较了涡流管加热器较之电加热器的经济优势，并对其在天然气行业的应用前景进行了预测。主题词涡流管加热技术输气站应用一、前言一、日舌涡流管，又称兰克一赫尔胥(Ranque—Hilsch)管，是一种结构简单的能量分离装置。涡流管0自1931年研发面世以来，通过不断改进，其制冷、制热、抽真空、分离等多种功能趋于完善，已在很多行业中得到了应用。例如在制冷领域，主要应用于冷却电子控制器、热电偶的冷结点恒温、生物冷冻、内外科手术等；在石化和天然气领域，混合烃的分离、轻烃回收、天然气的除水等作用得到了很好的应用；此外，涡流管还被应用到柴油机尾气的处理上。。目前，涡流管的加热特性已经在欧洲和美国的天然气行业中得到了成功的利用。天然气是粘度比较低的气态流体，从气矿采出后，先经过净化，然后通过管道高压运输，再采用逐级降压的方式将压力降到安全范围内，最后送达下游用户。高压天然气的减压过程近似为一个绝热膨胀的过程，在通过输气站调压设备减压时，因节流导致温度降低，天然气中含有的水蒸气及因高压形成的水化物在低温下容易冷凝结冰。调压橇是输气站场的压力调节设备，其出口压力通过调压阀指挥器来控制。调压阀指挥器的作用是，将从下游采集的压力信号和设定的压力值进行比较，根据差压产生一个控制信号来控制调压阀的开度。下游压力的采集通过引压管来实现，引压管从下游采集的气体通过指挥器节流减压后作用于调压阀皮膜，进而控制阀门的开度。由于引压管引入的是下游通过调压节流后的气体，温度较低，气体进入指挥器后，再次在指挥器内节流，会产生较大的温降，因此指挥器阀口处的气体温度极低，在冬天气温比较低的情况下，很容易发生冰堵现象。为了防止冰堵，目前在长输管道上主要采用电加热或伴热系统提供热源。电加热或伴热系统耗电量大，同时加热棒、伴热带属于易耗件，运行和维护成本较高。近年来，随着我国天然气行业的蓬勃发展，天然气的调压设备也在不断的改进，目前涡流管加热技术已率先应用在中国石油管道公司华中输气公司管辖的武汉西计量站。将涡流技术应用于天然气输气设备，可以直接利用调压橇上下游压降产生的压力能转化的热能，进行引压管的加热，无运行和维护成本，用它替代电能加热的传统模式，符合节能环保的要求。二、涡流管的结构及基本原理涡流管是一种结构简单的能量分离装置，由喷嘴、涡流室、分离孔板及冷热两端的管子组成，见图1。涡流管的基本工作原理是，高速气流由进气导管导入喷嘴，膨胀降压后沿切线方向高速进入阿基米德螺线涡流室，形成自由涡流，经过动能交换分离成温度不等的两部分，中心部分动能逐渐降低变为冷气流；边缘部分动能增大成为热气流，流向涡流管的另一侧。这样，涡流管可以同时获得冷热两种效应，通过流量控制阀调节冷热气流比例，相应地改变温度，得到最佳的制冷或制热效应。。尽管涡流管在结构和操作上比较简单，但管内*430074，湖北省武汉市洪山区雄楚大街977号204室；电话：(027)87797611。油气储运发生的能量交换却十分复杂。由于涡流管发热是内摩擦的结果，传热过程是不可逆的，一般认为管内进行的是三维可压缩湍流流动。到目前为止，对于涡流管涡流效应的解释有很多种，其中包括热传递、动能传递、绝热冷却理论、紊流能量交换理论、声流低压理论等。高压进气口涡流室『II冷气流lIII热端分离管热气流————————————兰一_争热端调节阀／热气流图1涡流管的结构涡流管涡流效应的物理实质是，当高压气体经喷嘴膨胀之后，高速进入涡流室，在涡流室内周边部分形成涡流，其旋转角速度在涡流室边缘部分较小，越接近中心部分越大，于是在涡流室中沿半径方向形成了不同角速度的气流层。由于气流层之间的摩擦，内层的角速度降低而外层的角速度提高，因而内层气流将一部分动能传给外层气流...