PDF《涡流温度分离技术在天然气行业的应用》

2 涡流管基本工作过程 高压气体从喷嘴处进入 ,经喷嘴内膨胀加速后 , 以很高的速度沿切线方向进入涡流室 , 如图

2 所示.气流在涡流室内形成高速涡旋 ,其转速可高达 1.

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10 6 r/m in,经过涡流变换后产生温度的分离. 处于中心部位的回流气流温度较低 , 由冷端孔板流 出,形成冷气流 ;

而处于外层部位的气流温度较高 , 从热端经调节阀流出 , 形成热气流 , 这一现象即被 称为 涡流效应 [

2 ] .调节装在热端的针形调节阀 可用于调节冷热流比例 , 从而得到最佳制冷或制热 效应. 图2涡流气体走向示意图 由于涡流特殊的气动特征 ,就形成了明显的中 间冷、 外层热的能量 (温度 )分离现象 [

2 ] ,这样 ,涡流 管热端管道就泄出低压的高温气流 ,而且涡流管的 外壁温度被热气流加温变得很高 ,同时 ,冷端则泻放 出相当低温的气流. 在普通的绝热膨胀过程中 ,压缩气体原始温度 T0 和膨胀后最终温度 TTJ关系如下 : a. TTJ = T0 -ΔTTJ (其中 ΔTTJ是焦汤效应降低的 温度 ) 在涡流效应中 ,压缩气体经过涡流过程以后 ,最 终温度分为冷 ( TL ) 、 热(TH )两个部分温度 ,其中 , ΔTVT是涡流管的涡流效应的增温 ,其温度变化关系 如下 : b. TL = T0 -ΔTTJ -ΔTVT c. TH = T0 -ΔTTJ +ΔTVT 从上述三个温度平衡式中可以看出 ,绝热膨胀 过程中 ,只产生了一种降温效应 ( TTJ <

T0 ) ,而涡流 效应过程中 ,同时出现焦汤效应和涡流效应 ( TL <

T0 , TH >

T0 ) ,而且产生了明显的能量分离现象 [

3 ] . 在需要消除天然气焦汤效应的工艺要求下 ,我们必 须使 ΔTVT发挥最好 (最大限度地减少 ΔTTJ在系统温 度变化中的权重 ) [

3 ] ,因此 ,就必须对传统的涡流管 的结构作相应的改进以达到制热效应的最大化.

3 涡流管热结构及加热方式的改进 涡流管特定的结构决定了其明显而有效的制冷 和加热功能 ,但在一般情况下 ,涡流发生器的流道特 征、 涡流发生器的内腔几何特征、 热管的长度、 直径、 涡流管内腔壁的处理方式、 涡流管冷热端几何尺寸 的比例等因素决定了涡流管能量分离的效率 [

4 ] . 在天然气应用上 ,如何将涡流管的制热效应发挥到 最大化 ,是我们着重考虑的问题.首先 ,加热方式 上 ,我们不能采用涡流管产生的高温天然气来直接 加热消除因焦汤效应而产生的冻堵问题 ,因为 ,涡流 管的处理功率有限 ,而且产生的热气量占总处理气 量的份额 (热效比 )有限 ,因此直接加热大量因焦汤 效应而产生的低温天然气是不可能的 ,因此我们只 能考虑间接加热 ,也就是利用涡流管的制热管的外 壁热量来进行有效的热交换 ,这样达到加热效果. 不但如此 ,我们还要解决涡流管的热端产生的热气 走向问题 ,因为天然气行业是不允许有任何气体泄 露的 ,我们不能因为加热而泄放炽热的天然气.其次,涡流管通常是减压状态下工作的 ,因此焦汤效应 和涡流效应叠加的结果是制冷量大于制热量 ,也就 是其热效相当有限 ,我们如何来通过改善涡流管的 几何特征来提高涡流管的热效以满足我们的加热需 要.最后一个问题就是 ,涡流管是一个减压能量分 离装置 ,我们如何解决减压过程中的焦汤效应而造 成的涡流管本身的减压冻堵问题 [

4 ] .为此涡流管 的结构因天然气加热的特殊性必须作两个阶段的改 进. 3.