戴國華，桑 軍，萬宇飛

（中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津300459）

天然氣作為一種清潔高效能源，在我國能源結(jié)構(gòu)的改善和環(huán)境保護(hù)方面發(fā)揮著越來越重要的作用。據(jù)預(yù)測(cè)，2050年前后，天然氣占比將超過石油等化石燃料，成為人類一次能源結(jié)構(gòu)中的首要能源，宣告人類正式進(jìn)入天然氣時(shí)代。同時(shí)，隨著人們對(duì)于碳排放的重視，以及我國對(duì)節(jié)能減排、治理污染的政策引導(dǎo)，對(duì)天然氣加工處理和集輸提出了更高的要求。

采出的天然氣中一般含有砂粒、水、重?zé)N，以及硫化氫、二氧化碳等酸性氣體，特別是油田伴生氣[1]，這給天然氣的安全高效集輸、儲(chǔ)存和應(yīng)用帶來一系列難題，主要體現(xiàn)在水的存在將加速H2S和CO2對(duì)管線和設(shè)備的腐蝕，以及生成水合物堵塞流動(dòng)空間造成事故[2]。因此，國內(nèi)外油氣田一般多采用深度脫水后外輸，以減少水合物抑制劑的注入和防止因腐蝕沖蝕造成設(shè)施的破壞。

常用的天然氣脫水方法包括低溫冷凝分離法、三甘醇等溶劑吸收法、分子篩等固體吸附法和膜分離法等[3]，這些傳統(tǒng)技術(shù)具有分離效果好、脫水深度高、可達(dá)到較低露點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛應(yīng)用。但也存在著設(shè)備龐大、投資高、能耗大和一定的環(huán)境污染等問題，不適合于空間有限的海洋油氣田的開發(fā)[4]，特別是環(huán)保要求日益嚴(yán)格的當(dāng)下。近年來，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小、脫水效率高、能耗低和環(huán)境友好等特點(diǎn)，超音速分離脫水技術(shù)（Super Sonic Separator，3S）逐漸被人們重視[5]，并圍繞其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、流動(dòng)形態(tài)、凝結(jié)機(jī)理、關(guān)鍵因素和適應(yīng)性等方面開展了大量的研究工作，為其今后發(fā)展和工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1 天然氣超音速分離技術(shù)原理與技術(shù)對(duì)比

1.1 技術(shù)原理

超音速分離裝置主要由拉瓦爾噴管、旋流分離段和擴(kuò)壓管三部分組成，如圖1所示。整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，占地面積小，降溫幅度大（最大溫降可達(dá)到?100℃[6]），同時(shí)具備節(jié)流閥、膨脹機(jī)、旋流器和壓縮機(jī)的功能[7]。天然氣以均勻的流速進(jìn)入拉瓦爾噴管，在噴管的漸縮段，流速由亞音速顯著增大并在喉部達(dá)到音速，溫度和壓力持續(xù)降低。然后氣體進(jìn)入漸擴(kuò)段，流速進(jìn)一步增大，根據(jù)系統(tǒng)需要，決定氣體的馬赫數(shù)，在這個(gè)過程中溫度和壓力進(jìn)一步降低，達(dá)到設(shè)計(jì)溫度。氣體從拉瓦爾噴管流出后，在旋流分離段降低流速和紊流度，并在旋流器的作用下產(chǎn)生旋向加速度，一般要求達(dá)到106m/s2[8]，甚至2.2×107m/s2[9]。氣體中重?zé)N或凝結(jié)的水滴在離心力的作用下沿著壁面流出，氣相則進(jìn)入擴(kuò)壓管，流速降低的同時(shí)壓力和溫度逐漸回升。整個(gè)過程沒有外部能量的輸入，全部的能量轉(zhuǎn)換均發(fā)生在系統(tǒng)內(nèi)部，可以看作是絕熱等熵過程。高速氣流通過該裝置用時(shí)極短，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水合物晶核形成的時(shí)間，因此無需添加水合物抑制劑等藥劑，減少對(duì)環(huán)境的污染。另外，由于沒有轉(zhuǎn)動(dòng)組件和復(fù)雜結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試和維護(hù)等方面簡(jiǎn)單方便，工程投資較少，運(yùn)維成本低。

圖1 天然氣超音速分離器結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of 3S

1.2 天然氣超音速分離脫水技術(shù)比較

目前常用的天然氣脫水方法主要包括以三甘醇為代表的溶劑吸收法、正（負(fù)）壓變壓吸附法、膜分離法和低溫冷凝分離法等。各方法相比于超音速分離技術(shù)來說，均存在一定不足。溶劑吸收法由于工藝復(fù)雜，需要安裝吸收塔、重生塔、高溫加熱器等大型設(shè)施，存在投資大、操作困難和醇類溶劑易被攜帶而失效等缺點(diǎn)，特別不適用于空間有限的海上天然氣的脫水處理。變壓吸附法設(shè)備投資和操作費(fèi)用較高，易發(fā)生吸附劑中毒和破碎粉化等問題，且天然氣中的重?zé)N、H2S和CO2等會(huì)污染固體吸附劑，影響脫水效果和深度。膜分離法會(huì)因?yàn)槟さ乃芑腿苊浶砸鸱€(wěn)定性降低、烴損和濃差極化等問題，且存在著氣體通透量低、耐熱、耐腐蝕性差和一次性投資較大等缺點(diǎn)。低溫冷凝分離法分為冷劑制冷和直接制冷兩種，冷劑制冷溫度有限（一般?25～?35℃[10]），凝點(diǎn)低成分的液化率較低。直接制冷方法主要包含節(jié)流（閥）制冷、膨脹（機(jī)）制冷和超音速分離（器）冷凝等，其中節(jié)流閥（J?T閥）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能量損失較大，過程不可逆。膨脹機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、氣質(zhì)要求高，在攜液條件下，容易造成流道破碎、轉(zhuǎn)子失穩(wěn)等問題。超音速分離制冷技術(shù)不僅綜合了節(jié)流閥和膨脹機(jī)的優(yōu)勢(shì)，還具有旋流分離器和壓縮機(jī)的功能。相比于J?T閥和膨脹機(jī)制冷，若在相同壓差條件，超音速分離器產(chǎn)生更大的溫降。圖2列舉了某一項(xiàng)目中，為達(dá)到相同溫壓條件的產(chǎn)品，對(duì)比分析了超音速分離器方案、J?T閥方案和膨脹機(jī)方案的溫降幅度和分離效果。從結(jié)果可以看出，在不同進(jìn)出口壓比條件下，超音速分離器溫降幅度均高于膨脹機(jī)和J?T閥，且隨著壓比的升高，溫降幅度的差異將顯著增大，相應(yīng)的超音速分離器方案的重?zé)N（包括水）收率高于膨脹機(jī)和J?T閥，且隨氣體溫度升高，超音速分離器脫水效果相對(duì)更明顯。L.D.O.Arinelli等[11]綜合比較了超音速分離器與三甘醇法、節(jié)流閥和膜滲透法，以及之間的組合工況在脫水和脫CO2方面的性能，認(rèn)為超音速分離器+三甘醇脫水或節(jié)流閥+膜滲透法在高含碳（摩爾分?jǐn)?shù)為44%）的海上濕天然氣中具有較好效果。J.Bian等[12]借助HYSYS軟件中膨脹機(jī)模塊，研究了超音速分離器作為三甘醇脫水預(yù)處理工藝的可行性，并與節(jié)流閥作為預(yù)處理工藝方案進(jìn)行了對(duì)比，認(rèn)為超音速分離器具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

圖2 天然氣超音速脫水技術(shù)與J-T閥方案、膨脹機(jī)方案性能對(duì)比Fig.2 The performance comparison of 3S dehydration technology with J-T valve scheme and expander scheme

2 超音速分離技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1989年，Stork Product Engineering公 司 首 次將超音速分離技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)中以分離脫除空氣中的水，并申請(qǐng)名為Condition?Cyclone的專利[13]。1996年，俄羅斯Translang公司開始利用航天空氣動(dòng)力學(xué)研究成果應(yīng)用于石油天然氣領(lǐng)域的氣液分離，并設(shè)計(jì)制造出一套占地面積小、處理高效的新型天然氣脫水裝置，即天然氣超音速分離器。此后，在莫斯科開展了30×104m3/d處理量的工業(yè)化和在加拿大南部卡城完成了110×104m3/d處理量的工業(yè)性示范工程。通過測(cè)試運(yùn)行，獲得大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和各項(xiàng)性能指標(biāo)[14]。1997年，Shell公司在基礎(chǔ)理論與數(shù)值模擬研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)制造出第一代用于天然氣脫水分離的超音速分離裝置，并命名為Twister[15]。2004年，世界上第一臺(tái)天然氣超音速分離裝置在馬來西亞沙撈越氣田投產(chǎn)應(yīng)用，證明了工業(yè)化超音速分離裝置用于天然氣脫水的可行性，該裝置的應(yīng)用較常規(guī)三甘醇脫水技術(shù)減少投資約（0.3～0.8）億美元。同期，Translang公司在西伯利亞安裝了一套160×104m3/d處理量的工業(yè)化超音速分離器[16]。2011年，塔里木油田牙哈凝析氣處理廠引進(jìn)了國內(nèi)第一套超音速分離裝置，在節(jié)流閥減壓溫降析液的基礎(chǔ)上，并聯(lián)了兩臺(tái)處理量為（180～185）×104m3/d的超音速分離裝置，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行顯示加入超音速分離器后，凝析液總量大幅增加，水露點(diǎn)由?20℃降低至?45℃[17]，效果明顯。2018年，借鑒國外技術(shù)，渤海某油田建造了一臺(tái)處理量為30×104m3/d的超音速分離器，但目前未投產(chǎn)運(yùn)行。

我國在天然氣超音速分離技術(shù)方面的研究起步較晚，目前尚處于探索研究階段。2001年，中石化勝利油田規(guī)劃設(shè)計(jì)院聯(lián)合北京工業(yè)大學(xué)在超音速分離器基礎(chǔ)理論和數(shù)值模擬方面做了大量研究工作，并搭建了國內(nèi)第一臺(tái)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)裝置[18]。2003年，江漢機(jī)械研究所聯(lián)合高校對(duì)超音速分離技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)基礎(chǔ)性研究，并于2006年研制出一套實(shí)驗(yàn)樣機(jī)[19]。白博峰等[20]借鑒旋流分離器原理，設(shè)計(jì)了一種以切向進(jìn)氣方式產(chǎn)生旋流的超音速分離器。楊志毅[21]在基礎(chǔ)理論研究的基礎(chǔ)上，討論了主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)思想，并建立了流場(chǎng)分析模型。曹學(xué)文等[22?23]利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法，在拉瓦爾噴管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面做了大量的對(duì)比分析研究，確定了合適的漸縮段、喉部和擴(kuò)張段設(shè)計(jì)方法，研發(fā)出眾多天然氣超音速分離單元或裝置，并獲得相應(yīng)專利授權(quán)，如結(jié)構(gòu)相比傳統(tǒng)超聲速分離器更加簡(jiǎn)單的漸縮旋流型超聲速噴管[24]，無需旋流器、處理量大且靈活的天然氣超音速旋流分離系統(tǒng)等[25]。胡大鵬等[26]綜合數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究，研發(fā)一種錐心式超音速冷凝分離裝置，并分析了各關(guān)鍵因素對(duì)分離效率的影響情況?？涤耓27]利用數(shù)值模擬方法對(duì)超音速分離器內(nèi)部流場(chǎng)特性做了大量研究工作，研發(fā)了一種可調(diào)節(jié)式的超音速分離裝置，搭建了實(shí)驗(yàn)室裝置并開展試驗(yàn)性研究。邊江等[28?29]利用數(shù)值計(jì)算方法對(duì)天然氣混合物超聲速凝結(jié)流動(dòng)過程進(jìn)行了模擬分析，分別得到入口壓力和入口溫度對(duì)液化效率的影響，并給出實(shí)際生產(chǎn)過程中的調(diào)節(jié)措施。

總體來說，國外在超音速分離器方面的研究與應(yīng)用較為成熟，已有較多工業(yè)化應(yīng)用的案例。而我國在此領(lǐng)域起步較晚，目前主要集中在理論計(jì)算和數(shù)值模擬階段，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試試驗(yàn)較少，特別是高壓天然氣的凝結(jié)機(jī)理及分離機(jī)理的實(shí)驗(yàn)性研究[30]，且實(shí)驗(yàn)測(cè)試成果較少公開，導(dǎo)致國內(nèi)超音速分離技術(shù)研究仍然處于探索階段。因理論研究和數(shù)值模擬與實(shí)際之間存在較大的偏差，且未曾開展現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和工業(yè)實(shí)驗(yàn)，不能獲得結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)流場(chǎng)和分離效果的性能數(shù)據(jù)，無法實(shí)質(zhì)性的對(duì)超音速分離器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化，導(dǎo)致超音速分離裝置沒有在石油與天然氣領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)國產(chǎn)化和推廣應(yīng)用。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究進(jìn)展

拉瓦爾噴管作為超音速分離器最為關(guān)鍵的組件，其設(shè)計(jì)合理與否直接決定著超音速分離器的可行性與分離效果[31]，見諸報(bào)道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也主要是圍繞拉瓦爾噴管展開，特別是拉瓦爾噴管的漸縮段的設(shè)計(jì)。漸縮段主要由進(jìn)出口截面積比和形狀曲線確定。目前，研究較多的有：錐形管法、維托辛斯基曲線法、Batchelor?Shaw一維流曲線法、雙三次曲線法和五次曲線法等，如表1所示。

表1 拉瓦爾噴管漸縮段設(shè)計(jì)方法Table 1 Design method of laval nozzle tapered section

比較幾種方法可以看出，維托辛斯基曲線與Batchelor?Shaw曲線相似，收縮趨勢(shì)先快后緩，且平緩段較長，有助于氣體的穩(wěn)定，但會(huì)因?yàn)檫吔鐚雍穸仍龃笠鹆鞯罍p??；雙三次曲線和五次曲線的收縮趨勢(shì)相似，入口處有較長的平緩段，有助于氣體紊流度的削弱，出口處較為平緩，起到穩(wěn)流作用。國內(nèi)許多學(xué)者利用數(shù)值模擬手段對(duì)各設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了計(jì)算，并基于計(jì)算結(jié)果做出優(yōu)化改進(jìn)。曹學(xué)文等[32]利用實(shí)驗(yàn)研究了三次曲線設(shè)計(jì)的噴管的膨脹角對(duì)超音速凝結(jié)流動(dòng)過程，認(rèn)為膨脹角對(duì)氣體凝結(jié)過程影響顯著，且隨著膨脹角越大，溫降越大，噴管制冷效果越好。史志龍[33]設(shè)計(jì)了一種旋流器前置的錐芯超音速旋流分離裝置，減少了液滴沉降距離和壓損。韓晉晉[34]采用五次曲線法用于漸縮段設(shè)計(jì)，并根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)了一種喉部變徑的可調(diào)結(jié)構(gòu)。張明益[35]建立了錐形超音速分離器模擬模型，分析了面積比等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)流動(dòng)的影響。曹禹等[36]選用五次曲線法用于漸縮段的設(shè)計(jì)，模擬計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果基本相近。寧虎等[37]提出一種維托辛斯基加R修正曲線結(jié)合特征線法用于噴管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并取得較傳統(tǒng)方式更均勻的流場(chǎng)效果。從研究情況來看，目前的研究仍主要是對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法的對(duì)比驗(yàn)證，各設(shè)計(jì)方法均在不同場(chǎng)合取得較好的應(yīng)用效果。W.J.Sun等[38]利用雙三次曲線法設(shè)計(jì)的超音速分離器對(duì)脫CO2過程進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，結(jié)果證明了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和模型選擇的合理性。劉楊等[39?40]利用Fluent軟件系統(tǒng)研究了拉瓦爾噴管漸縮段、漸擴(kuò)段張角及旋流器安裝位置對(duì)制冷性能的影響，認(rèn)為維托辛斯基曲線法設(shè)計(jì)的噴管優(yōu)于錐形管法、雙三次曲線法和五次曲線法設(shè)計(jì)的噴管。因此，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)首先根據(jù)各方法設(shè)計(jì)出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，再利用數(shù)值模擬方法模擬計(jì)算，對(duì)比確定出合適的結(jié)構(gòu)形式用于超音速分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用。

4 凝結(jié)機(jī)理模型研究進(jìn)展

由于天然氣在拉瓦爾噴管中高速膨脹，溫度顯著降低，流出噴管的天然氣基本處于過飽和狀態(tài)，并在后續(xù)的旋流分離段凝結(jié)成核，不斷生長為液滴，最后當(dāng)液滴直徑達(dá)到不小于2μm時(shí)[41]，在旋流離心力的作用下，被“甩”至管壁流出。其凝結(jié)成長機(jī)理對(duì)分離性能起到重要作用，根據(jù)自發(fā)凝結(jié)理論，當(dāng)凝結(jié)核心超過臨界尺寸時(shí)液滴不斷成長，因此這個(gè)過程可由成核模型和液滴生長模型表征。

4.1 成核模型

經(jīng)典成核理論（CNT）是眾多成核理論中研究和應(yīng)用最為廣泛的現(xiàn)象學(xué)理論之一。早在19世紀(jì)，Kelvin和Gibbs等先后研究了液滴能穩(wěn)定存在的必要 條 件[42]。20世 紀(jì) 初，Volumer和Weber等 利 用 玻爾茲曼分布規(guī)律和熱力學(xué)規(guī)律首次建立成核率公式。此后，眾多學(xué)者在此基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)際氣體不斷修正模型以克服理論推導(dǎo)過程中采用理想氣體狀態(tài)方程的不足，得到各修正模型，其中較為常見且應(yīng)用廣泛的成核模型見表2[43]。

根據(jù)報(bào)道表明，各修正模型較經(jīng)典CNT模型雖有較大改善，但很多情況下計(jì)算偏差依然較大。如Heist和Katz比較了理論計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值，結(jié)果認(rèn)為過飽和度符合性較好，但成核率存在較大的差異。近年來，我國相關(guān)學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)對(duì)比性研究工作。劉恒偉利用自由能障修正的CNT模型預(yù)測(cè)了低壓氣體凝結(jié)過程中的Wilson位置，計(jì)算精度較高[44]。曹學(xué)文等[45?46]采用修正的ICCT模型計(jì)算了分離器入口壓力對(duì)分離效果的影響，進(jìn)而得到分離器工作壓力范圍。Y.Yang等[47]采用非等溫修正的CNT模型模擬計(jì)算了入口條件對(duì)超音速分離器中氣體凝結(jié)沖波的影響，結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)相近。蔣文明[48]利用CNT模型模擬計(jì)算了低壓雙組分混合物在超音速分離器中的凝結(jié)過程，結(jié)果顯示該模型能較為準(zhǔn)確反應(yīng)該混合物系統(tǒng)的凝結(jié)特征。Q.F.Ma等[49]認(rèn)為高壓天然氣自發(fā)凝結(jié)過程宜采用非等溫修正的CNT模型或修正的ICCT模型。S.S.H.Rajaee等[50]利用不同濕度天然氣研究超音速分離器脫水凝結(jié)機(jī)理，并實(shí)現(xiàn)了超音速分離器的優(yōu)化。

表2 典型成核模型Table 2 Typical nucleation model

4.2 生長模型

成核后，大于液滴臨界尺寸的核心將逐漸生長為液滴，其生長過程取決于隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的蒸汽分子與液滴的碰撞幾率，一般可用Knudsen數(shù)表征，即：

式中，l、μv、pv、R分別為飽和蒸汽分子平均自由程、黏度、蒸汽壓力和氣體常數(shù)。Fuchs通過考慮質(zhì)量通量因素，推導(dǎo)得到液滴生長率公式；Fukuta等在Fuchs基礎(chǔ)上加入了能量通量，完善了計(jì)算模型[51]；Gyarmathy對(duì)液滴與其過渡區(qū)相交界面進(jìn)行了通量匹配計(jì)算，確定了三個(gè)區(qū)域的計(jì)算模型[52]；Young在Gyarmathy模型基礎(chǔ)上進(jìn)行了修正，使之適合于低壓工況等。在這些模型中，目前應(yīng)用最為廣泛的是Gyamathy模型和Young模型（見表3）。曹學(xué)文等[53]利用中壓天然氣相變特性對(duì)Gyamathy模型在中壓條件下的適用性進(jìn)行了驗(yàn)證性研究。邊江等[54?55]利用雙組分氣體自發(fā)凝結(jié)成核模型修正方法和Gyarmathy液滴生長模型建立了甲烷?乙烷雙組分氣體超聲速凝結(jié)流動(dòng)數(shù)學(xué)模型，重點(diǎn)研究了甲烷?乙烷混合氣體低溫液化特性，計(jì)算結(jié)果通過氣體凝結(jié)相變實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

表3 典型生長模型Table 3 Typical growth model

綜上，凝結(jié)過程目前主要由CNT模型和Gyamathy模型來表征成核過程液滴生長過程，各模型均有相應(yīng)的修正形式，各修正模型又有相應(yīng)的適用場(chǎng)合，比如經(jīng)典CNT模型較適合于低壓情況等，在實(shí)際應(yīng)用中需根據(jù)實(shí)際問題特點(diǎn)選擇合適的模型。雖然眾多學(xué)者對(duì)此問題做過研究，但目前一般集中在濕蒸汽本身、天然氣中水或重?zé)N的凝結(jié)過程。

5 總結(jié)與展望

超音速分離技術(shù)的研究在國外起步較早，主要集中在荷蘭埃因霍恩科技大學(xué)、Stock Product Engineering公司、俄羅斯Translang公司等。目前國外在超音速分離技術(shù)方面的研究與應(yīng)用已經(jīng)成熟，但國內(nèi)的技術(shù)研究目前仍然處于探索階段?，F(xiàn)已開展了較多的基礎(chǔ)性研究和數(shù)值模擬研究，但實(shí)驗(yàn)性研究仍然較少。在液滴凝結(jié)方面的基礎(chǔ)性研究更為少見，目前該過程主要由CNT模型和Gyamathy模型來表征成核過程液滴生長過程，實(shí)際中需根據(jù)各修正模型特點(diǎn)選擇合適模型用于計(jì)算分析。對(duì)今后的研究，應(yīng)加大入口溫壓、過飽和度、結(jié)構(gòu)參數(shù)等主要因素對(duì)凝結(jié)過程的影響性研究及貼近實(shí)際的高壓天然氣超音速分離脫液實(shí)驗(yàn)性研究，以進(jìn)一步探究天然氣旋流分離的凝結(jié)和分離機(jī)理，進(jìn)一步優(yōu)化超音速噴管的收縮段曲線和擴(kuò)張段曲線的設(shè)計(jì)，以及旋流器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與安裝位置優(yōu)化等，實(shí)現(xiàn)氣體凝結(jié)、氣液分離效率的提升。超音速分離器因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小、溫降幅度高、分離效果好、投資少等技術(shù)優(yōu)勢(shì)具有較為廣泛的應(yīng)用前景。例如用于海上油氣田天然氣外輸脫水以減少水合物抑制劑的注入量；用于高含H2S和CO2等酸性氣體的預(yù)處理以減小常規(guī)脫酸分離裝置的規(guī)模；用于在原有分離系統(tǒng)基礎(chǔ)上擴(kuò)展規(guī)模以實(shí)現(xiàn)老油田的升級(jí)改造；用于海上邊際油氣田、陸上非常規(guī)天然氣的處理以降低開發(fā)成本等。但國產(chǎn)化超音速分離裝置的技術(shù)研究和工業(yè)化應(yīng)用還需時(shí)日，需要進(jìn)一步加大基礎(chǔ)理論研究和試驗(yàn)性研究，特別是結(jié)合數(shù)值模擬方法和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立合適的計(jì)算模型，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化、溫降幅度計(jì)算和裝置性能分析提供指導(dǎo)。