刘庆越 朱映 钟小侠 郑路

摘 要：天然气超音速分离器具是天然气脱水脱烃技术的重大突破。本文从天然气混合物物性的精确描述，到超音速流动过程和凝结过程进行理论综合，发展综合考虑物料守恒和动量能量守恒及含汽液相变的天然气超音速分离器设计方法。采用Martin-Hou状态方程及余函数法计算天然气亚音速、超音速状态参数，基于热力学定律构建拉法尔喷管热力学、流动数学模型，发展凝结理论，基于温度、压力等参数预测水蒸气凝结特性及分布规律。

关键词：天然气脱水;超音速分离器;拉法尔喷管;脱烃

0 前言

天然气作为一种清洁高效的能源，在我国能源结构的改善和环境保护方面发挥重要的作用。天然气中含有水分将降低输气量，增加动力消耗，同时会引起管线和设备的酸性腐蚀，最严重的会还导致生成水合物，使管线和设备堵塞。因此需要对天然气进行脱水处理。近些年来发展的超音速分离器具有工艺设备简单、高效、节能、环保、运转安全性和可靠性高、经济效益显著等诸多优点，被誉为是天然气脱水脱烃技术的重大突破[1-2]。

在天然气超音速分离器中，天然气混合气体在自身压力的作用下膨胀加速至超音速，此时气体的温度及压力急剧下降，从而使天然气中的水蒸气冷凝成无数细小的液滴，然后在超音速产生的强气流旋转作用下，将小液滴甩至壁面并分离，对于气体则进行再压缩回收压力。该技术最早由Stork Product Engineering公司在1989年提出，主要用于空调制冷。……