利用涡流管制冷回收天然气中的轻烃是从上世纪80年代发展起来的一种新兴的轻烃回收技术,与传统的轻烃回收制冷技术相比,涡流管制冷轻烃回收系统具有结构简单、体积小、容易橇装化、能耗低、可靠性高、成本低等优点,在天然气轻烃回收技术方面,尤其是边远地区的零散天然气资源的回收领域具有很好的应用前景。北京工业大学将该项技术应用到山东胜利油田石南轻烃站,为推进涡流管在国内天然气回收领域的应用做探索性工作。根据调试过程中在油田现场发现的问题,认识到由于提供的参数与实际参数的差距造成的设计不足,并由此确定了本课题的研究内容。 首先,本文设计加工了六组喷嘴,出口马赫数分别为0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1。搭建了小流量涡流管试验台。通过实验的方法研究了各个喷嘴的涡流管不同进口压力对涡流管能量分离性能的影响,通过实验可知,出口马赫数为0.5到0.8的喷嘴的能量分离性能较好,当出口马赫数增大到0.9时,制冷温度效应和各个性能指标均变差,因此在工程设计中应避免这种情况。然后实验研究了各个喷嘴在入口温度分别为24,14,4度下的能量分离效应；由于轻烃站涡流管的入口温度为低温条件,针对出口马赫数位0.7的喷嘴做了低的入口温度下涡流管的制冷性能实验,结果表明即使是在低温下,涡流管依然有较好的制冷性能。数据分析了入口条件不同和喷嘴马赫数不同下的结果对比并给出了相关结论。 然后,针对胜利油田史南轻烃站氨制冷轻烃回收工艺进行改造,构建了氨制冷与涡流管复合制冷轻烃回收实验系统,进行了以天然气为工质的涡流管能量分离性能的实验研究,通过在现场的调试发现,改造后的涡流管系统不会对原有系统造成运行安全问题,涡流管产生了16到18度的制冷温差,使原料气产生了大约4度的深度制冷效果,但低于设计期望,于是提出了改进设计方案并将新涡流管在试验室条件下进行了性能测试。