 Hans Journal of Chemical Engineering and Technology 化学工程与技术, 2013, 3, 38-41 http://dx.doi.org/10.12677/hjcet.2013.31007 Published Online January 2013 (http://www.hanspub.org/journal/hjcet.html) Ejector Technology and Its Application in Dispose Processing of Natural Gas Mingyi Zhang1, Jing Li1, Yingyong Zou1, Wu Liu1, Peiqi Liu2*, Dapeng Hu2 1Tarim Oil Field Filiale, China Petroleum and Natural Gas Limited Liability Company, Korla 2Chemical Machinery Institute, Dalian University of Technology, Dalian Email: *lpq21cn@dlut.edu.cn Received: Oct. 23rd, 2012; revised: Nov. 16th, 2012; accepted: Nov. 28th, 2012 Abstract: The method of theoretical analysis combining with numerical calculation in this paper has been adopted to design ejector device, and the YaHa oil-gas field has been cited as an example to discuss the advantages of ejector device used in the process of light hydrocarbon recovery from condensate field. The main results and conclusions are as follows: 1) The established numerical model of ejector machine can get the information of internal flow inside the device, so it could be used in the optimization of device structure; 2) The adjustable nozzle of ejector structure can improve the appli- cability of operational condition and realize regulation for different flow rate; 3) The ejector technology can utilize the high pressure gas with high pressure energy itself to inject the low pressure fluid and greatly reduce the energy consump- tion of light hydrocarbon recovery, providing a new way for natural gas gathering and transferring process. Keywords: Oil-Gas Gathering and Transportation; Ejector Technology; The Application of Pressure Energy; Light Hydrocarbon Recovery; Numerical Simulation; Process Simulation 引射技术及其在天然气处理中的应用 张明益 1，李 静1，邹应勇 1，刘 武1，刘培启 2*，胡大鹏 2 1中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司，库尔勒 2大连理工大学化工机械学院，大连 Email: *lpq21cn@dlut.edu.cn 收稿日期：2012 年10 月23日；修回日期：2012 年11 月16 日；录用日期：2012年11 月28日 摘 要：采用理论分析和数值计算相结合，进行了引射装置设计，并以牙哈气田为例，探讨了引射装置用于天 然气田轻烃回收工艺时存在的优势，得出主要结果和结论如下：1) 本文建立的引射装置数值计算模型能够得到 装置内部流场信息，可用于装置结构的优化；2) 喷嘴可调引射器结构，可提高装置工况适用性，可实现不同流 量的调节；3) 引射技术能够利用高压天然气自身压力能引射低压流体，大幅度减小凝析气田轻烃回收装置的能 耗，为天然气集输处理提供一个新途径。 关键词：油气集输；引射技术；压力能利用；轻烃回收；数值模拟；工艺模拟 1. 引言 引射器是一种利用高压气体射流效应来实现气 体间能量传递和转化的装置。它一般由喷嘴、混合室 和扩压室组成[1]，如图 1所示。它是利用射流紊动扩 散作用，来传递能量和质量的流体机械和混合反应设 备[2]。工作时，一定压力的流体通过喷嘴时，以一较 高速度与较低压力射出，并低于低压入口压力，吸入 (引射)低压流体，两股不同压力的流体，在混合室(喉 管)内产生能量和质量交换，工作流体速度及压力减 *通讯作者。 Copyright © 2013 Hanspub 38  引射技术及其在天然气处理中的应用 Figure 1. Schematic diagram of ejector machine 图1. 引射器示意图 少，被吸流体速度增加，在混合室出口处两股流体的 流速渐趋均匀，混合流体流经扩散管将部分动能转换 为压能，增压后输出。引射器内部无转动部件，结构 简单，制造费用低，工作性能可靠，安装简易，维护 方便，密封性好，有利于输送天然气此类易燃、易爆 或是有毒的气体[3]。高压气体可以作为引射器的工作 动力，直接加以利用，不需要增加很多辅助设备，不 需要燃料作为动力，因此它具有较高的综合效益。 上述诸多优点使得静态引射器在国内西北气田 [4]、靖边气田[5]、长庆气田[6]均已获得成功应用，有效 实现了低压气井的连续稳定生产。 2. 引射装置设计 2.1. 设计思路 为了保证产品的性能，课题组首先利用基本理论 方法对引射器进行结构设计；然后，在初步结构设计 的基础上，利用计算流体力学(简称 CFD)方法对装置 结构进行模拟优化；最后，利用压缩空气试验的方法 进行测试。上述三个步骤能够保证产品性能。 如图 2所示是课题组采用的喷嘴可调式引射器结 构，该引射器可以实现内部调解锥和喷嘴结构的轴向 位置移动，从而改变喷嘴喉部面积和喷射距离，以适 应不同流量或压力工况的运行。喷嘴的调节可提高装 置工况适用性，锥心的调节可实现不同流量的调节。 2.2. 数值模型 引射器设计中，CFD数值模拟是关键环节。数值 Figure 2. Structure diagram of ejector device 图2. 喷嘴可调引射器结构示意图 分析时，针对实际问题，忽略进出口管道的损失，由 于装置截面为圆形，文中采用轴对称有限体积法对装 置内可压缩气体的高速湍流流动进行模拟。图3为引 射器网格划分图，采用四边形网格，为了提高数值计 算的收敛性，喷嘴和混合区网格进行加密处理。湍流 模型采用 Realizable k-ε模型[7,8]。数值运算在空间域 上采用了二阶迎风离散格式，最后求解方程时采用所 有变量联立的耦合式解法[9]；管内壁采用壁面函数法 [10]；介质采用真实气体。 装置进出口边界条件设置为压力边界，压力值与 各管口实际运行压力值相等。 2.3. 计算结果 通过模拟可以得到引射器内部压力、速度、温度 和马赫数的分布云图。图4为牙哈天然气引射器模拟 结果。可以看出，高压气体在喷嘴出口达到了超音速， 截面变小，压力降低，低于低压进口压力，从而将低 压气体引入，然后在混合段内进行能量传递，最终达 到统一的压力、速度和温度向外传输。利用数值结果 可以看出内部流场扰动情况，以及进出口流量，从而 可以得出不同结构下装置的引射率，达到结构优化的 目的。 3. 引射技术在天然气处理中的应用 凝析气藏是介于油藏和天然气藏之间的一种重 要的特殊油气藏类型，同时产天然气和凝析油，经济 价值很高[11]。一般来讲，凝析气体处理工艺可由集气、 轻烃回收、凝析油稳定和循环注气等部分构成。其中， 轻烃回收工艺包括J-T阀节流制冷、外加冷剂或复合 制冷等[12]。如 图5所示为塔里木牙哈气田采用的节流 Figure 3. Grid mesh of ejector device 图3. 引射器网格划分图 Copyright © 2013 Hanspub 39  引射技术及其在天然气处理中的应用 Copyright © 2013 Hanspub 40 (a) Pressure/Pa (b) Velocity/m·s −1 (c) Temperature/K (d) Mach number Figure 4. Information of internal flow field in ejector 图4. 引射装置内部流场信息 Figure 5. Throttling process of YaHa natural gas field 图5. 牙哈天然气田节流工艺  引射技术及其在天然气处理中的应用 Figure 6. Ejector process of YaHa natural gas field 图6. 牙哈天然气田引射工艺 制冷处理工艺[13,14]。其中，红色框部分为节流阀。为 了高效回收天然气中轻烃，整个工艺中常将脱乙烷塔 等塔顶富气通过压缩系统重新压回到原系统中进行 循环回收。这部分气体的总量占总气量的比例较小， 但其增压幅度较大。牙哈轻烃回收工艺中，脱乙烷塔 等塔顶富气总量约为28万方/天，由1.8 MPa增压到 7.2 MPa，所需的压缩机功耗约为714 kW，可见压缩 机组的数量和能耗较大。 若将节流工艺改为引射工艺，将低压塔顶气直接 引射至脱轻烃时的压力7.2 MPa。一方面可以高效利 用节流前气体自身压力能，另一方面可节省压缩机组 的运行费用和维护费用。图6为牙哈气田引射工艺流 程图，图中红色框内为引射部分。该工艺省去了压缩 机组，节省了714 kW电能的同时，后期维护费用也 将大幅度降低。 4. 结论 采用理论分析和数值计算方法，研究了引射装置 设计方法及其在天然气轻烃回收工艺中的作用，得出 主要结果和结论如下： 1) 数值计算能够得到引射装置内部流场信息，可 用于装置结构的优化； 2) 喷嘴可调式引射器结构，可提高装置工况适用 性，实现不同流量的调节； 3) 引射技术能够利用高压天然气自身压力能引 低压流体，大幅度减小凝析气田轻烃回收装置的能 耗，为天然气集输处理提供一个新途径。 参考文献 (References) 射 [1] 赵静野, 孙厚钧, 高军. 引射器基本工作原理及其应用[J]. 北京建筑工程学院学报, 2000, 16(4): 12-15. [2] 索科洛夫, 津格尔, 黄秋云(译). 喷射器[M]. 北京: 科学出版 社, 1977. [3] 胡述明. 喷射泵在低压天然气采输中的应用[J]. 石油矿厂机 械, 2011, 40(8): 62-64. [4] 杨德伟, 林日亿, 王弥康等. 利用喷射器技术输送低压气层 天然气[J]. 油气田地面工程, 2005, 24(4): 10-12. 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