Våtgass kompresjon: En eksperimentell og teoretisk undersøkelse av lydhastighet og støt i tofasestrømning

Abstract

Olje- og gassindustrien trenger forbedret kompressorteknologi for å øke produksjonen av gass. Naturgassen på gassfelt inneholder væske og dagens kompressorteknologi er ikke utviklet for å tåle slike væskemengder. Tilstedeværelse av væske gjør strømningen gjennom en kompressor mer kompleks og flere sammensatte strømnings effekter vil påvirke ytelsen. Denne oppgaven undersøker hvordan små mengder væske påvirker lydhastigheten og posisjonen og styrken til støt. Oppgaven undersøker tofasestrømning i en konvergerende - divergerende dyse. Den divergerende delen er produsert i pleksiglass for å kunne visualisere støt. Testriggen er instrumentert med trykk og temperatursensorer, massestrømsmåler for luft og uttak for å måle trykk og temperatur langs dysen. Arbeidsmediet er trykkluft og damp. Oppgaven presenterer også grunnleggende teori og et søk av relevant litteratur er gjort spesielt innenfor påvirkning av væske på lydhastighet og støt. Det er utført forsøk ved ulike dampmengder hvor trykkprofilet langs dysen er logget. Dampmengde er klassifisert etter antatt mengde. Støt er visualisert ved hjelp av shadowgraphy. I forsøkene er det observert at støtposisjonen i luftforsøk avviker fra beregninger. Det er gjort undersøkelser på hva som endrer posisjonen hvor det antas at støtet ikke inntreffer som normalt på grunn av ujevnheter i dysen eller påvirkning av rustpartikler fra trykkluftssystemet. Det er antatt at det er delvis dispergerte støt som inntreffer i dysen i dampforsøk. Det er vist at støt beveges nedstrøm i dysen ved økt dampmengde, noe som er forventet fra beregninger ved redusert adiabateksponent. Det er også en tendens til at støtene går mot en mer normal struktur ved økt dampmengde, men dette kommer nok av ujevnheter i dysen. Analyse av lydhastigheten er gjort ved å analysere redusert massestrøm av luft gjennom dysen. Ved økt dampmengde reduseres massestrømmen av luft i forsøkene. Noe av reduksjonen vil naturlig komme av tilført mengde damp, men tilført dampmengde er svært liten. Reduksjonen i massestrøm er ikke entydig pågrunn av økt stagnasjonstemperatur i dampforsøk som vil gi en høyere lokal lydhastighet. Analyse av lydhastigheten viser derfor ikke en bestemt reduksjon for dampforsøk, men en degradering er observert som forventet. Det er også undersøkt ulike strømningsegenskaper som opptrer i forsøkene. Ekspansjonen frem til støt utløses stemmer bra med isentropiske beregninger. For dampforsøk er adiabateksponenten redusert i beregninger og det er funnet samsvar mellom beregninger og forsøk. Det er observert væskefilm på dyseveggen i ekspansjonsområdet og fordampningsprosessen etter støtet er og observert.