Analyse av våtgass strømning i kompressorløpehjul

Abstract

De fleste store felt i Nordsjøen er utbygd med tradisjonell teknologi. Fokus har i de senere år skiftet mot mindre og mer fjerntliggende felt med begrenset infrastruktur. Utvikling og drift av slike felt krever ny kostnadseffektiv teknologi. Et helt sentralt element her er havbunnsbasert brønnkompresjon for å frakte brønnstrømmen direkte til land, eller mer fjerntliggende prosseseringsanlegg offshore. Teknologien kan i enkelte tilfeller eliminere behovet for offshore prosessanlegg, noe som kan gi en formidabel kostnadsreduksjon. De fleste leverandører av turbomaskiner satser derfor på utvikling av havbunnsbaserte våtgasskompressorer. Noen få prototype konsepter eksisterer og det foregår i dag utstrakt testing og validering av teknologien.Ved Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet,NTNU, er det bygd opp en rigg for å teste våtgass kompressorer og analysere de grunnleggende mekanismene relatert til våtgass kompresjon. Riggen er unik og sentral i blandt annet analyser av strømningsregimet i kompressorkanaler, herunder løpehjul.Målet med denne hovedoppgaven er å dokumentere partikkelbaner og trykkprofil gjennom et kompressorløpehjul. Dette ved hjelp av eksperimentell forsøksrigg og etablert CFD-kode. I denne hovedoppgaven er det dokumentert relevant litteratur basert på turbulens og partikkelstrømning i roterende kanal. En kalibrering av tidligere modell av løpehjul er gjennomført og det er generert trykkprofil og karakteristikk med bakgrunn i tørr gass. Ved hjelp av den etablerte modellen er partikkelbane gjennom løpehjul simulert ved ulike injeksjonspunkter. I tillegg er det inkludert ulik tetthet til partiklene. Resultatet av litteraturgjennomgang viser at Coriolis og sentrifugalkrefter er ansvarlig for endring av strukturen av turbulens i grensesjikt, som igjen er påvirket av rotasjonsraten. Menter `s SST-modell ble vist å nøyaktig kunne forutsi motvirkende trykkgradient i strømning i grensesjikt, og ble brukt gjennom hele arbeidet. For resultatene med bakgrunn i kompressor karakteristikk, ble det påvist at den simulerte modellen var altfor forenklet for å kunne sammenfalle med eksperimentelle resultater gjennom hele spekteret av volum strømmer til stede i valideringen av CFD-modellen. Med bakgrunn partikkel baner, sammenfalt simulerte resultater relativt godt med tidligere undersøkelser.