Optimalisering av våtgass diffusor og spiralhus

Abstract

Våtgasskompressorer er en ny teknologi, og kan være svaret på hvordan uprosessert gass kan transporteres til prosessanleggene. Lykkes industrien med dette kan det føre til store kostnadsbesparelser som vil gjøre marginale felt lønnsomme. I tillegg vil teknologien føre til økt gassutvinning på eksisterende felt. I denne oppgaven er diffusor- og spiralhusdesign til eksisterende kompressor i laben på NTNU optimalisert. Ved hjelp av CFD programmet ANSYS 13.0 har de nye designene blitt simulert og strømningsbildet, ytelseskarakteristikk og polytropisk virkningsgrad har blitt dokumentert. I tillegg har simuleringer med partikkelinjeksjon blitt gjort for å se på hvilke innvirkning dette har for strømningsbildet i kompressoren. I diffusoren har fire nye design blitt laget. To er laget med nye diffusorbredder, et hvor innløpet har blitt innsnevret og et hvor diffusorutløpet ikke er avrundet. I spiralhuset har to nye design med økt tverrsnittareal blitt laget. I tillegg har eksisterende CFD modell av kompressoren på NTNU blitt oppdatert for å gjøre modellen mer lik kompressoren. Denne modellen benyttes som et sammenligningsgrunnlag for de andre designene. Analyse av de nye designene har vist at designet med det største spiralhuset har høyest trykkgjenvinning og polytropisk virkningsgrad for alle volumstrømmer. Maksimalt trykkforhold er 1,35 og maksimal polytropisk virkningsgrad er 85,1 % ved 0,86 m3/s. Eksisterende design har maksimal trykkøkning på 1,33 ved 0,76 m3/s og maksimal virkningsgrad på 82,7 % ved 0,86 m3/s. Simuleringene viste stor grad av seperasjon i diffusoren med det store spiralhuset, og kompressorytelsen vil økes ytterligere ved forbedring av diffusoren. Innsnevring av diffusor har redusert seperasjon i diffusoren, og dette har økt ytelsen. I tillegg har et ikke-avrundet diffusorutløp redusert virvelstrømning i spiralhuset betydelig.Partikkelsimuleringene har vist at partiklene legger seg på høytrykksiden av impelleren og blir kastet tangentielt mot spiralhuset. Partikkelinjeksjon reduserte strømningsvinkelen til gassen, α, i sentrum og mot shroud i diffusoren, mens vinkelen økte ved hub. Reduksjon i strømningsvinkel forbedret trykkøkningen til kompressoren med 4 %.