18507

۱۸۵۰۷

بررسي و مطالعه طراحي مفهومي جداساز گاز-مايع محوري با قابليت كاربرد در صنايع نفت و گاز

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

فروردين ماه ۱۳۹۵

دكتر محمد اخلاقي

مكانيك

جداسازهاي سيكلوني به خاطر حجم و وزن كم، افت فشار كم، سرعت جداسازي بالا و قابليت كاركرد در فشارهاي بالا (شرايط چاه‌‌هاي به دور از ساحل) مورد توجه ويژه‌‌اي قرار گرفته‌‌اند. جداساز جريان محوري گاز-مايع I-sep با ورودي حلزوني ،خروجي فاز سنگين حلزوني و خروجي فاز سبك محوري مقطع دايروي توسط شركت كالتك انگلستان طراحي شده است. در اين پايان‌‌نامه اين جداساز به كمك ديناميك سيالات محاسباتي، شبيه‌‌سازي شده و با نتايج تجربي استاد راهنماي پايان نامه، اعتبار سنجي شده است. در اين پژوهش، از روش چندفازي اويلرين براي حل جريان دوفازي جداساز فوق الذكر استفاده شده است. در راستاي مدل‌‌سازي آشفتگي از روش k-ε Realizable براي محاسبات نهايي و صحت سنجي بهره‌گيري شده است. مراحل مختلف اعتبار سنجي، براي كسرهاي حجمي ۶۵، ۷۰ و ۷۹ درصد انجام گرفته است. مقادير بازدهي مبتني بر ضرايب تأثير نشان داد كه سازگاري مطلوبي بين نتايج عددي و نتايج تجربي برقرار بوده است. با توجه به بازدهي مبتني بر ضرائب تأثير ٪ ۰۱/۹۵، ٪۵/۹۹، ٪۵۱/۹۹ براي كسرهاي حجمي ۶۵، ۷۰ و ۷۹ درصد، همچنين نتيجه‌گيري مي‌شود كه بازدهي كلي مزبور براي كسرهاي حجمي بالاتر قابل دسترس‌تر مي‌باشد. آنچه از مقايسه نتايج حاصله از حل عددي وشيوه پايا و گذرا به دست آمد، به عنوان مجوزي مناسب در راستاي اتخاذ تصميم معقول براي كاربرد شيوه مدل‌سازي حل پايا در راستاي مطالعه جريان جداسازي در جداساز در نظر گرفته شده است. اثر تغيير فشار فازهاي سنگين سبك جداساز مورد مطالعه قرار گرفته است. آن چه از نتايج حاصله مستفاد گرديده، مبين آن است كه هر گاه فشار ناحيه خروجي فاز سنگين با قريب ۳۰ درصد افزايش به ميزان ۶۵ كيلوپاسكال برسد، با قريب ۳ درصد افزايش ميزان ضريب تأثير گاز خروجي و بهبود عملكرد جداساز مواجه خواهيم شد. هچنين اثر تغيير طول قسمت‌هاي تبديل سطح مقطع مستطيلي در ناحيه ورودي و تبديل سطح مقطع مستطيلي به دايروي در ناحيه خروجي فاز سنگين مورد مطالعه دقيق قرار گرفته‌اند. با بهره‌گيري از نتايج عددي و مقايسه آن‌ها با نتايج تجربي نسبت به طراحي يك جداساز با هندسه بهينه شده اقدام گرديد. در طراحي مزبور اهتمام بر آن شد كه هندسه‌هاي سطوح مقاطع ورودي، خروجي‌ها و همچنين هندسه‌ي گرداب‌ياب و محفظه جداسازي با كمترين مقادير افت فشار ممكن مورد ملاحظه و محاسبه قرار گيرند.

1396/12/05

2/19/2023 12:00:00 AM

Cyclonic Separators are getting popular for their low weight, volume and pressure drop along with their few separating time and the ability to operate in high pressures (e.g. offshore wellheads). Two phase flow in a new axial cyclonic separator, equipped with involute inlet and outlet, designed by Caltec Co. (England) is simulated using CFD and evaluated using experimental data performed by the supervisor of this thesis. An Eulerian-Eulerian approach is adopted for modeling two phase gas-liquid flow. k-ε Realizable model is used for simulating turbulence. Evaluation is performed for three gas volume fractions: 65%, 70% and 79%. Results show that a good agreement is present between CFD and experiments. For the above mentioned gas volume fractions, Overall effectiveness is reported 95.01, 99.5 and 99.51%. For investigating whether the problem is steady or unsteady, a comparison between these two methods is done, results show that with a good agreement, the steady solution can be used for simulations. By changing back pressure on two exits, effect of this parameter on separation efficiency is investigated. Approximately by increasing the heavy flow outlet back-pressure by 30%, we face a 3% increase in light phase outlet effectiveness. A study on the length of conversion parts is also done. Using the CFD results and comparing them with experimental results, a new design of separator is presented. In the above mentioned design, the areas related to inlet, outlets, vortex finder and connection chamber geometry, are calculated according to minimum pressure loss.