23478

شبيه‌سازي پسا در خط لوله ي حاوي جريان نفت خام با استفاده از ديناميك سيالات محاسباتي

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

1397-1399

1399/12/20

دكتر سيد نظام الدين اشرفي زاده- دكتر سيد حسن هاشم آبادي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

چكيده يكي از مباحثي كه امروزه در انتقال سيالات در خطوط لوله حائز اهميت است، مسئله‌ي افت فشار و چگونگي مواجهه با آن است. اگر ميزان افت فشار كه عمدتاً ناشي از افزايش اصطكاك و ضريب درگ است كنترل گردد، مي‌توان مصرف انرژي پمپ‌هايي كه براي انتقال سيالات به كار مي‌روند را كاهش داد. از جمله روش هاي كنترل و كاهش اصطكاك در خط لوله، افزايش قطر لوله، استفاده از لوله با زبري كمتر و يا استفاده از مواد پساكاه مي باشد. اين مطالعه جهت بررسي تأثير انواع مختلف پليمرها بر كاهش پسا، انتخاب پليمر بهينه از نظر عملكرد و يافتن غلظت بهينه براي آن‌ به‌منظور دست‌يابي به بالاترين ميزان كاهش پسا در خط لوله صورت گرفت. در اين مطالعه ابتدا جريان نفت خام با دماها و دبي‌هاي مختلف در خط لوله‌اي فولادي به طول m 8/8، قطر 1 اينچ و زبري m 000152/0 با استفاده از معادله ويسكوزيته به صورت k-ϵ با استفاده از نرم‌افزار فلوئنت شبيه‌سازي شده و در ادامه تأثير پارامترهاي عملياتي بر افت فشار مورد بررسي قرار گرفت. مشاهده شد كه افزايش دما از 4 تا ℃ 41، افت فشار جريان نفت خام را حدود %8/29 كاهش مي‌دهد و افزايش قطر از 1 تا 5/1 اينچ، باعث كاهش %65/26 افت فشار در خط لوله مي‌شود. همچنين با تغيير جنس زبري لوله به لوله صاف، افت فشار 15% كاهش پيدا مي‌كند. در بخش بعدي، تأثير چهار نوع عامل پساكاه پليمري بر ميزان افت فشار جريان نفت خام در خط لوله مورد بررسي قرار گرفت. مشاهده شد كه براي پليمرها يك غلظت بهينه وجود دارد كه تا آن غلظت، افت فشار جريان نفت خام در خط لوله كاهش و بعد از آن دوباره افزايش پيدا مي‌كند. بيشترين كاهش افت فشاري كه در اين مطالعه بدست آمد، 49% بود كه در حضور DRA3 با نام SBR1500 حاصل شد. مشاهده شد با تغيير قطر لوله از 1 تا 5/0 اينچ در دماي ℃ 29 هنگام استفاده از DRA1 به‌عنوان عامل پساكاه، افت فشار جريان نفت خام، %25/11 كاهش پيدا كرد. با كاهش زبري نسبي از 000152/0 تا m 000046/0، ميزان كاهش پسا %87/7 كاهش يافت. همچنين با افزايش دما از 29 تا ℃ 41، ميزان كاهش افت فشار از %/38 به %13/45 رسيد. در انتها نيز، جهت اعتبارسنجي، شبيه سازي انجام شده با داده هاي تجربي پژوهش مولا و كرمي از دانشگاه شيراز مقايسه و مشخص شد كه خطاي كلي شبيه سازي با نتايج آزمايشگاهي برابر با %4/11 است.

1400/02/19

Simulation of Drag in Petroleum Fluids in the Pipeline using Computational Fluid Dynamics

3/11/2022 12:00:00 AM

Abstract One of the topics that are important today in the transfer of fluids in pipelines is the issue of pressure drop and how to deal with it. If the amount of pressure drop, which is mainly due to increased friction and drag coefficient, is controlled, the energy consumption of the pumps used to transfer fluids can be reduced. Among the methods to control and reduce friction in the pipeline, increase the diameter of the pipe, use a pipe with less roughness or use post-straw materials. This study was conducted to investigate the effect of different types of polymers on drag reduction, selection of optimal polymer in terms of performance, and finding the optimal concentration for it to achieve the highest drag reduction in the pipeline. In this study, first, the flow of crude oil with different temperatures and flows in steel pipelines with length 8.8 m, diameter 1 inch, and roughness 0.000152 m was simulated using the viscosity equation as k-ϵ using Fluent software. Then, the effect of operational parameters on pressure drop was investigated. It was observed that increasing the temperature from 4 to 41 ℃ reduces the pressure drop of crude oil by about 29.8% and increasing the diameter from 1 to 1.5 in reduces the pressure drop in the pipeline by 26.65%. Also, by changing the material of the pipe with a roughness of 0.000152 m to a smooth pipe without roughness, the pressure drop is reduced by 15%. In the next section, the effect of four types of drag-reducing polymers on the reduction of pressure drop in the pipeline was investigated. It was observed that there is an optimal concentration for polymers at which the concentration, pressure drop of crude oil in the pipeline decreases and then increases again. The most reduce pressure drop in the study was 49%, which was achieved in the presence of DRA3 or SBR1500. It was observed that by changing the pipe diameter from 1 to 0.5 in at 29 ℃, the pressure drop decreased by 11.25% when using DRA1 as a drag reduction agent in crude oil flow. With a decrease in relative roughness from 0.000152 to 0.000046 m, the pressure drop increased by 7.87%. Also, with increasing the temperature from 29 to 41 C, the pressure drop in the pipeline for the DRA1 drag-reducing agent increased from 38.51% to 45.13%.

جريان نفت خام , كاهش پسا , افزودني‌هاي پساكاه , ديناميك سيالات محاسباتي

crude oil , drag reduction , drag reduction additives , computational fluid dynamics