19009

۱۹۰۰۹

طراحي و ساخت سيستم تنظيم سرعت پيشروي پيگ

كارشناسي ارشد

ساخت و توليد

۱۳۹۲

۱۳۹۶/۰۶/۲۹

دكتر مير سعيد صفي زاده

دكتر محرم حبيب نژاد كورايم

مكانيك

چكيده خطوط لوله نفت و گاز متداول ترين و ايمن ترين روش براي انتقال فرآورده هاي نفت و گاز به شمار مي روند. اما به مرور زمان ديواره داخلي لوله دچار رسوب ، خوردگي ، سايش و ترك مي گردد و باعث پايين آمدن راندمان مي شود. لذا براي زدودن رسوبات و شناسايي محل تركها و خوردگي و بازرسي داخل لوله ها عمليات پيگ راني انجام مي گيرد. اين كار سبب تميز شدن داخل لوله و در نتيجه بالا رفتن راندمان جريان مي گردد .همچنين عمليات بازرسي سبب شناسايي محل ترك ها و خوردگي جهت جلوگيري از پيشروي عيوب مي گردند.اما براي اينكه پيگ بتواند كارايي لازم را داشته باشد بايد در محدوده سرعت مشخصي حركت كند . سرعت بالاتريا كمتر از ميزان تعريف شده پيگ باعث عدم كاركرد درست گرديده و عمليات پيگ راني به درستي انجام نمي گردد. از آنجايي كه عموما پيگ ها توسط فشار بالادست حركت مي كنند ودر طول مسير عواملي مانند اصطكاك ، رسوب، شيب خطوط لوله وچند راهي ها بر سرعت آن اثر گذاشته و باعث كاهش و يا افزايش سرعت آن مي گردند و سبب مي شود كه در قسمتهايي از مسير ،پيگ راني ناقص انجام شده و يا اصلا انجام نگردد. لذا لزوم وجود سيستم كنترل سرعت پيگ ضروري به نظر مي رسد. اين سيستم كنترل سرعت بايد بتواند بدون ايجاد صدمه به پيگ در مواقع نياز ،سرعت را كاهش و يا افزايش داده و راندمان پيگ راني را بالا ببرد. در اين ميان كنترل سرعت پيگ به دليل ويسكوزيته پايين گاز در خطوط انتقال گاز داراي اهميت بيشتري است زيرا تغييرات سرعت و شتاب ناگهاني آن بسيار سريع و محسوس مي باشد كه اين موضوع نه تنها باعث صدمات زياد به پيگ مي گردد بلكه عمليات پيگ راني را با مشكل مواجه مي كند . در اين پروژه ابتدا به تحليل ديناميكي حركت پيگ در خطوط نفت و گاز پرداخته مي شود. معادلات ديفرانسيل جزئي حاكم بر جريان شامل معادلات بقاي جرم، مومنتوم خطي، انرژي و معادله حالت با استفاده از روش مشخصه ها به معادلات ديفرانسيل معمولي تبديل مي شود. سپس با استفاده از يك برنامه نوشته شده در نرم افزار متلب معادلات حركت پيگ همراه با معادلات حاكم بر جريان حل مي شوند تا در هر مرحله زماني شرايط مرزي در جلو و عقب پيگ محاسبه شود. نتايج حاصل با نتايج تحقيقاتي كه تان تين نگويان و همكارانش برروي مدل سازي و شبيه سازي عملكرد پيگ در خط لوله گاز انجام داده بودند ودر قالب مقاله به چاپ رسيده است مقايسه شده است تا صحت مدلسازي حركت پيگ ارزيابي گردد كه مطابقت خوبي بين نتايج مشاهده مي شود].9[ پس از مطالعه سيستم هاي كنترل سرعت پيگ با در نظر گرفتن يك دريچه ميان گذر به عنوان شيردر وسط پيگ و باز و بسته كردن آن و اجازه يا عدم اجازه عبور جريان سيال، اختلاف فشار بين جلو و عقب پيگ را كاهش يا افزايش داده و در نتيجه نيروي محركه پيگ را كم يا زياد كرده و بدين ترتيب سرعت پيگ را كنترل مي نماييم. در ادامه، حركت پيگ با جريان ميان گذر شبيه سازي شده است و برنامه مربوطه در محيط متلب نوشته شده است و خروجي هاي آن با نتايج بررسي هاي تان تين نگويان و همكارانش جهت كنترل پيگ در خط لوله گاز طبيعي همراه با جريان باي پس مقايسه گرديده است]12[ .كه حاكي از تطابق و دقت قابل قبول شبيه سازي است. نهايتاً يك سيستم آزمايشگاهي جهت بررسي تاثير هندسه شير مسير ميان گذر بر تغييرات فشار جلو و عقب پيگ طراحي و ساخته شده است. با تغيير سطح عبور جريان وهندسه شير ميان گذر ، نحوه تغييرات فشار جلو و عقب پيگ و در نتيجه كنترل كننده سرعت پيگ ارزيابي مي گردد. واژه‌هاي كليدي: پيگ – پيگ راني -كنترل سرعت – اختلاف فشار – شير باي پس

1397/04/03

Design and manufacturing of speed control system of PIG

2/19/2021 12:00:00 AM

Abstract: Employment of oil and gas pipes is the most common and safest method for their delivery. However, after a while, the interiors of the pipes suffer from debris, corrosion, abrasion and fractures, which in turn reduce efficiency of the pipe. Thus, pigging is performed to remove debris, localize fractures and corrosions, and inspect pipe interiors. It also cleans pipe interiors and hence increases its efficiency. Furthermore, localization of fractures and corrosions results in suppression of their progress. Nevertheless, in order for pig to perform efficiently, it needs to move in a specific speed range. If moved in a higher or lower speed than the predetermined range, pig does not perform properly and pigging operation will not be correct. Since pigs commonly move due to an upstream pressure, their speed can be affected by factors such as friction, sediments, pipe’s slope and intersections. Therefore, possible increments or decrements in pig’s speed result in incomplete (or no) pigging in some parts of the pipe. Hence, a system is needed to monitor pig’s speed to avoid aforementioned problem. Such a system should be able to –when necessary– increase or decrease pig’s speed without damaging it, which in turn yields in raising pigging efficiency. Meanwhile, due to the low viscosity of gas in gas pipes, and thus pig speed control is more important. Otherwise, the rapid changes in pig speed and acceleration not only cause several damages on the pig, but also results in problematic pigging operation. In this thesis, first, pig’s movement in oil and gas pipes is dynamically investigated. Partial differential equations including mass, linear momentum and energy conservation equations and state equations are converted into normal differential equations using characteristic method. Then, a MATLAB code is employed solve equations for pig’s movement equations as well as equations concerning flow, in order to calculate boundary conditions in pig’s nose and tail in each time slot. Results are in good agreement with those obtained by Tan Tin Nguyen et al. on modelling and investigation of gas pipelines [9], which implies the validity of the proposed model for pig movements. After studying control systems, pig’s speed is controlled by a by-pass aperture as a valve placed in the middle of the pig. By opening (closing) the aperture, fluid flow is allowed (prevented), so the pressure difference between pig nose and tail is changed and hence its speed is controlled. A MATLAB code then models pig movement as a mid-pass flow, the results of which are in good agreement with those by Tan Tin Nguyen on pig control is natural gas pipelines with bypass flows [12]. Finally, an experimental setup is designed and fabricated to investigate the effects of the geometry of the by-pass valve on pressure changes in pig’s nose and tail. By changing flow levels and geometry of the valve, the patterns of the pressure changes in nose and tail, and hence the operation of pig speed controller is examined. Keywords: pig, pigging, speed control, pressure difference, bypass valve