25736

شبيه سازي سايكلون تيوب و اسكرابر ايستگاه هاي تقويت فشار گاز

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي گرايش طراحي فرايندها

1397

1400/06/29

دكتر سيدحسن هاشم آبادي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

در اين پژوهش عملكرد مجموعه سايكلون تيوب‌هاي فيلتر اسكرابر كه در ايستگاه‌هاي تقويت فشار گاز براي پاك‌سازي گاز طبيعي از ذرات پودر سياه به كار مي‌رود، به روش شبيه‌سازي CFD در دو مرحله شبيه‌سازي جريان گاز در اسكرابر و جريان دوفازي گاز-جامد در سايكلون تيوب مورد بررسي قرار گرفته است. براي شبيه‌سازي جريان مغشوش گاز در اسكرابر از مدل k-omega و به صورت تك فازي و براي شبيه‌سازي جريان مغشوش گاز در سايكلون تيوب از مدل RSM و در شبيه‌سازي جريان دوفازي گاز_جامد از مدل برهمكنش بين دوفازي اولرين-لاگرانژين استفاده شده است. نتايج شبيه‌سازي گاز در اسكرابر نشان مي‌دهد كه جريان به صورت متقارن و يكسان بين سايكلون تيوب‌ها توزيع نمي‌شود كه در اثر اين موضوع برخي سايكلون تيوب‌ها با بار اضافي و برخي با بار كم كار مي‌كردند و در پي آن راندمان جداسازي اسكرابر كاهش مي‌يابد. براي رفع اين مشكل به بررسي اثر چيدمان سايكلون تيوب‌ها در مجموعه سايكلون تيوب‌ها پرداخته شد. جهت پيدا كردن چيدمان بهينه شش طرح ارائه و با طرح موجود در صنعت مقايسه شد، جهت مقايسه طرح‌ها عدد بي‌بعد كيفيت توزيع جريان در اسكرابر تعريف شد. پس از انتخاب طرح بهينه با بيشترين عدد بي‌بعد كيفيت توزيع جريان در اسكرابر، شبيه‌سازي سه بعد طرح بهينه و طرح موجود در صنعت جهت برآورد دقيق سرعت ورودي گاز به هر سايكلون تيوب در شرايط عملياتي اسكرابر موجود در صنعت انجام شد، نتايج حاصل نشان مي‌دهد كه با تغيير چيدمان سايكلون تيوب‌ها سرعت متوسط مجموعه سايكلون تيوب‌ها در طرح بهينه 24درصد، و يكنواختي سرعت ورود به سايكلون تيوب‌‌ها7/52 درصد بهبود يافته است. پس از شبيه‌سازي جريان گاز در اسكرابر، شبيه‌سازي يك سايكلون تيوب‌ به نمايندگي مجموعه سايكلون تيوب‌ها با ابعاد موجود در صنعت در سرعت‌هاي متوسط محاسبه شده براي مجموعه سايكلون تيوب‌‌ها در شبيه‌سازي جريان گاز در اسكرابر انجام شده است. براي صحت سنجي، نتايج حاصل از شبيه‌سازي با نتايج آزمايشگاهي كار ژائو و روابط تجربي مقايسه شده و نتايج با خطاي به ترتيب 4/3 و6/8 درصد به دست آمده است. نتايج حاصل نشان مي‌دهد كه جداسازي تك سايكلون تيوب‌ در سرعت متوسط طرح بهينه در ذرات يك و دو ميكرون نسبت به طرح موجود در صنعت، بهبود يافته و افت فشار با افزايش سرعت، افزايش يافته است. به منظور بررسي اثر هندسه سايكلون تيوب‌ به بررسي اثر ارتفاع و تعداد ورودي‌ها‌ پرداخته شده، نتايج نشان مي‌دهد كه با كاهش ارتفاع ورودي از 50ميلي‌متر به 30ميلي‌متر و افزايش تعداد ورودي‌ها عملكرد سايكلون تيوب‌ بهبود مي‌يابد.

1400/09/22

cfd simulstion of cyclone tubes and scrubber of gas compressor stations

9/20/2022 12:00:00 AM

In this study, the performance of a set of scrubber filter cyclones used in gas pressure boosting stations to purify natural gas from black powder particles was investigated by CFD simulation in two stages simulation of gas flow in scrubber and two-phase solid-gas flow in cyclone. To simulate the turbulent gas flow in the scrubber, the k-omega model is used in single-phase, and to simulate the turbulent gas flow in the cyclone, the RSM model is used, and in the two-phase solid-gas flow simulation, the Olerin-Lagrangian biphasic model is used. The simulated results in the scrubber showed that the current is not distributed symmetrically and evenly between the cyclones, so you feel some cyclones with extra load and some low load, followed by reduced scrubber separation efficiency. To solve this problem, the effect of the arrangement of cyclones in the set of cyclones was investigated. six designs were presented to find the optimal arrangement and compared with the existing design in the industry. To compare the designs, the dimensionless number of flow distribution quality in the scrubber was defined. After selecting the optimal design with the highest number of flow quality distribution in the scrubber, three-dimensional simulation of the optimal design and the existing design in the industry to accurately estimate the gas inlet speed per cyclone in the scrubber conditions in the industry was performed. The mesh density, the results show that by changing the cyclone arrangement, the average velocity of the set of cyclones in the optimal design has increased by 24%, and the uniformity of the entry speed of the cyclones has increased by 52.7%. After simulating the gas flow in the scrubber, the simulation of a cyclone representing a set of cyclones with dimensions existing in the industry at medium speeds calculated for the set of cyclones in simulating the gas flow in the scrubber has been performed. For validation, the simulation results were compared with the laboratory results of Zhao's work and experimental relationships, and the results were obtained with an error of 3.4% and 8.6%, respectively. After examining the independence of the results from the mesh density, the results show that the separation of a single cyclone at the average velocity of the optimal design in particles of one and two microns compared to the existing design in the industry has improved and the pressure drop has increased with increasing speed. In order to study the effect of cyclone geometry, the effect of height and number of inputs has been investigated. The results show that by decreasing the inlet height from 50 mm to 30 mm and increasing the number of inputs, the cyclone performance improves.

: فيلتر اسكرابر , شبيه‌سازي CFD , چيدمان سايكلون تيوب‌‌ها , ،سايكلون تيوب‌ , بازدهي , افت فشار

Scrubber filter , CFD simulation , Arrangement of cyclones , Cyclone , Pressure drop , Efficiency