multi-phase flow
در نشریات گروه مهندسی شیمی، نفت و پلیمر-
سیال تولیدی از چاه های نفت و گاز معمولا به صورت دوفازی بوده که با توجه به لزوم حداکثرسازی بازدهی جداسازهای دوفازی، دستیابی به طراحی دقیق ابعاد این جداسازها ضروری است. اما یکی از مشکلات اساسی کشور نبود یک روش طراحی دقیق ابعاد جداسازهای دوفازی صنعتی است. بنابراین یکی از مسایل مهم حال حاضر در صنعت نفت، دستیابی به روشی مطمین برای طراحی ابعاد جداسازهایی است که بهترین راندمان عملیاتی را در فرآیند جداسازی سیال تولیدی داشته باشند. در این پژوهش ابتدا مروری بر روش های طراحی کلاسیک جداسازهای دوفازی که بر مبنای روش های تیوری و نیمه تجربی استوار هستند، انجام شد. سپس به منظور بررسی آزمایشگاهی عملکرد جداسازهای دوفازی، پایلوت آزمایشگاهی جداساز طراحی شد. بنابراین یکی از مشکلات اصلی این حوزه یعنی نبود جداساز آزمایشگاهی مناسب جهت بررسی تجربی عملکرد جداساز دوفازی، برطرف شد و در حال حاضر امکان بررسی دقیق ابعاد جداساز دوفازی با استفاده از نتایج تجربی فراهم شد. با توجه به نتایج آزمایش های انجام شده در شرایط مختلف عملیاتی و مقایسه با طراحی کلاسیک، ضریب تصحیح (α) برای اصلاح روابط کلاسیک ارایه شد. در نهایت روش تحلیل ابعادی برای طراحی ابعاد جداساز دوفازی صنعتی با استفاده از نتایج آزمایشگاهی معرفی شد. به منظور اعتبارسنجی روش تحلیل ابعادی، ابعاد استاندارد برای جداسازی قطرات مایع بزرگتر از µm 750 از فاز گاز در سیال تولیدی یکی از چاه های میدان پارس جنوبی ارایه شد و با ابعاد جداساز واقعی مقایسه شد. لازم به ذکر است میزان خطای ابعاد جداساز طراحی شده در مقایسه با ابعاد جداساز واقعی کمتر از 4% بوده است.
کلید واژگان: طراحی کلاسیک، آنالیزابعادی، جداساز، جریان دوفازی، ضریب تصحیحThe fluid produced from oil and gas wells is usually two-phase, which due to the need to maximize the efficiency of two-phase separators, achieving accurate design of separator dimensions is essential. But one of the main problems in the country is the impossibility of accurate design of the dimensions of industrial two-phase separators. Therefore, one of the most important issues in the field of oil and gas industry is to achieve a reliable way to design the dimensions of separators that have the best operational efficiency in the process of separating the production fluid. In this study, a review of classical methods of designing two-phase separators based on theoretical and semi-experimental methods was performed. Then, in order to evaluate the two-phase separators in the laboratory, the laboratory pilot design of the separators was performed. Therefore, one of the main problems in this field, namely the lack of a suitable laboratory pilot to experimentally evaluate the performance of two-phase separators, was solved, and it was possible to determine the standard dimensions for accurate design of industrial separators. According to the results of experiments performed in different operating conditions and comparison with the classical design, a correction factor (α) was proposed to modify the classical relations. Finally, the dimensional analysis method was introduced to design the dimensions of the industrial separator using laboratory results. In order to validate the dimensional analysis method, standard dimensions for separating liquid droplets larger than 750μm in the produced fluid by one of the wells in South Pars field were presented and compared with the actual separator dimensions. It should be noted that the design error of industrial separator dimensions compared to the dimensions of separators used in industry, has been less than 4 percent.
Keywords: Classical design, Dimensional Analysis, Separator, Multi-phase Flow, Correction Factor -
جداکننده های چندفازی گرانشی یکی از مهمترین تجهیزات برای جدایش فازهای با ارزش در صنایع مختلف به شمار می روند. به دلیل ضعف های مربوط به مدل های نیمه تجربی و هزینه های بالای انجام آزمایش برای یافتن طراحی بهینه برای این جداکننده ها، استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) رو به گسترش است. در این تحقیق پس از مرور کلی جداکننده های گرانشی به بررسی مروری بر کارهای انجام شده با استفاده از CFD برای انتخاب مدل مناسب در طراحی و بهینه سازی جداکننده ها،پرداخته شده است. نتایج نشا ن می دهد که اگرچه استفاده از CFD یک روش قدرتمند برای مدل سازی و بهبود طراحی جداکننده است ولی کاستی های آن همچون استفاده از مدل نادرست، فرضیات ساده کننده و روش بهینه سازی نامناسب، منجربه نبود دقت کافی در نتایج شبیه سازیو بهینه سازی شده است که باید در کارهای آینده بررسی شوند.
کلید واژگان: جداکننده گرانشی، شبیه سازی، دینامیک سیالات محاسباتی، جریان چندفازیGravity multiphase separators are one of the most important equipment in different industries. Due to the limitations related to semi-empirical models and the high-performance cost of experimental tests in finding the optimized design, computational fluid dynamics (CFD) has been widely used recently. In this research, after a total review on gravity separators, a review of CFD studies on these apparatuses, to find the appropriate model for simulation and optimization, are considered. Results show that, although CFD is a powerful technique for modeling and improving the separator design, some disadvantages like using incorrect models, simplified assumptions and inappropriate optimization methods lead to inaccurate simulation and optimization results, which should be considered in future works.
Keywords: Gravity Separator, Simulation, Computational Fluid Dynamics, Multi-Phase Flow -
جداکننده های سه فازی برای جدایش فازهای غیر قابل امتزاج در صنایع نفتی مورد استفاده قرار می گیرند. شبیه سازی این جداکننده های صنعتی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی در مراجع بسیار محدود بوده و اکثر کارهای انجام شده مربوط به شبیه سازی با استفاده از دیدگاه اولر-اولر یا اولر-الگرانژ با تطابق ضعیف بین نتایج مربوط به شبیه سازی و داده های صنعتی بوده است . در این کار یک مدل که ترکیبی از دو مدل حجم سیال FOV و مدل فاز ناپیوسته MPD که ترکیب دو دیدگاه اولر-اولر و اولر-الگرانژ بوده، برای شبیه سازی یک جداکننده سه فاز صنعتی دارای بوت توسعه داده شده است. الزم به ذکر است که با وجود کاربرد گسترده جداکننده های دارای بوت در صنایع نفتی، تا کنون هیچ پژوهشی روی این نوع از جداساز ها انجام نشده است .به منظور توسعه این مدل ترکیبی در این کار، اثر زیر مدل های مختلف شامل نیروی جرم مجازی، شکست قطرات و مدل گام تصادفی WRD که در اکثر شبیه سازی ها از آن صرف نظر شده، مورد بررسی قرار گرفته است. میزان جرم قطرات در گاز خروجی از داده های مربوط به جداکننده موجود در شرکت پتروشیمی برزویه واقع در جنوب ایران به عنوان معیاری برای ارزیابی مدل مورد نظر، مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج نشان داد که مدل ترکیبی مورد نظر با در نظر گرفتن هر سه زیر مدل و تاثیر باالی زیرمدل WRD یک مدل موفق در تخمین بازده جداکننده بوده است، به طوری که با استفاده از زیر مدل ها خطای نتایج شبیه سازی از 81/40 % به 9/12 %کاهش پیدا کرده است. در این کار همچنین با استفاده از مدل اعتبار سنجی شده به بررسی اثر اندازه قطرات و دبی ورودی روی عملکرد جدا کننده پرداخته شده است. نتایج نشان دادند که کاهش اندازه قطرات به اندازه 02 %و افزایش دبی hr/6475kg- 5800 باعث کاهش راندمان جداساز شده است به طوری که میزان جرم قطرات مایع در گاز خروجی به ترتیب به اندازه 29 %و 38 %افزایش یافته است.
کلید واژگان: دینامیک سیالات محاسباتی، جریان چند فازی، شبیه سازی، جداکننده سه فاز دارای بوت، مدل گام تصادفیThree-phase separators are used to separate immiscible phases in petroleum industries. Computational fluid dynamics (CFD) simulation of industrial separators are rather limited in the literature and most of them are based on Eulerian-Eulerian (E-E) or Eulerian-Lagrangian (E-L) approaches with poor agreement between simulation and industrial data. In this research a coupled E-E and E-L method, i.e., the combination of the volume of fluid (VOF) and dispersed phase model (DPM) was developed to simulate an industrial three phase boot separator. Noted that despite the wide usage of boot separators in petroleum industry, no research has been performed on it. In order to develop the coupled model, effects of different sub-models including virtual mass force, droplet break up and also discrete random walk (DRW) model which was ignored in most of the researches, were considered. Liquid droplet entrainment in the gas outlet taken from data of Borzoyeh Petrochemical Company in the south of Iran, was the criteria for evaluating the CFD model. It is concluded that the coupled model using three mentioned sub-models with the high importance of applying DRW, is a successful way in predicting the separator efficiency so that considering all sub-models decreases the simulation error from 40.81% to 12.9%. Using the validated model, effects of inlet droplet size and flow rate on the separation performance were considered. Results demonstrated that decreasing droplet size (by 20%) and increasing flow rate (from 5800-6475 kg/hr), decreased the efficiency, such that the liquid entrainment in the gas outlet increased by 29% and 38 % respectively
Keywords: Computational fluid dynamics, Multi-phase flow, simulation, Three phase bootseparator, Discrete random walk model -
جریان سنج چندفازی برای اندازه گیری جریان همزمان دو یا چندفاز، بدون نیاز به جداکردن فازها طراحی شد. جریان سنج باید به اندازه کافی برای کاربرد مورد نظر دقیق باشد. باید بتواند مشخصات را به طور دقیق در سرتاسر محدوده کسر جزیی هر فاز اندازه گیری کند و مستقل از رژیم جریان باشد. عامل های مختلفی در انتخاب یک جریان سنج چندفازی تاثیرگذار است، همچنین رویه های مختلفی برای اندازه گیری جریان های چندفازی وجود دارد. در این مطالعه، بررسی جامعی در ارتباط با فناوری های اندازه گیری جریان چندفازی در صنعت نفت ارایه شده و اساس روش های مختلف اندازه گیری مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین به بررسی مزایا، ملزومات و محدودیت های هریک از جریان سنج ها در صنعت نفت پرداخته شده و در نهایت، اطلاعاتی در مورد پیشرفت های اخیر در این زمینه دراختیار محققین قرار گرفته است.
کلید واژگان: جریان چند فازی، اندازه گیری، جریان سنج، صنعت نفتA multiphase flow meter is designed to measure the flow rate of two or more phases without phaseseparation.The flow meter must be accurate enough for the desired application. It must be capable to measure the specifications throughout phase fraction of each phase, independent of the flow regime. Various factors are effective on selection of the flowmeter. Moreover, various procedures are present for measurement of multi-phase flows. In this study, a comprehensive review has been implemented on various technologies in multi-phase flowmeasurement in oil industry and the basis of various measurement techniques has been investigated. The advantages, requirements, and constraints of each technology have been reviewed. Finally,the recent advances in this field have been provided for the researchers.
Keywords: Multi-Phase Flow, Measurement, Flow Meter, Oil Industry
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.