فهرست مطالب

  • Volume:6 Issue: 1, 2020
  • تاریخ انتشار: 1399/02/02
  • تعداد عناوین: 6
|
  • امیرحسین یزدانی نیا، علی وطنی*، مرضیه زارع، مژگان عباسی صفحات 4-68

    در این پژوهش، یک چرخه انبساطی نیتروژن بسته Niche با استفاده از نرم افزار 4.V8 HYSYS Aspen شبیه سازی گردیده است. به منظور ارزیابی فرآیند مذکور از تحلیل های انرژی و اکسرژی استفاده شده است. نتایج حاصل از تحلیل انرژی نشان داد که میزان توان ویژه مصرفی این فرآیند برابر LNG kg/kWh 68/0 میباشد. نتایج حاصل از تحلیل اکسرژی نیز نشان داد که راندمان اکسرژی فرآیند LNG Niche برابر ٪51/35 است. نتیجه حاصل از این دو تحلیل تعامل بین توان ویژه مصرفی و راندمان اکسرژی بود. عالوه بر این، باالترین مقدار راندمان و اتالف اکسرژی، به ترتیب متعلق به کمپرسور C3 و توربین گازی E1 است. همچنین میتوان گفت این فرآیند برای واحدهای مقیاس کوچک LNG میتواند گزینه مناسبی است.

    کلیدواژگان: چرخه انبساطی نیتروژن بسته، تحلیل اکسرژی، توان ویژه مصرفی، گاز طبیعی مایع LNG
  • بیژن حجازی*، فتح الله فرهادی صفحات 14-69

    این مقاله امکان سنجی اقتصادی تولید برق پراکنده از بازیافت اکسرژی جریان گاز طبیعی تحت فشار از طریق نصب توربین انبساطی به موازات شیر فشار شکن در ایستگاه تقلیل فشار شهری را مورد مطالعه قرار می دهد. احتیاجات پیش گرمایشی مورد نیاز برای جلوگیری از تشکیل هیدرات بر اثر افت فشار توسط احتراق کسر کوچکی از جریان گاز طبیعی خروجی تامین می گردد. به عنوان مطالعه موردی، شبیه سازی ایستگاه دروازه شهری شماره 2 شهر تهران بیانگر اتالف اکسرژی بیش از 5/36 میلیون کیلووات ساعت در سال توسط شیرهای فشار شکن موجود است. آنالیزهای ترمودینامیکی و اقتصادی، شرایط عملیاتی بهینه برای تولید برق توسط توربین انبساطی را بدست می دهند. بهینه سازی دمای پیش گرمایش منجر به بیش از 06 درصد بازیافت اکسرژی، هزینه برق تولیدی کمتر از 04.0 دالر بر کیلووات ساعت و زمان بازگشت سرمایه حدود 4 سال می گردد. از نتایج شبیه سازی ها می توان برای طراحی سیستم کنترل خودکار دمای پیش گرمایش به منظور بهینه سازی بازیافت اکسرژی توسط توربین انبساطی تحت شرایط عملیاتی متغیر ایستگاه تقلیل فشار گاز استفاده نمود.

    کلیدواژگان: گاز طبیعی، ایستگاه تقلیل فشار، توربین انبساطی، شبیه سازی فرایند
  • زهره خلیفات، مرتضی زیودار*، رهبر رحیمی صفحات 30-70

    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.

    کلیدواژگان: دینامیک سیالات محاسباتی، جریان چند فازی، شبیه سازی، جداکننده سه فاز دارای بوت، مدل گام تصادفی
  • حسن میرزابزرگی*، علیرضا سلطانی صفحات 51-72

    تقاضا برای سوخت های فسیلی مانند گاز طبیعی، نفت و دیگر محصوالت هیدروکربنی در دهه های اخیر افزایش یافته است. پاسخ گویی به این تقاضا در دوره اوج مصرف، اهمیت ذخیره سازی منابع انرژی را در دوره تولید نشان می دهد. در ارتباط با این موضوع، ذخیره کردن گاز در حفره های نمکی روش مناسبی است. برای توصیف رفتار مکانیکی یک سنگ نمک عادی بر اثر پدیده خزش، مدل ساختاری خزش تغییرشکل دارای چند مکانیزم MD در نرم افزار اجزا محدود ANSYS با استفاده از یک روتین Fortran گنجانده شد. جهت بررسی اثر خزش بر پاسخ سازه ای و کاهش حجم یک حفره نمکی، تحلیل خزش ضمنی تحت بارهای چرخه ای انجام شد. نتایج نشان می دهد که اعمال بارهای فشاری سربار به کاهش حجم کمتری در حفره نمکی می انجامد، در حالی که قراردادن خود الیه سربار بر الیه نمک بجای فشار سربار، کاهش حجم کمتری را در پی دارد. نهایتا، با استفاده از المان تماس بین الیه سربار و الیه نمک کاهش حجم، کمتر هم خواهد بود

    کلیدواژگان: حفره نمکی، مدل خزش MD، سنگ نمک، خزش ضمنی، کاهش حجم، بارگذاری چرخه ای
  • میثم نجفی ارشادی، مهدی اسکندرزاده*، علی کالکی صفحات 60-73

    هدف از فعالیت های بازرسی فنی اطمینان از کارکرد اجزاء در شرایط ایمن است. در حال حاضر، رویکرد اصلی در بخش بازرسی فنی حرکت به سمت راهبردهای بازرسی با صرفه اقتصادی و نیز قابلیت اطمینان باال است. بازرسی بر مبنای ریسک RBI فرایند ایجاد برنامه بازرسی بر اساس دانشی است که از ریسک خرابی تجهیز بدست می آید. بطور کلی روش RBI مبتنی بر ترکیب دو عنصر احتمال خرابی در نتیجه آسیب، کاهش کارایی و یا تخریب تجهیز و پیامدهای چنین خرابی ها است. RBI به افزایش ایمنی واحد و کارخانه کمک کرده، هزینه ها را کاهش و حفاظت از محیط زیست را بهبود می بخشد. هم اکنون روش RBI به عنوان بخش مرکزی بسیاری از استراتژی های بازرسی در صنعت نفت و گاز ارزیابی می شود. با این حال، استفاده از RBI در اجزای غیر فلزی کمتر مورد مطالعه قرار گرفته شده است. لذا در این مقاله، به ارزیابی ریسک اجزای GRP/GRE پرداخته شده است. اجزای کامپوزیتی به طور گسترده در سیستم های انتقال و ذخیره آب شامل پساب ، فاضالب و آب شستشو استفاده می شود. در این پژوهش، مکانیزم های مختلف خرابی در اجزای کامپوزیتی مورد بحث قرار گرفته شد. نتایج ارزیابی TEM نشان داد که اجزای کامپوزیتی این مطالعه بایستی در سال دوم پس از شروع بهره برداری مورد بازرسی قرار گیرند. از آنجا که بر اساس ارزیابی صورت پذیرفته متوسط ریسک کلی اجزا کم است، بنابراین بازرسی چشمی برای دوره های سه الی پنج ساله برای لوله ها و مخازن غیر فلزی این کار پیشنهاد شده است.

    کلیدواژگان: بازرسی فنی، مخازن GRP، GRE، بازرسی بر مبنای ریسک، خوردگی
|
  • AmirHosein Yazdaninia, Ali Vatani*, Marzieh Zare, Mojgan Abbasi Pages 4-68

    In this study a closed nitrogen expansion cycle (Niche) has been simulated with Aspen HYSYS V8.4. Energy and exergy analysis were applied to evaluate the process. Results of energy analysis indicated that specific power consumption of this process is 0.68 kWh/kg LNG. The results of exergy analysis showed that exergy efficiency of Niche LNG is 35.51%. It is concluded there is an interaction between specific power consumption and exergetic efficiency. Moreover, the highest value of exergetic efficiency and irrevsibility belong to compressor (C3) and gas turbine (E1). Moreover, this process can be suitable for mini-scale LNG plants.

    Keywords: Closed nitrogen expansion Cycle, Exergy Analysis, Specific power consumption, LNG
  • Bijan Hejazi*, Fatollah Farhadi Pages 14-69

    This paper investigates the economic feasibility of installing a turboexpander in parallel with the throttling valve of a city gate station for the purpose of distributed electricity generation through exergy recovery from pressurized natural gas. The preheating requirements for preventing hydrate formation due to pressure reduction are provided by the combustion of a small fraction of the outlet natural gas stream. As a case study, the simulation of Tehran No.2 City Gate Station demonstrates an exergy loss of more than 36.5 million kWh per year for the present throttling valves. Thermoeconomic analyses gives the optimum operating conditions for electricity generation through a turboexpander. Optimization of preheating temperature leads to an exergy recovery of >60%, cost to generate electricity of <$0.04/kWh, and discounted payback period of around ~4 years. Simulation results can be used for designing an automatic preheating temperature control system to optimize exergy recovery via turboexpander under the variable operating conditions of a pressure reduction station.

    Keywords: Natural gas, Pressure reduction station, Turboexpander, Process simulation
  • zohreh khalifat, Mortaza Zivdar*, Rahbar Rahimi Pages 30-70

    Three-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
  • Tayebeh Khosravi* Pages 43-71

    In this research, statistically based experimental design (central composite design, CCD) was applied to analyze and optimize the effect of PEG-ran-PPG (10–50 wt%) as a blending polymer and CuBTC (0–20 wt%) which is a metal organic framework (MOF) as a nano filler on the CO2 permeance and CO2 /CH4 ideal selectivity of Pebax MH 1657/polysulfone thin film composite membrane. In fact, the beneficial properties of polymer blending and mixed matrix membranes (MMMs) have been combined. Based on the regression coefficients of the obtained models, the CO2 permeance was notably influenced by PEG-ran-PPG mass content, while the mass content of CuBTC has the most significant effect on the CO2 /CH4 ideal selectivity. Experimental and statistical results showed that under the optimum conditions (PEG-ran-PPG: 32.76 wt% and CuBTC: 20 wt%), nearly 620% increase in the CO2 permeance and 43% enhancement in the CO2/CH4 ideal selectivity was observed compared to the neat Pebax membranes.

    Keywords: CO2 separation, Pebax, Composite membrane, Central composite design
  • alireza soltani, Hassan Mirzabozorg* Pages 51-72

    The demands for fossil fuels such as natural gas, oil and other hydrocarbon products have been raised in recent decades. Supplying these demands during peak period highlights the importance of storing energy resources during the production. Concerning this issue, storing gas in salt caverns is a suitable method. To describe the mechanical behavior of a typical rock salt due to creep phenomenon, the Multi-mechanism Deformation (MD) creep constitutive model is implemented into the Ansys finite element package using a Fortran routine. To investigate the creep effect on the structural response and volume shrinkage of a salt cavern, an implicit creep analysis is conducted under cyclic loads. The results reveal that applying the overburden pressure leads to a more volume shrinkage of the cavern, while placing overburden layer itself over the salt layer instead of the overburden pressure results in the lower volume shrinkage. Finally, using the contact element between the overburden layer and the salt layer, the volume shrinkage will decrease even further.

    Keywords: Salt cavern, MD creep model, Rock salt, Implicit creep, Volume loss, Cyclic loading
  • Meysam Najafi Ershadi, Mehdi Eskandarzade*, Ali Kalaki Pages 60-73

    The aim of technical inspection activities is to ensure all components are working in a safe condition. Approaches in technical inspection turn to cost effective and much reliable strategies such as inspections based on the level of the risk of the components. Risk based inspection (RBI) is the process of developing a scheme of inspection based on knowledge of the risk of failure. RBI procedure is the combination of an assessment of the probability of failure due to flaws damage, deterioration or degradation in conjunction with an assessment of the consequences of such failures. RBI helps to increase the safety of the processing unit, reduce the costs, and improve environmental protection. Now the RBI procedure is the core of many inspection strategies in the oil and gas industry. However, the application of RBI in non-metallic components is rarely studied. In this paper, the risk assessment of the GRE/GRP components is investigated. Composite components are extensively using in water (includes deposit water, waste water, and wash water) systems. Through this study, different failure mechanisms in composite components are discussed. The results of RBI method indicated that composite components should be inspected within the second year after the start of the service. Because of the low and medium overall risk of the components, a visual inspection shall be performed in three/five years’ duration for non-metallic piping and tanks.

    Keywords: Technical inspection, GRE, GRP tanks, Risk based inspection, Corrosion