تعداد صفحات : 100 فرمت فایل: word(قابل ویرایش)
توضیح قسمتی از این متن:
مقدمه
استفاده از سوختهای هیدرکربوری به عنوان یک سوخت مناسب در صنایع مختلف نفت،گاز وپتروشیمی،در طی دهه های اخیر بشدت گسترش یافته است. به منظور استفاده هر چه بهتر ازاین سوخت در صنایع مرتبط، لازم است نفت وگاز تولیدی از مخازن هیدروکربوری از طریق خط لوله به اندازه وفواصل متنوعی انتقال داده شوند. بهرحال در بیشتر مواقع بعلت عوامل مختلف از جمله تغییر رفتارهای فازی مخلوط هیدروکربوری تک فازی که با تغییرات اجتناب ناپذیر دما وفشار در طول خط لوله انتقال جریان همراه شده است،خط لوله مذکور در معرض انتقال جریان دو فازی نفت وگاز قرار می گیرد.ذکر این نکته دراینجا ضروری است که بهره برداری از اکثر منابع هیدروکربوری نیز ، اغلب نیازمند انتقال جریانهای دو فازی نفت و گاز می باشد زیرا اکثر این منابع در مناطقی قرار دارند که نصب یک سیستم جدا کننده با کارایی بالا و استفاده از دو خط لوله جداگانه جهت انتقال فازهای نفت وگاز، عملی و یا از لحاظ اقتصادی مقرون بصرفه نمی باشد.با در نظر گرفتن مسائل عملیاتی فوق الذکر از یک سو و جنبه های اقتصادی از سوی دیگر ،انتقال همزمان نفت و گاز توسط یک خط لوله ،از موضوعات مهم مطرح در طی دهه های اخیر می باشد.
همچنین افت فشار در خطوط لوله گاز که در نتیجه عامل اصطحکاک در حالت طبیعی و ایجاد میعانات گازی(Gas condensate) وآب و هیدراتهای گازی(Gas Hydrate) اهمیت بسزایی در میزان انتقال گاز داراست.
گاز انتقالی از مسجدسلیمان به مجتمع پتروشیمی رازی حاوی حدود 24% سولفید هیدروژن 66% متان با دبی حجمی حدود 170 MMSCFD در لوله ای به طول 174.2Km وقطر20inch جریان دارد.این گاز قبلاً درواحد جذب آب مسجدسلیمان آب گیری شده است.یکی از اساسی ترین مشکلات پیش روی فرآوری و انتقال گاز به مجتمع رازی تشکیل هیدرات گازی یا (Gas Hydrate) می باشد،که گاهاً در زمستان مسیر گاز اصطلاحاً Plug شده وباعث shut down در تولید محصولات شده است.
یکی از اهداف این تحقیق پیش بینی رفتار گاز جاری در خط لوله می باشد.ابتدا با دریافت داده ها در مورد ترکیب درصد اجزا از شرکت ملی نفت ایران که متولی استحصال گاز از مخازن ژوراسیک مسجدسلیمان می باشد(که البته به خاطر جدا بودن سازمان نفت از پتروشیمی به سختی صورت گرفت).
به جستجو در منابع و مقالات مختلف پرداخته شد. در نتیجه نرم افزارهای مهمی که درایران موجود نبودند در بالا ذکر شدند ودر بالا ذکر شدند بدست آمد که با استفاده از آنها شرایط گاز از نظر افت فشار و تشکیل هیدرات ومیزان میعانات بررسی شدند.
1-1- یکی از پارامترهای مهم در طراحی خطوط لوله انتقال جریانهای چند فازی،تعیین تعداد فازهای موجود در سیستم ،هنگام فرآیند انتقال و توزیع جریان،می باشد.برای این منظور قبل از پرداختن به مفاهیم بنیادی مورد استفاده در طراحی خطوط لوله جریانهای چند فازی ،ابتدا رفتار فازی سیالات چند فازی مورد بحث وبررسی قرار می گیرد.
برای بررسی و توصیف رفتار فازی سیالات چند فازی،نیاز به درک صحیح ودقیق نمودارهای فازی ترکیبات هیدروکربوری (سیستم های چند جزئی) می باشد بطرویکه نتایج نادرست حاصل از پیش بینی غیر صحیح رفتار فازی سیالات چند فازی،منجر به طراحی غیر قابل قبول سیستم های انتقال،جداسازی و سایر عملیات جریانهای چند فازی می شود.
فصل اول
1-2- نمودار فازی مخلوطهای هیدروکربوری
باتوجه به اینکه وضعیت سیستم جند جزئی علاوه بر مشخص شدن متغیرهای دما وفشار به ماهیت اجزای تشکیل دهنده و غلظت هر یک از اجزای سیستم بستگی دارد، لذا توضیح و نمایش رفتار فازی سیستم های هیدروکربوری چند جزئی،بسیار مشکل تر از سیستم های تک جزئی است.
رفتار نمونه یک سیستم هیدروکربوری چند جزئی در شکل(1-1) نشان داده شده است.با توجه به شکل مذکور،تعاریف زیر را می توان در توصیف نمودارهای فازی سیستم های هیدروکربوری چند جزئی، ارائه نمود:
فشار بحرانی میعان: حداکثر فشاری است که تحت آن، مایع می تواند وجود داشته باشد (نقطه N).
دمای بحرانی میعان:حداکثر دمایی که تحت آن،مایع وبخار در حالت تعادل با یکدیگر می توانند وجود داشته باشند(نقطه M).
ناحیه معکوس:ناحیه ای است که برخلاف انتظار معمول ،با کاهش فشار،درصد مایع افزایش یافته ودرصد بخار کاهش می یابد که به آن ناحیه معکوش میعانی گفته می شوند. همچنین با کاهش دما ،درصد بحار افزایش یافته ودر صد مایع نیز کاهش می یابد که به آن ،ناحیه تبخیر معکوس می شود.
خطوط کیفیت:خطوط نمایش در صد مایع و بخار که به موازات منحنی های شبنم و جوش بوده ودر نقطه بحرانی به هم می رسند، خطوط کیفیت نامیده می شوند.
***
همانطوریکه از شکل(1-1) ملاحظه می شود ،نقطه A بیانگر سیال تک فازی در خارج حلقه فازی می باشد که با کاهش فشار به نقطه B ،سیال شروع به مایع شدن می کند .با کاهش بیشتر فشار در نتیجه تغییر شیب خطوط کیفیت،مایع بیشتری بوجود می آید. با ادامه این فرآیند و خارج شدن از ناحیه معکوس ،ایجاد مایع،بتدریج کاهش می یابد تا آنجا که به نقطه شبنم (نقطه E) می رسد وپایین تر از آن نقطه،دیگر مایعی وجود نخواهد داشت.
معمولاً برای سیستمهای چند جزئی ،متغیری دیگری بنام ترکیب سازنده به نمودار فازی اضافه می شود بطوریکه محل قرار گرفتن خطوط کیفیت در نمودار فازی،بستگی به ترکیب سازنده خواهد داشت. باید توجه داشت که تعریف نقطه بحرانی یک سیستم تک جزئی بصورت دمایی که بالاتر از آن نمی توان سیستم را مایع کرد،برای سیستم چند جزئی قابل تعمیم نمی باشد.طبق تعریف،نقطه بحرانی یک سیستم چند جزئی ،در نقطه بحرانی ،تشخیص دو فاز از یکدیگر غیر ممکن است.
موقعیت نقطه بحرانی،روی منحنی تغییرات فشار بر حسب دما،تابع نوع و غلظت مولکولهای سیستم می باشد.(شکل 1-2) محدوده حرکت نقطه بحرانی بر روی نمودار فازی فشار-دما را برای اغلب سیستم های هیدروکربوری نشان می دهد.از لحاظ تئوری ،نقطه بحرانی می تواند بین نقاط A تاD قرار گیرد.
***
اهمیت تعیین محل صحیح نقطه بحرانی به این دلیل است که موقعیت آن نقطه مشخص کننده شکل خطوط کیفیت ونسبت بخار- مایع در فشار و دمای موجود در داخل حلقه های فازی می باشد. همانطوریکه در شکل (1-2) مشاهده میشود اگر نقطه بحرانی در سمت راست نقطه M واقع شود در آن صورت ،دو ناحیه معکوس متمایز از یکدیگر وجود خواهند داشت.
درعمل،تعیین دقیق نقطه بحرانی بسیار مشکل است.لیکن با استفاده از روشهای جدید پیش بینی خواص ترمودینامیکی، می توان موقعیت واقعی نقطه بحرانی یک سیستم هیدروکربوری چند جزئی را با تقریب مناسب تعیین نمود.
1-3- متغیرهای مورد استفاده در جریانهای دو فازی
برای انجام محاسبات دقیق طراحی و بهینه سازی شرایط کارکرد خطوط انتقال جریانهای دو فازی، بیان صحیح مفاهیم و معادلات اساسی جریانهای دو فازی، بسیار ضروری است.در این فصل به توضیح دقیق هر یک از موارد مذکور پرداخته می شود.
1-3-1- لغزش
معمولاً هنگامی که مخلوط نفت وگاز درون یک خط لوله جریان می یابند،فاز گاز به علت جرم ویژه و گرانروی پایین تر نسبت به فاز مایع ،با سرعت بیشتری حرکت خواهد نمود. لغزش در اصلاح جریان دو فازی به عقب ماندگی و یا کندی سرعت حرکت فاز مایع نسبت به فاز گاز اطلاق می شود. مفهوم جریان دو فازی بدون لغزش هنگامی بکار می رود که در تمام نقاط مقطع لوله ،فازهای مایع وگاز با سرعت یکسان حرکت کرده و هیچ کندی وعقب ماندگی بین فازها،وجود نداشته باشد.
تحقیقات انجام شده توسط Orikiszewski (1996) نشان داد که عوامل زیر تا حد زیادی در ایجاد لغزش بین فازهای موجود درون خطوط لوله انتقال جریانهای دو فازی،موثر می باشند:
الف- مقاومت حاصل از اصطکاک در مقابل جریان یافتن و یا افت انرژی برگشت ناپذیردر جهت جریان برای فازگاز نسبت به فاز مایع بمراتب کمتر بوده واین امر باعث می شود که در جریان دو فازی،فاز گاز انتقال پذیری بیشتری نسبت به فاز مایع،حتی در غیاب اثرات نیروهای شناوری قوی داشته باشد.
ب – اختلاف زیاد بیت تراکم پذیری فازهای گاز ومایع باعث می شود که فاز گاز،منبسط شده ودر سرعتهای بالاتری حرکت نموده وبر روی فاز مایع بلغزد.این حالت زمانی اتفاق می افتد که فشار سیال در جهت جریان،کاهش یابد.
ج- لغزش بین فازهای مایع وگاز بوسیله اختلاف در نیروهای شناوری عمل کننده روی آن فازها،ترویج داده می شود بطوریکه در یک مایع واسطه ساکن،فاز سبکتر تمایل به بالا آمدن با سرعتی متناسب با اختلاف جرمهای ویژه دو فاز دارد.
باید توجه داشت که بنیان اغلب تئوریها و روابط موجود در جریانهای دو فازی بر مبنای در نظر گرفتن پدیده لغزش بین فازها بوده ولیکن بعضی ازاین روابط نیز بر مبنای در نظر گرفتن فرضیه عدم وجود لغزش بین فازها (مدل جریان همگن) توسعه یافته اند.
1-3-2- اثر لغزش در ترکیب درصد جریان دو فازی
تحقیقات انجام شده توسط Gould (1975) ، نشان داد که تر کیب درصد و مقدار جریان دو فازی ورودی به خط لوله با مقدار جریان در هر نقطه دیگر از همان خط لوله ،دراثرلغزش بین فازها،تفاوت دارد.وی همچنین نتیجه گرفت که ترکیب مایع موجود به علت لغزش ،با ترکیب مایع بدون لغزش برابر می باشد. بطوریکه تحت شرایط تعادل بین فازها ،موازنه مولی برای هر جزء در هر نقطه از خط لوله،بصورت زیر نوشته می شود:
ZiF=xiLn + xiLs + yiV (1-1)
شایان ذکر است که مقدار خوراک در داخل خط لوله،بدلیل وجود مایع حاصل از لغزش ،بیشتر از مقدار خوراک ورودی به خط لوله می باشد.
همچنین Gould (1975) ، اظهار داشت ، چنانچه از مقدار مایع موجود ناشی از لغزش (Ls) صرفنظر شود ،ترکیب هریک از فازها تغییر نخواهد کرد ودر هرحال،تعداد کل مولها به F´ با تر کیب´ Zi تغییر خواهد نمود بنابراین با استفاده از موازنه مولی جزئی میتون نوشت:
Zi´F´=xiLn + xiLs + yiV (1-2)
دراین حالت ،موازنه مولی کلی بصورت زیر نوشته می شود :
F´+ Ls = F (1-3)
باید توجه داشت که Zi´ ، ترکیب مخلوط در جریان ورودی به خط لوله بوده ودرحالت جریان پایدار و یکنواخت ، F´ و Zi´ثابت می باشند. بنابراین با استفاده از تلفیق معادلات (1-2) و(1-3) ، ترکیب خوراک مخلوط دوفازی در هر نقطه از خط لوله ( با منظور نمودن پدیده لغزش بین فازها) را می توان بصورت زیر بیان نمود:
Zi= Zi´F´+ xiLs
F´+ Ls
لازم به ذکر است که ترکیب هر یک از فازهای مایع وبخار yi) وxi ) با استفاده از محاسبات تبخیر ناگهانی مخلوط در جریان ورودی به خط لوله (F´) محاسبه می شود همچنین به علت وجود لغزش بین فازها، ترکیب خوراک مطابق رابطه(1-4) از هر نقطه به نقطه دیگر در خطوط لوله تغییر خواهد نمود زیرا در هر نقطه از خطوط لوله به علت شیب لوله ،مقدار Ls (مایع حاصل از لغزش) تغییر نموده و بنابراین مطالق معادله (1-4) ، Ziتغییر خواهد نمود.
1-3-3- پس ماند
بعضی کمیت ها در جریان دو فازی، می توانند دراثر اختلاف سرعت بین دو فاز، پس ماند یا عقب ماندگی داشته باشند که در حالت کلی ،تابعی نقطه ای می باشند. به عنوان مثال ،پس ماند مایع بصورت نسبت حجم قسمتی از لوله که توسط مایع اشغال شده است به حجم همان قسمت از لوله (شامل حجم مایع وگاز) تعریف می شود به عبارت دیگر:
حجم قسمتی از لوله که توسط مایع اشغال شده است HI = (1-5)
حجم کل همان قسمت از لوله
مقدار پس ماند مایع ، عددی بین صفر (هنگامیکه تمام سطح مقطع خط لوله وگاز اشغال کرده باشد) ویک (هنگامی که تمام سطح مقطع لوله را مایع اشغال نماید) ، یکی از روشهای سریع تعیین پس ماند مایع ، عایق کردن خط لوله توسط دو شیر سریع بسته شونده و سپس اندازه گیری مایع موجود در داخل لوله می باشد.
به علت این که خواص موضعی و سرعت سیالات چند فازی بطورکلی متفاوت می باشند،این گونه سیالات نمی توانندیکنواخت (همگن) فرض شوند. بنابراین پارامترهای مورد نیاز سیالات چند فازی معمولاً با انتخاب یک کسر از مساحت کل سطح مقطع لوله برای هر فاز،برسی می شوند.
دانلود پروژه طراحی هیدرولیکی
