محاسباتی(CFD) است. در مطالعات انجام‌شده تأثیر، بهترین نمونه‌های جریان آشفته برای سیکلون به دست آمده و تأثیر پارامترهای هندسی سیکلون بر راندمان جداسازی و کاهش پدیده­های ناخواسته­ی حمل گاز از پایین و حمل مایع از بالا مورد بررسی قرار گرفت. پارامتر‌های هندسی تأثیر به سزایی در بهبود عملکرد سیکلون دارند. به همین دلیل در این پایان نامه به بررسی عملکرد جداکننده­ سیکلونی و تأثیر تغییر پارامترهای هندسی بر آن، به کمک دینامیک سیالات محاسباتی پرداخته شده است. پس از انتخاب شبکه‌بندی مناسب برای هندسه­ی سیکلون، تأثیر تغییر پارامترهای هندسی بر مقدار حمل مایع  از بالا و مقدار حمل گاز از پایین مطالعه گردید. در این طراحی، سطح مقطع ورودی، زاویه­ی ورودی، ارتفاع ورودی از کف سیکلون، قطر خروجی مایع و قطر اصلی سیکلون به طور همزمان بهینه شدند. مطابق این شبیه‌سازی­ها مقدار حمل گاز از زیر با کاهش قطر خروجی مایع یا افزایش قطر اصلی سیکلون یا افزایش سطح مقطع ورودی و یا کاهش زاویه‌ی ورودی، کاهش می­یابد و یک نقطه­ی بهینه برای تغییرات حمل گاز از زیر با تغییر ارتفاع ورودی سیکلون وجود دارد. همچنین یک نقطه­ی بهینه برای حمل مایع از بالا با تغییر پارامترهای هندسی نظیر سطح مقطع ورودی، ارتفاع ورودی از کف سیکلون، قطر خروجی مایع و قطر اصلی سیکلون به دست می‌آید. افزایش زاویه­ی ورودی باعث افزایش حمل مایع از بالا می‌گردد. در نهایت نیز تاثیر استفاده از سیکلون در درام بویلر که حاوی بخار و قطرات آب در دما و فشار بالا است، مورد بررسی قرار گرفت.

فهرست

فصل اول
مقدمه

1-1مقدمه. 2

1-2- ضرورت تحقیق.. 4

1-3- اهمیت فرایندهای جداسازی در صنایع نفت و گاز 7

1-4- مراحل انجام تحقیق.. 8

1-5- ساختار تحقیق.. 10

فصل دوم
دستگاه­های متعارف جداسازی گاز مایع

2‐1- آشنایی با جداكننده‌های ثقلی گاز – مایع. 12

2-2- انواع صفحات نم گیر. 15

2-2-1 افشانه‌ها و مه‌ها 16

2-2-2 بازده جمع‌آوری.. 19

2-2-3-  صفحه‌های نم‌زدای تیغه‌ای.. 22

2-2-4- نم‌زدای توری سیمی. 25

2-2-5- قطره‌گیرهای بستر الیافی. 28

فصل سوم
سیکلون‌های استوانه‌ای جداسازی گاز مایع

3-1- مروری بر فناوری سیکلون استوانه‌ای گاز- مایع. 33

3-2- روش طراحی‌ برای جداکننده‌های GLCC.. 38

3-2-1  توسعه مدل طراحی‌. 38

3-2-2- راهنمایی‌های طراحی. 47

3-3 هیدرودینامیک جریان دو فاز در GLCC.. 49

3-3-1 شبیه‌سازی جریان‌های دو فازی.. 49

3-3-2 روش حجم سیال. 50

3-3-3- دیدگاه اولر- اولر. 50

3-3-4- دیدگاه اولری – لاگرانژی.. 51

3-4- معادلات حاکم بر فاز گاز. 51

3-4-1- بقای جرم 52

3-4-2- بقای ممنتوم 52

3-4-3- معادله انرژی.. 52

3-4-4- مدل تنش­های رینولدزی.. 53

3-5- معادلات حاکم بر فاز قطره 54

3-6- نیروهای موثر. 54

3-6-1- نیروی درگ پایدار. 54

3-6-2- نیروهای جاذبه. 55

3-7- مدل تغییر فاز حرارتی.. 55

3-8- پدیده‌ی حمل مایع از بالا. 57

3-8-1 مروری بر مطالعات انجام‌گرفته. 57

3-8-2 برنامه‌ی آزمایشگاهی. 61

3-8-3-پدیده‌های فیزیکی. 65

3-8-4-نتایج تجربی. 68

3-9- تحلیل عبور از زیر گاز 69

3-9-1 مدلسازی مکانیسمی. 71

3-10- کاربردهای میدانی: 72

فصل چهار
نتایج

4-1-مقدمه: 77

4-2- بررسی استقلال از شبکه: 78

4-3- شرایط مرزی: 79

4-4- اعتبارسنجی مدل عددی: 79

4-5- شبیه‌ سازی عددی و نتایج: 81

4-6- بهینه ‌سازی.. 87

4-6-1- روش بهینه‌ سازی.. 87

4-6-2- نتایج بهینه‌ سازی: 89

4-6-3- مقایسه بین مدل اولیه و مدل بهینه شده: 95

4-7- بررسی عملکرد سیکلون در درام بویلر. 95

4-7-1- نتایج حاصل از شبیه سازی عددی سیکلون در درام بویلر. 96

 

 

 

فصل پنجم
جمع­بندی و پیشنهاد‌ها

5-1- مقدمه: 101

5-2- جمع­بندی: 101

5-3- پیشنهاد‌ها: 102

منابع و مراجع. 103

فهرست شکل­ها

شکل 1-1- جداساز گاز- مایع قدیمی.. 2

شکل 1-2- سیکلون جداکننده کننده گاز مایع (GLCC) 4

شکل 2-1- انواع زدایشگرها 15

شکل 2-2- انواع مختلف تجهیزات برای جمع‌آوری ذراتی در بازه‌های متفاوت اندازه 16

شکل 2-3- توزیع اندازه ذرات افشانه بسته به منبع و شیوه تولید آن دارد. 17

شکل 2-4- ذرات موجود در مه­های تولیدی از سه منبع متفاوت در بازه یک میکرون هستند. 18

شکل 2-5- سه مکانیسم مختلف که توسط آن‌ها ذرات به وسیله الیاف به هم برخورد می­ کنند. 20

شکل 2-6- انواع تیغه‌ها برای زدودن افشانه‌ها 22

شکل 2-7- در جریان افقی، پره­های چورن تیغه­ها را قلاب کرده تا به تخلیه مایع کمک کنند. 23

شکل 3-1- مدل شماتیک از جداکنندهGLCC در آرایش حلقه اندازه‌گیری.. 35

شکل 3-2- طرح شماتیک و فهرستی از اصطلاحات و علائم هندسه‌ی کلی‌ GLCC.. 39

شکل 3-3- نیروهای موثر در حجم کنترل در حال دوران.. 41

شکل 3-4- نمودار سرعت مماسی و سرعت محوری در( GLCC) 43

شکل 3-5- شماتیک خط سیر ذرات حباب و قطره‌ 45

شکل 3-6- شماتیکی از قسمت تست یک GLCC.. 63

شکل3-7- شماتیک از تله‌ی مایع. 64

شکل 3-8- محدوده­ عملیاتی حمل از بالای مایع. 66

شکل3-9- (LCO) تحت شرایط جریان هم زده و حلقه­ای.. 67

شکل 3-10- درصد (LCO) 68

شکل 3-11- محدوده­ عملیاتی با سطح مایع. 69

شکل3-12- ابعاد GLCC و بخش‌های مختلف حلقه­ی جریان.. 72

شکل 3-13- چند فازمتر با جداکننده­ گاز- مایع. 73

شکل3-14- کوریولیس متر با GLCC.. 74

شکل 3-15- سیکلون های سری.. 75

شکل 4-1- نمایش شبکه­بندی مثلثی در سیکلون.. 79

شکل 4-2- پیش‌بینی سرعت مماسی متوسط در 500mm زیر  ورودی.. 80

شکل 4-3- پیش‌بینی سرعت مماسی متوسط در 600mm زیر  ورودی.. 80

شکل 4-4- ابعاد سیکلون.. 81

شکل 4-5- مسیر حرکت قطرات به سمت خروجی مایع و گاز 82

شکل 4-6- کانتور سرعت (الف) کانتور سرعت قسمت بالایی سیکلون (ب) کانتور سرعت در قسمت پایینی سیکلون.. 83

شکل 4-7- کانتور سرعت مماسی (الف) کانتور سرعت مماسی قسمت بالایی سیکلون (ب) کانتور سرعت مماسی در قسمت پایینی سیکلون  85

شکل 4-8- کانتور فشار (الف) کانتور فشار قسمت بالایی سیکلون (ب) کانتور فشار در قسمت پایینی سیکلون.. 86

شکل 4-9– تأثیر تغییر قطر خروجی مایع بر GCU و LCO… 89

شکل 4-10- تأثیر تغییر قطر اصلی بر GCU و LCO… 90

شکل 4-11- تأثیر تغییر پهنای ورودی بر GCU و LCO… 91

شکل 4-12- تأثیر تغییر زاویه­ی ورودی بر GCU و LCO… 92

شکل 4-13- تأثیر تغییر ارتفاع ورودی بر GCU و LCO… 93

جدول 4-4- مقایسه­ GCU و LCO بین مدل اولیه و مدل بهینه. 95

شکل 4-14- کانتور سرعت (الف)کانتور سرعت قسمت بالایی سیکلون (ب) کانتور سرعت در قسمت پایینی سیکلون.. 97

شکل 4-15- کانتور فشار (الف) کانتور فشار قسمت بالایی سیکلون (ب) کانتور فشار در قسمت پایینی سیکلون.. 98

شکل 4-15- کانتور دما (الف) کانتور دمای قسمت بالایی سیکلون (ب) کانتور دما در قسمت پایینی سیکلون.. 99

فهرست جداول

فهرست علائم و اختصارات.. د‌

علائم زیرنویس…. ذ‌

جدول 4-1- ویژگی­های جریان در سیکلون.. 77

جدول 4-2- بررسی استقلال از شبکه. 78

جدول 4-3- تأثیر تغییر تمام پارامترها بر GCU و LCO… 94

جدول 4-5- ویژگی­های جریان در سیکلون درام. 96

جدول 4-6- نتایج حاصل از استفاده­ی سیکلون در درام. 99

فهرست علائم و اختصارات

تعریف
واحد
علامت اختصاری
سرعت فاز گاز
 
 
نوسانات سرعت در جهت x
 
 
نوسانات سرعت در جهت y
 
 
نوسانات سرعت در جهت z
 
 
نیروی وارد بر حجم کنترل
 
f
ضریب انتقال حرارت جابجایی
 
 
عدد رینولدز
(بدون بعد)
 
ضخامت لایه سیال کنار دیوار
 
 
دبی سیال
 
 
شتاب گرانش
 
 
قطر
 
 
جرم قطره
 
 
ضریب درگ
(بدون بعد)
 
نیروی درگ
 
 
نیروی وزن
 
 
مؤلفه مماسی سرعت بعد از برخورد
 
 
مؤلفه نرمال سرعت بعد از برخورد
 
 
مؤلفه نرمال سرعت قبل از برخورد
 
 
قطر قطره بعد از برخورد
 
 
قطر قطره بعد از برخورد
 
 
عدد وبر قطره
(بدون بعد)
 
عدد وبر فیلم مایع
(بدون بعد)
 
عدد وبر برخورد قطره
(بدون بعد)
 
انرژی جنبشی درهم
 
 
نرخ تلفات انرژی جنبشی در هم
 
 
حجم
 
 
طول کانال خروج مایع
 
 
ارتفاع کانال خروج مایع
 
 
چگالی
 
 
ویسکوزیته
 
 
نسبت جرمی فاز
(بدون بعد)
 
کشش سطحی قطره
 
 
ضخامت فیلم مایع
 
 
ویسکوزیته سینماتیک
 
 
علائم زیرنویس

تعریف
اندیس­ها
گاز
 
مایع
 
ذره
 
قطره
 
فاز q
 
بین دو فاز p و q
 
کروی
 
1مقدمه :
برای جدا کردن جریان دو فاز گاز- مایع، صنایع نفت و گاز در گذشته از جداکننده­ های مخزنی استفاده می­کردند که بزرگ، سنگین و گران بود. جداکننده­ های قدیمی به این