بخشی از مقاله
چکیده:
امروزه دستگاههای نمکزدا در صنعت به دلیل حذف نمک از جریان نفت و کاهش ریسک خوردگی تجهیزات در پایین دست بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. در این تحقیق شبیهسازی نمک زداهای جداسازی نفت از آب با استفاده از تکنیک عددی در مقیاس صنعتی انجام شده است. مسآله به شکل تک-فازی انجام شده وجریان سیال توربولانت در نظر گرفته شده است. برای حل میدان آشفتگی از مدل k-استاندارد استفاده شده است. در این تحقیق تاثیر میدان سرعت ایجاد شده در مقاطع مختلف نمک زدا مورد بررسی قرار گرفته است. بعلاوه میزان دبی ورودی به دستگاه نمک زدا در سه دبی متفاوت مورد بررسی قرار گرفت و نتایج با یکدیگر از نظر یکنواختی جریان در دو سمت الکترودها مورد بررسی قرار گرفت. همچنین به دلیل اهمیت پارامتر اتلاف انرژی جنبشی در طراحی نمکزداها این پارامتر در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به نتایج، دیده میشود که میزان آشفتگی جریان در توزیع کننده بسیار بالاتر از نواحی دیگر دیسالتر بوده و بهینهسازی طراحی آن در جهت افزایش اتلاف انرژی ورودی جریان میتواند منجر به بهبود نتایج جداسازی گردد.
کلمات کلیدی: نمک زدا، جداسازی نفت-آب، CFD، مدل k- استاندارد،
مقدمه
امروزه به دلیل هزینههای زیاد اندازه گیریهای تجربی، ترجیح داده میشود آزمایشها بر روی مدلی با مقیاس کوچکتر از نسخه اصلی انجام پذیرد. حذف پیچیدگیها و ساده سازی آزمایشها، خطای دستگاه های اندازه گیری و بعضی موانع در راه اندازه گیری از جمله مشکلاتی هستند که روشهای عملی با آنها رو به رو هستند و کارآیی این حالتها را در بعضی موارد دچار اشکال میکنند 1]و. [2 کاربردهای زیاد و حیاتی نمک زداها در صنعت نفت مانند حذف نمک و آب از جریان نفت برای جلوگیری از آسیبهای جدی مانند خوردگی در پایین دست سبب شده است که این دستگاهها در صنعت نفت بویژه صنعت نفت کشورمان از اهمیت بسزایی برخوردار باشند. تا امروز تحقیقات اندکی بر روی نمک زداها به خصوص در مقیاس صنعتی انجام شده است.
محمدی و همکاران با استفاده از مدل VOF سعی بر استخراج رابطهایی برای چسبندگی ذرات در حالت دوتایی کردهاند .[3] بانسال و آمنسایال [4] سعی کرداند تا با استفاده از CFD به بررسی رفتار سیال در نمک زداهای آزمایشگاهی بپردازند. علیرغم اهمیتهای نمک زداها در صنعت نفت تا امروز هیچ کار جدی بر روی این دستگاهها در مقیاس صنعتی چه با استفاده از روشهای آزمایشگاهی و چه با استفاده از CFD انجام نشده است. در این تحقیق سعی شده است که با استفاده از روش CFD یک نمک زدا در مقیاس صنعتی شبیه سازی و گلوگاههای موجود در این دستگاهها با توجه به هیدرودینلمیک دستگاه پیدا شود.
تعریف مسئله
در این تحقیق پارامترهای مربوط به جریان سیال درون جداساز ثقلی بررسی شده است. شکل - - 1 طراحی مورد بررسی ساخته شده بر اساس دادههای صنعتی در نرم افزار Gambit را نشان میدهد. در این تحقیق برای بررسی میدان سرعت از سیال مخلوط استفاده شده است که خصوصیات آن در جدول - 1 - آمده است. در این تحقیق دو سیستم متفاوت - جدول - 1 از نظر نوع سیال و میزان دبی مورد بررسی قرار گرفته است. مشخصات هر یک از سیستمهای ذکر شده در جدول 1 آمده است.
روش تحقیق
شمای مخزن مورد نظر برای شبیهسازیها در شکل - 1 - نشان داده شده است. در این شبیهسازی از مدل Standard k-ɛ برای شبیه سازی جریان آشفته استفاده شده است .[8-4] معادلات حاکم بر شبیهسازی در شرایط پایا در نظر گرفته شده است. برای انفصالسازی ترمهای جابجایی در معادله مومنتوم از روش بالادست1 درجه دو استفاده شده است. و به منظور حل معادلات حاکم از الگوریتم SIMPLE استفاده شد .[4] در این تحقیق برای ایجاد مش از مش با ساختار نامنظم و با تعداد 2300000 سل استفاده شده است. همچنین برای شبیه سازی رفتار سیال در کنار دیواره از مدل تابع دیواره - standard wall Function - استفاده شده است. بعلاوه در تمام موارد میزان y+ در کنار دیواره در محدوده 300-60 کنترل شده است. تمام ضرایب زیر تخفیف برابر 0/1 در نظر گرفته شدهاند. شرایط مرزی دبی جرمی ورودی مشخص در ورودی و در خروجی فشار مشخص اعمال شده است. دیوارهها بدون لغزش در نظر گرفته شدهاند. شرایط مرزی دبی جرمی برای ورودی و فشار مشخص در خروجی برای شبیهسازی استفاده شده است. تمام شبیه سازیها با یک سیستم کامپیوتری دارای 8 پردازنده 2/67 گیگاهرتز و 8 گیگابایت حافظه انجام شد. لازم به ذکر است که طول مدت محاسبه برای هر مورد 3 روز می باشد.
