بخشی از مقاله
چکیده
امروزه استفاده از لوله هاي کامپوزیتی در صنایع نفت و گاز مطرح گردیده است و به لحاظ مزایاي متعددي که از آن ذکر شده است از جمله بحثهاي مرتبط با خوردگی، مورد توجه قرار گرفته است. در این بین الگوي مدون و استانداردي در داخل کشور جهت طراحی این لولهها وجود ندارد. در این مقاله جهت مشخص سازي معیارهاي طراحی جریان و روابط مورد نیاز براي انجام محاسبات، استانداردهاي مختلف بررسی شده است.
معیارهاي طراحی جریان مشتمل بر سرعت سیال، افت فشار، سرعت سایش و پایداري رژیم جریانی است. معیارهاي طراحی در لولههاي کامپوزیتی جهت سایزینگ خط لوله با توجه به انواع جریانهاي تک و دو فازي تعیین شده است.
یکی از ویژگی خاص این لوله ها به عکس لوله هاي فلزي ثابت بودن زبري در طول زمان است که طراحی مطمئن تري نسبت به لولههاي فلزي خواهد داشت. در این لولهها در هر دو مورد جریان هاي تک فازي و چند فازي با توجه به صاف بودن سطح داخلی و از طرفی کاهش افت فشار، سرعت سیال میتواند در طراحی بالاتر از سرعت در خطوط لولهي فلزي در نظر گرفته شود. در نهایت نتایج یک مطالعه موردي براي جریان سه فازي شامل گاز، نفت و آب براي خط لوله 8 اینچ آورده شده است.
-1 مقدمه
تفاوتهاي موجود بین اهیت ساختاري کامپوزیتها و فلزات انگیزه لازم براي جایگزینی لوله هاي فلزي یا بتنی انتقال را با لولههاي کامپوزیتی فراهم نموده است. امروزه استفاده از لولههاي کامپوزیتی به لحاظ مزایاي متعدد آنها، در صنایع نفت و گاز مطرح گردیده است. تفاوتهاي موجود بین ماهیت ساختاري کامپوزیتها و فلزات انگیزه لازم براي جایگزینی لوله هاي فلزي یا بتنی انتقال را با لولههاي کامپوزیتی فراهم نموده است. کامپوزیتها از بعد مشخصات حرارتی و مباحث مرتبط با خوردگی با فلزات متفاوتند. لولههاي فلزي با توجه به مقاومت پایین در برابر خوردگی، طول عمر کمتري نسبت به لولههاي کامپوزیتی - با سرویسدهی پنجاه ساله - دارند.
طراحی لوله هاي بل با توجه به موضوعات هیدرولیکی و شارجریان انجام میشود؛ چون این مسایل از ملاحظات اساسی در طراحی موثر جریان گاز و مایع در سیستمهاي لولهکشی هستند. لوله هاي بل به لحاظ هیدرولیکی برتريهاي قابل توجهی نسبت به مواد مرسوم مانند لوله هاي فلزي و بتنی دارند؛ هموار بودن سطح داخلی لوله بلً باعث کاهش مقاومت سیال و انرژي لازم براي جریان یافتن سیال در داخل لوله میشود ؛ با این حال الگوي مدونی در داخل کشور جهت طراحی این لولهها وجود ندارد.
-2 معیارهاي طراحی
-1-2 افت فشار
روشهاي مختلفی جهت محاسبه افت فشار در لولههاي کامپوزیتی بکار میرود. براي اغلب لوله ها میزان اتلاف فشار ناشی از زبري از معادله دارسی-ویسباخ بدست میآید:
بر اساس استاندارد شرکت ملی نفت ایران [2] جهت محاسبه افت فشار در جریان با سیال آب معادله بسیار دقیق بوده و بایستی از این معادله استفاده گردد. رابطه در ادامه آورده شده است.
-1-1-2 معیار افت فشار طراحی در جریان تک فازي
معیار طراحی جهت افت فشار مشابه با خطوط لوله فلزي میباشد، لذا در مورد خطوط پر از مایع، خطوط فرآیندي باید به گونه اي سایز گردند که افت فشار مایع در آنها از مقادیر ذکر شده در جدول - 1 - تجاوز ننماید. همچنین به منظور تعیین سایز خطوط بخار و گاز نیز باید شرایط ذکر شده در جدول - 2 - مد نظر قرار گیرند .
جدول -1 معیار سایزینگ خط براي جریان مایع
جدول -2 معیار سایزینگ خط براي گاز یا بخار
هنگام تعیین سایز و شدت جریان حجمی لازم است میزان افت فشار در نظر گرفته شود. این مسئله بویژه هنگامی که با لولههاي کم قطر که در آنها به ازاي هر 100 فوت با افت فشار طکژ 10 یا بیشتر مواجه میشویم اهمیت ویژه اي پیدا می کند.
معیار افت فشار طراحی در جریان چند فازي
جهت انجام محاسبات معادلات زیادي توسعه یافته است، براي سیستمهاي نفت و گاز براي جریان افقی معادلات و براي جریان عمودي معادلات پیشنهاد شده است .[6] در مورد طراحی جریانهاي چند فازي، مهمترین مساله پایداري جریان چند فازي است.
در مورد خطوط فرآیندي چند فازي این لولهها باید به گونه اي سایز گردند که افت فشار جریان چند فازي در آن ها از
تجاوز ننماید .[5] همچنین حداکثر سرعت متوسط نبایستی از سرعت سایش بیشتر باشد. سرعت سایش سیال بصورت زیر محاسبه می گردد
