بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق، استفاده از سیستم کنار گذر برای طراحی سیستم بودار کردن گاز طبیعی به صورت بهینه، بطوریکه بودار کردن گاز طبیعی، در ستون حبابی انجام می گیرد، با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی، بررسی شده است. میزان بالای انتقال جرم در ستون حبابی منجر به ظرفیت عملیاتی بالای این سیستم جدید در ایستگاه های تقلیل فشار گاز می گردد.
هم چنین نوع طراحی ستون حبابی به گونه ای است که در آن میزان اتصالات به حداقل می رسد و میزان نشتی و آلودگی این سیستم را کاهش می دهد. از مدل اولری-اولری برای شبیه سازی جریان دوفازی گاز- مایع در این ستون حبابی، استفاده شده است. در این تحقیق نیز، نقش تغییر تعداد توزیع کننده و تغییر سرعت ورودی گاز، بر روی انتقال جرم در ستون حبابی بررسی شده است. بکار بردن موازنه جمعیت به منظور در نظر گرفتن توزیع اندازه حباب ها، نتایج شبیه سازی را بهبود می بخشد. در سیستم کنار گذر پیشنهادی میزان مصرف ماده بودار کننده نسبت به سیستم تزریقی 22 %کاهش یافته است.
نکات برجسته پژوهش
· شبیه سازی روش جدیدی برای بودار کردنگاز طبیعی در ستون حبابی به کمک CFD
· محاسبه غلظت خروجی ماده بودار کننده به منظور تعیین راندمان بودار کنندگی
· بررسی تغییر دبی ورودی و تاثیر آن بر روی عملکرد بودار کردن گاز طبیعی
· بکاربردن معادلات موازنه جمعیت برای توزیع اندازه حباب ها در ستون حبابی برای بهبود عملکرد ستون
-1 مقدمه
از تزریق ماده بودار کننده به جریان گاز طبیعی و یا گاز مایع، به عنوان یک ماده هشدار دهنده استفاده می شود. به طور کلی اساس کار دستگاه ها یا روش های بودارکنندگی را می توان به دو روش کنار گذر و تزریقی تقسیم نمود.
در روش تزریقی ماده بودارکننده متناسب با حجم گاز مصرفی و با فشار بیشتری به داخل لوله اصلی تزریق می گردد. با توجه به اینکه دستگاه مورد استفاده در ایستگاه های تقلیل فشار از نوع تزریقی است، این نوع دستگاه ها به دلیل وجود اتصالات خارجی زیاد و احتمال نشتی مواد بودار کننده، مطلوب نمی باشند و باعث ایجاد آلودگی در اطراف ایستگاه تقلیل فشار گاز، می شوند
در این تحقیق پیشنهاد می شود که از سیستم کنار گذر به همراه ستون حبابی، برای بودار کردن گاز طبیعی استفاده شود. ساختار طراحی این ستون ها به گونه ای است که کمترین میزان اتصالات را نسبت به سیستم های دیگر دارند، بطوریکه کمترین نشتی به محیط اطراف را داشته باشد و بو را در محیط به حداقل برساند. جهت بررسی عملکرد این روش از شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی استفاده شده است. برای طراحی و شبیه سازی بهینه ستون حبابی معادلات موازنه جمعیت نیز بکار گرفته شده اند.
تحقیقات بسیاری در زمینه شبیه سازی ستون های حبابی به همراه موازنه جمعیت صورت گرفته است. وانگ1 و همکاران در سال 2007، انتقال جرم بین فازهای گاز و مایع در ستون حبابی به کمک دینامیک سیالات محاسباتی به همراه معادلات موازنه جمعیت بررسی کردند. توزیع اندازه حباب ها، سرعت لغزش حباب ها، شدت پراکندگی توربالنسی، به هم پیوستگی و شکست حباب ها بر روی انتقال جرم بین دو فاز موثرند.
نتایج این شبیه سازی نشان می دهد که مدل کوپل شده CFD-PBM روش موثری برای تخمین هیدرودینامیک ستون حبابی، میزان انتقال جرم، توزیع اندازه حباب و سطح ویژه حباب هاست.]4[ زینگ2 و همکاران در سال 2013، اثر ویسکوزیته مایع را بر روی عملکرد ستون حبابی به کمک دینامیک سیالات محاسباتی، به همراه موازنه جمعیت بررسی کردند. نتایج این شبیه سازی با داده های آزمایشگاهی تطابق خوبی داشت و نشان داد که اثر ویسکوزیته مایع، بر روی به هم پیوستگی حباب ها نسبت به شکست حباب ها، ناچیز است.
در این تحقیق، با استفاده از یک ستون حبابی، روش جدیدی برای بودار کردن بهینه گاز طبیعی به صورت کنار گذر معرفی می شود. برای بررسی عملکرد این روش از دینامیک سیالات محاسباتی استفاده شده است. بررسی راندمان انتقال جرم درون ستون، توسط پارامترهای تاثیر گذار مانند تعداد توزیع کننده و سرعت گاز ورودی انجام گردید. از معادلات موازنه جمعیت برای بهبود نتایج شبیه سازی، استفاده گردید.
-2 تشریح فرآیند
هدف اصلی در این تحقیق، بودار کردن گاز طبیعی در ستون حبابی به صورت کنارگذر است. جریان درون ستون، به صورت دو فاز گاز و مایع است. گاز طبیعی از پایین برج وارد برج می شود و مایع بودار کننده گاز طبیعی به طور ساکن در برج قرار دارد. سیستم پیشنهادی برای بهینه سازی بودار کردن گاز طبیعی، یک ستون حبابی استوانه ای به قطر 70 سانتی متر و ارتفاع 1/5 متر می باشد. دما در طول ستون یکسان در نظر گرفته شده است و ستون بصورت همدما کار می کند. در کف ستون از ده اسپارجر - توزیع کننده گاز - با قطر سه میلی متر و با فاصله 5 سانتی متر از یکدیگر، استفاده شده است.
-3 معادلات حاکم
سیستم ستون حبابی گاز شهری و مایع بودار کننده ، بصورت دوفازی و دو بعدی در حالت ناپایدار شبیه سازی می شود. این مدل سازی بر مبنای روش اولر- اولر می باشد. از ترشری بوتیل مرکاپتان3 به عنوان ماده بودار کننده استفاده شده است.
- 1- 3 معادلات بقای جرم
معادلات بقای جرم برای دو فاز مایع - پیوسته - و گاز - ناپیوسته - بصورت معادله 1 نوشته می شوند. q کسر حجمی فاز q و عبارت Si در معادلات انتقال جرم، ترم چشمه است. برای در نظر گرفتن به هم آمیختگی و از بین رفتن حباب ها از روش موازنه جمعیت لو 4 استفاده شد .[6] مدل موازنه جمعیتی برای در نظر گرفتن توزیع اندازه حباب ها، گروه های اندازه ای در نظر می گیرد که هر گروه یک قطر دارد. معادله پیوستگی برای گروه های اندازه ای i بصورت زیر می باشد.
-2-3 معادلات بقای ممنتوم
در ستونهای حبابی نیروهای حجمی شامل نیروهای شناوری5، جرم مجازی6، درگ7 و پراکندگی توربالنسی8 می باشند که در جمله چشمه معادله بقای ممنتوم می باشند.
