نمذجة فاصل نفطي ثلاثي الطور لنفط القيارة الخام باستخدام ديناميكية الموائع الحسابية

الباحث

علي أحمد إبراهيم خليل

المشرف

أمير سلطان داؤد ; يونس محل نجم

الجامعة

جامعة الموصل

الكلية / القسم

كلية الهندسة / الهندسة الميكانيكية

الشهادة

ماجستير

السنة

2023

لغة الرسالة

إنجليزي

الكلمات المفتاحية

Three-phase separator ; CFD ; Qayyarah crude oil ; Multiphase flow

تتمثل أهمية فاصل المياه والزيت ثلاثي الأطوار في دورها الحيوي ضمن صناعة النفط والغازء حيث يعتبر الفصل بين طبقات الزيت والماء والغاز أمرًا Late لتحقيق المعالجة الأمثل. يضمن هذا الفصل نقاء الزيت المستخرجء ويقلل من تأثيرات البيئة السلبية، ويعزز كفاءة الإنتاج. ومع cll قد يكون تصميم الفاصل Sell أمرًا معقدَا ومكلقًا باستخدام الأساليب التجريبية التقليدية. تظهر ديناميكية الموائع الحسابية كأداة قوية لتصميم الفاصل من خلال محاكاة الظروف الواقعية افتراضيّاء مما يقلل من الحاجة إلى تجارب فيزيائية مكثفة ويؤدي إلى توفير كبير في التكاليف ويسرع عملية التصميم. تجمع هذه الدراسة بين جزئين تحليليين. يُستخدم التحليل النظري لتحديد الأبعاد الأولية للفاصل في ظروف التشغيل المحددة، وهي سرعة تدفق مدخل 0.2 م/ث مع نسب حجمية قدرها 920 من Ca ll و9030 من الماء، 50.5 % من الغاز. يتم بعد ذلك إجراء محاكاة ديناميكية الموائع الحاسوبية لأربع حالات على الشكل الهندسي المصمم بدون جدار المدخل؛ ومع جدار المدخل الموضوع في 0.05،؛ 0.1، 5 من J shall الفعّال للفاصل. تقدم نتائج ديناميكية الموائع الحاسوبية Logs شاملا لتطور الهياكل التدفقية داخل فاصل الأطوار الثلاثة مع مراعاة سلوك الحدود بين الاطوار المختلفة. تركز الدراسة على تحديد أنماط التدفق المحتملة، ومناطق خلط الاطوارء والمناطق العرضة للطبقات، وهي جوانب حاسمة في تصميم نظام فاصل led بالإضافة إلى ذلك، موقع جدار المدخل هو معامل مفتاحي للفاصلء، مصمم لتخفيف التأثيرات السلبية لكثافة الاضطراب ومعدلات الخلط العالية التي al gi عندما يصطدم تيار المدخل بالحدود السائلة. تكشف النتائج أنه يمكن ملاحظة تراكم واضح لقطرات الماء في طبقة الزيت في الحالة (أ) نتيجة فشل في فصل الاطوار بشكل ed استخدام جدار المدخل قد خفض بشكل كبير قطرات celal) مما يحسن أداء الفاصل. تم الحصول على أقل قطرات مائية بين جميع الحالات في الحالة (ج)، مما يمثل أفضل أداء للفصل بين الحالات الأخرى. أظهرت النتائج أن بعض فقاعات الغاز تتحرك مع الماء والزيت، حتى بعد أن يصبح التدفق مستقرًا بعيدًا عن مدخل الفاصل نتيجة معدل الخلط العالي في هذا المنطقة. تتحرك هذه الفقاعات بشكل غير متوقع في السائل، محاولة الخروج من خلال سطح السائل. تصبح الحدود بين الغاز والزيت أكثر توحيدًا عند استخدام جدار المدخل، في حين يتم ملاحظة واجهة مموجة أو مجعدة عندما يتم إزالة جدار المدخل في الفاصلء مما يكشف عن أهمية جدار المدخل في تصميم الفاصل. يساعد جدار المدخل على جعل تدفق الاضطراب والخليط أكثر هدوءً عندما يصطدم بالسائل في أسفل الفاصل. Bye على eld يمتص جدار المدخل التدفق الاضطرابي القوي من الانتشار في als) مما يجعل تجاعيد أقل في الواجهة المتكونة بين الغاز والسائل في المنطقة الواقعة خلف جدار المدخل. تطور كفاءة الفصل على مر الزمن اظهر منطقتين متميزتين: الاولى هي الزيادة المؤقتة في بداية المرحلة والثانية هي المرحلة المستقرة حيث تتذبذب كفاءة الفصل بأمواج مختلفة بناءً على المتوسط الزمنيء تنتج الحالة (أ) كفاءة فصل أقل لجميع الاطوار بينما تحقق الحالة (ج) أعلى كفاءة فصل لجميع الاطوار.

The significance of the three-phase oil-water separator is of paramount importance within the context of the oil and gas industry. Its pivotal role arises from its capability to facilitate the efficient separation of oil, water, and gas phases, which is indispensable for achieving optimal processing outcomes. This separation process plays a pivotal role in ensuring the purity of the extracted oil, mitigating environmental impacts, and enhancing production efficiency. However, it is noteworthy that the design of an effective separator can be intricate and costly when employing traditional experimental methodologies. Theoretical analysis serves as a fundamental approach to determining the initial dimensions of the separator under specific operating conditions. These conditions include an inlet flow velocity of 0.2 m/s, along with volume fractions of 20% oil, 30% water, and 50% gas. This study primarily centers on investigating the impact of the inlet diverter on the performance of three-phase horizontal separators. Four instances of separators, sharing identical designs, are examined. Among these, one operates without an inlet diverter, while the remaining three feature inlet diverters positioned at distances of 0.05, 0.1, and 0.15 times the effective length from the inlet. A Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation tool is used to analyze a three-phase separator's flow structure and interface behavior. The research aims to identify flow patterns, phase intermixing, stratification, and erosion for efficient separator design. Inlet diverter placement is crucial to mitigate turbulence and mixing effects. The results reveal a noticeable accumulation of water droplets within the oil phase in Case A, indicative of inefficient phase separation. The employment of an inlet adapter significantly reduces the presence of water droplets, thereby enhancing separator performance. Among all the cases studied, the lowest concentration of water droplets is observed in Case C, signifying the superior separation performance compared to other configurations. Furthermore, it is observed that the interface between the gas and oil phases assumes a more uniform configuration when the inlet adapter is utilized, whereas a wavy or wrinkled interface is discerned in cases where the separator adapter is absent. This underscores the significance of the inlet adapter in separator design. The inlet diverter is instrumental in reducing turbulence and promoting a quieter mixed flow when it interacts with the fluid at the bottom of the separator. Additionally, the inlet diverter serves to suppress the propagation of strong turbulent flow behind it, thereby minimizing the development of wrinkles at the gas-liquid interface in the region immediately following the inlet diverter. The temporal evolution of separation efficiency reveals two distinct phases: an initial transient phase characterized by an increase in separation efficiency, followed by a steady- state phase where separation efficiency exhibits fluctuations with varying amplitudes. Based on the average time, Case A yields the lowest separation efficiency for all phases (79% for oil, 88.8% for water, and 96% for gas), while Case C demonstrates the highest separation efficiency for all phases (89.5% for oil, 94.5% for water, and 95% for gas).

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب