مروری بر مدل‌سازی جداکننده‌های چندفازی گرانشی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی

نوع مقاله: مقاله مروری

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

2 گروه مهندسی شیمی، دانشکده شهید نیکبخت،دانشگاه سیستان و بلوچستان

چکیده

جداکنندههای چندفازی گرانشی یکیاز مهمترین تجهیزات برای جدایش فازهای با ارزش در صنایع مختلف بهشمار میروند. بهدلیل ضعفهای مربوطبه مدل‌های نیمهتجربی و هزینه‌های بالای انجام آزمایش برای یافتن طراحی بهینه برای این جداکنندهها، استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) رو به گسترش است. در اینتحقیق پس از مرور کلی جداکنندههای گرانشی به بررسی مروری بر کارهای انجامشده با استفاده از CFD برای انتخاب مدل مناسب در طراحی و بهینهسازی جداکننده‌ها،پرداخته شدهاست. نتایج نشا‌ن‌میدهد که اگرچه استفاده از CFD یکروش قدرتمند برای مدل‌سازی و بهبود طراحی جداکننده است ولی کاستی‌های آن همچون استفاده از مدل نادرست، فرضیات ساده‌کننده و روش بهینهسازی نامناسب، منجربه نبود دقت کافی در نتایج شبیهسازیو بهینه‌سازی شدهاست که باید در کارهای آینده بررسی شوند.

کلیدواژه‌ها


Behin, J., Aghajari, M., "Influence of water level on oil-water separation by residence time distribution curves investigations", Separation and Purification Technology, 64: pp. 48-55, (2008).
[2]       Arnold, K., Stewart, M., "Surface Production Operations", 3rd edition, Elsevier, New York, (2008).
[3]       Ghaffarkhah, A., Ameri shahrabi, M., Keshavarz Moraveji, M., Eslami, H., "Application of CFD for designing conventional three phase oilfield separator", Egyptian journal of petroleum, 26 (2):
pp. 413-420, (2017).
[4]       Skelton, G. F., "Our Industry Petroleum", British Petroleum Company, London, Chapter 7, (1977).
[5]       Pourahmadi Laleh, A., "CFD Simulation of Multiphase Separators", PhD Dissertation, University of Calgary, Calgary, Canada, (2010).
[6]       Das, S. K., Biswas, M. N., "Separation of oil-water mixture in tank", Chem. Eng. Comm., 190:
pp. 116-127, (2003).
[7]       Frising, T., Christine, N., Christine, D., "The liquid/ liquid sedimentation process: From Droplet coalescence to technologically enhanced water/oil emulsion gravity separators: A Review", Journal of Dispersion Science and Technology, 27 (7):
pp. 1035-1057, (2006).
[8]       Monnery, W. D., Svrcek, W. Y., "Successfully Specify Three-Phase Separators", Chem. Eng Prog., 90: pp. 29-40, (1994).
[9]       Ahmed, T., Makwashi, N., Hameed, M., "A review of gravity three-phase separators", Journal of Emerging trends in engineering and applied science, 8 (3):
pp. 143-153, (2017).
[10]    شجاعی‌فرد، م. ح.، هشترودی، ع.،  "مقدمه‌ای بر دینامیک سیالات محاسباتی."انتشارات دانشگاه علم و صنعت، (1392).
[11]    هاش‌آبادی، س. ح.، دهنوی، م. ع.، "شبیه‌سازی CFD جریان‌های چندفازی با نرم‌افزار Fluent."انتشارات اندیشه‌سرا، (1390).
[12]     ANSYS Fluent version: 16.2, Fluent Theory Guide, (2016).
[13]     Pourahmadi Laleh, A., Svrcek, W. Y., Monnery, W. D., "Design and CFD studies of multiphase separators- A Review", The Canadian Journal of Chemical Engineering, 90: pp. 1547-1560, (2011).
[14]     Wilkinson, D., Waldie, B., Nor, M. I. M., Lee, H. Y., "Baffle Plate Configuration to Enhance Separation in Horizontal Primary Separators", Chem. Eng. J., 77 (2): pp. 189-196, (2000).
[15]     Frankiewicz, T., Lee, C. M., "Using Computational Fluid Dynamics (CFD) Simulation to Model Fluid Motion in Process Vessels on Fixed and Floating Platforms", SPE annual technical conference and exhibition, San Antonio, Texas, (2002).
[16]     Lu, Y., Lee, J. M., Phelps, D., Chase, R., "Effect of Internal Baffles on Volumetric Utilization of a FWKO- A CFD Evaluation", SPE annual technical conference and Exhibition, Anaheim, California, U.S.A, (2007).
[17]     Vilagines, R. D., Akhras, A. R., "Three-phase flows simulation for improving design of gravity separation vessels", SPE annual technical conference and exhibition, Society of Petroleum Engineers, Florence, Italy, (2010).
[18]     Mohammadi Ghaleni, M., Zivdar, M., Nemati, M. R., "Hydrodynamic Analysis of two-phase separator by computational fluid dynamic (CFD)", 6th International Conference on Advanced computational Engineering and Experimenting, Istanbul, Turkey, (2012).
[19] Hussein, H. A., Abdullah, R., Harun, S., Abdulkhaleq, M., "Numerical model of baffle location effect on flow pattern in oil and water gravity separator tanks", World Appl. Sci. J., 26 (10): pp. 1351-1356, (2013).
[20]  حاجی‌دولو، ا. ، نقره‌آبادی، ا. ر. ، دلخواه، ن. ،"شبیه‌سازی جریان سیال در جداکنندۀ افقی دو فاز نفت و گاز." اولین همایش ملی تکنولوژی‌های نوین در شیمی و پتروشیمی، هم‌اندیشان چرخۀ علم و صنعت، اهواز، (1392).
[21]   رضایی، ه. ، زارعی، ط. ،"شبیه‌سازی جداکنندۀ افقی گرانشی سه‌فازی نفت/آب/گاز."اولین کنفرانس ملی (نفت، گاز و پتروشیمی)، شرکت علمی پژوهشی پنداراندیش رهپو، شیراز، (1393).
[22]     Acharya, T., Casimiro, L., "Evaluation of flow characteristics in an onshore horizontal separator using computational fluid dynamics", Journal of ocean and engineering science, Article in press, (2019).
[23]     Krezmianowski, Z., Lackowski, T., Ochrymiuk, T., Flszynski, P., "Substitude model and CFD investigation of a coalescer in a three-phase crude oil gravity separator", Journal of applied fluid mechanics, 13 (3): pp. 805-813, (2020).
[24]     Hansen, E. W. M., Heitmann, H., Laksa, B., Ellingsen, A., Ostby, O., Morrow, T. B., Dodge, F. T., "Fluid flow modelling of gravity separators", 5th international conference on multiphase production, Texas, U.S.A, (1991).
[25]     Kharoua, N., Khezzar, L., Saadawi, H., "CFD simulation of three-phase separator: effects of size distribution", ASME Fluids Engineering Summer Meeting, Nevada, USA, (2013).
[26]     Ahmed, T., Hamed, F., Russell, P. A., "The use of CFD simulation to compare and evaluate different sizing algorithm for three – phase separator", OTC offshore technology conference, Janeiro, Brazil, (2017).
[27]     Kharoua, N., Khezzar, L., Saadawi, H., "CFD Modelling of a horizontal three-phase separator: A population balance Approach", American Journal of Fluid Dynamic, 3 (4): pp. 101-118, (2013).
[28]     Oshinowo, L., Elsaadawy, E., Vilagines, R., "CFD modeling of oil-water separation efficiency in three-phase separators", 10th International Conference on CFD in oil & Gas, Metallurgical and process Industries SINTEF, Trondheim, Norway, (2014).
[29]     Oshinowo, L., Vilagines, R., "Modeling of oil-water separation efficiency in three-phase separators: Effect of emulsion rheology and droplet size distribution", Chemical engineering research and design, 59:
pp. 278-290, (2020).
[30]     Cloete, S., Olsen, J. E., Skjetne, P., "CFD modeling of plume and free surface behavior resulting from a
sub-sea gas release", Applied Ocean Research, 31 (3):
pp. 220-225, (2009).
[31]     Kirveski, L., "Design of Horizontal three-phase separator using computational fluid dynamics", MSC Dissertation, Aalto university school of chemical technology, Espoo, Finland, (2016).
[32]     Pourahmadi Laleh, A., Svrcek, W. Y., Monnery, W. D., "Computational fluid dynamics simulation of pilot-plant-scale two-phase separators", Chem. Eng. Technol., 34 (2): pp. 296-306, (2011).
 
[33]     Qarot, Y. F., Kharoua, N., Khezzar, L., "Discrete phase modeling of oil droplets in the gas compartment of a production separator", ASME International Mechanical Engineering Congress and Exhibition, Montreal, Canada, (2014).
[34]     Cloete, S., Eksteen, J. J., Bradshaw, S. M., "A mathematical modelling study of fluid flow and mixing in full scale gas stirred ladles", Computational Fluid Dynamics, 9 (6): pp. 345-356, (2009).
[35]     Ghafarkhah, A., Shahrabi, M. A., Moraveji, M. K., Eslami, H., "3D Computational-Fluid-Dynamics Modeling of Horizontal Three-Phase Separators: An Approach for Estimating the Optimal Dimensions", Oil and Gas. Fac., 33 (4): pp. 1-17, (2018).
[36]     Khalifat, Z., Zivdar, M., Rahimi, R., "Application of CFD for troubleshooting and hydrodynamic analysis in an industrial three-phase gravity separator", Journal of gas technology, 5: pp. 57-69, (2019).
[37]     Khalifat, Z., Zivdar, M., Rahimi, R., "Simulation of an industrial three-phase boot separator using computational fluid dynamics", Journal of gas technology, 6: pp. 30-42, (2020).
[38]     Gawas, K., "Studies in low-liquid loading in gas/oil/water three phase flow in horizontal and
near-horizontal pipes", Ph.D. dissertation, The University of Tulsa, Tulsa, Oklahoma, (2013).
[39]     Montgomery, D. C., "Design and analysis of experiments", second edition, John Wiley & Sons, (2008).