تحقیق بررسی تجربی کاهندگی نیروی درگ با اضافه کردن پلیمرها در جریان دوفازی اسلاگ نفت خام و هوا در لوله‌های افقی

توضیحات

عنوان: بررسی تجربی کاهندگی نیروی درگ با اضافه کردن پلیمرها در جریان دوفازی اسلاگ نفت خام و هوا در لوله‌های افقی 

• مقدمه
•  آزمایش تجربی
• نتایج و بحث
• نتیجه‌گیری
•  نتایج و بحث
• منابع

1- مقدمه

از اواخر دهه 1940 مشخص شده است (تامز، 1948) که افزودن غلظت‌های کوچک پلیمری با وزنی مولکولی بالا به آب یا سایر حلال‌ها می‌تواند کاهش زیادی در افت فشار اصطکاکی برای جریان‌های آشفته در یک سطح ایجاد کند که منجر به احتمال افزایش ظرفیت خط لوله و سرعت کشتی می‌شود. جریان دوفازی گاز- مایع در بسیاری از واحدهای صنعتی مانند تقطیر، خط لوله، لوله‌های دیگ بخار، کندانسور، اواپراتور و راکتورهای شیمیایی کاربرد دارد. تولید دریایی، حمل و نقل فازهای گاز و مایع را در فاصله‌های زیادی قبل از جداسازی انجام داده است. این نوع جریان دارای ویژگی‌های منحصر به فردی است که باید در هر شرایطی مورد ارزیابی قرار گیرد. با این حال، یک پدیده که تقریبا همیشه نامطلوب است، گرادیان فشار محوری بالا است، که منجر به افزایش مصرف انرژی قابل توجه در واحد حجم جریان مایع می‌شود. با بررسی پژوهش‌های انجام شده، می‌توان نتیجه گرفت که با وجود این که برخی از مطالعات در مورد کاهنده‌های نیروی درگ توسط محلول‌های پلیمری در جریان تک‌فاز انجام شده است، اما تلاش‌های کمی برای مطالعه‌ی تاثیر محلول‌های پلیمری در کاهش افت فشار محوری بالا در جریان دو‌فاز انجام گرفته است. شواهد تجربی نشان می‌دهد که پلیمر سبب افزایش ضخامت لایه‌های ویسکوز و منطقه‌ی انتقال می‌شود. مکانیسم اثر این لایه‌ی مرزی هنوز به طور کامل درک نشده است، اما مطالعات تجربی انجام شده توسط فورتونا و هانراتتی (1971)، رود (1971)، کومور و سیلوستر (1972) و آستریا (1969) این موضوع را تایید می‌کنند.

در میان پژوهشگران در این زمینه می‌توان، ساوینس (1964)، سیر و متنزر (1969)، پاترسن و همکاران (1969)، ویرک (1975)، لستر (1985)، زاکین (1971)، یوون و گاجار (1987، 1988، 1989) و مولی و همکاران (1991) را ذکر کرد. سیلوستر و بریل (1976)، یک مطالعه در مورد کاهنده‌ی نیروی درگ چندفازی در یک جریان دوفازی هوا – آب با استفاده از پلی‌اتیلن اکسید در 100 پی‌پی‌ام را انجام دادند. در سال 1995، مولی و همکاران (1995) اثرات افزودن پلیمر را برای کاهش نیروی درگ جریان دوفاز در سیستم هوا و آب مورد توجه قرار دادند. کانگ و جپسن (1999، 2000) و داس و همکاران. (2000)، کاهندگی نیروی درگ را در جریان افقی یا کمی شیب‌دار و جریان متقاطع حلقوی نفت و دی‌اکسید کربن مورد مطالعه قرار داده‌اند.

این مطالعه شامل بررسی کاهندگی نیروی درگ توسط DRA در رژیم جریان اسلاگ هوا و نفت در لوله‌های صاف و خمیده می‌باشد. جریان اسلاگ به دو دلیل انتخاب شده است: اول اینکه رژیم جریان مهمی در تمام فرآیندهای حمل‌و‌نقل است. ثانيا، به علت ماهيت غيرعادي جريان اسلاگ، يعني بخش‌هاي متناوب گاز و مايع، ممكن است اطلاعات ترکیبی نیروی درگ تك‌فاز استفاده شده، همراه با داده‌های جریان دوفازی برای تجزیه و تحلیل ساختار فیزیکی جریان اسلاگ به‌کار رود.

2- تعریف کاهنده‌های نیروی درگ

کاهندگی نیروی درگ جریانی است که توسط آن مقدار کمی افزودنی‌ها، به‌عنوان مثال چند قطعه در میلیون (پی‌پی‌ام)، می‌تواند تا حد زیادی عامل اصطکاک آشفتگی مایع را کاهش دهد. هدف کاهندگی نیروی درگ این است که سبب بهبود کارایی مکانیکی سیال با استفاده از عوامل فعال، به نام DRA شود. در جریان چندفازی، درصد کاهندگی نیروی درگ (%DR) به‌عنوان نسبت کاهش افت فشار اصطکاکی تعریف می‌شود، هنگامی که نرخ جریان ثابت به افت فشار اصطکاکی بدون DRA  ضرب در 100 شود و به‌صورت رابطه‌ی زیر نشان داده شده است.:

در این معادله ∆_Pf افت فشار در غیاب DRA و ∆_pfdra افت فشار در حضور DRA است.

3- عوامل کاهنده‌ی نیروی درگ

افزودنی‌هایی که سبب کاهندگی نیروی درگ می‌شوند، می‌توانند به سه گروه تقسیم شوند: پلیمرها، سورفاکتانت‌ها و الیاف‌ها. سورفاکتانت‌ها می‌توانند تنش سطحی یک مایع را کاهش دهند. الیاف‌ها شامل بعضی چیزها مانند سیلندر طویل با نسبت طول به عرض بالا است. آنها خود در جهت اصلی جریان به منظور کاهندگی نیروی درگ اقداماتی را انجام می‌دهند. دستورالعمل‌های عمومی برای انتخاب یک DRA برای یک جریان کاربردی چندفازی وجود ندارد. مهم‌ترین الزام این است که DRA محلول در مایع باشد. علاوه بر حلالیت شیمیایی، شناختن خصوصیات زیر بر عملکرد پلیمر اثر می‌گذارد.

الف) وزن مولکولی بالا (M > 1000000 g/mol).

ب) مقاومت برشی.

ج) حلالیت سریع سیال در خط لوله.

د) مقاوم در برابر حرارت، نور، شیمیایی، تجزیه بیولوژیکی.

توجه:

برای دانلود فایل کامل ورد لطفا اقدام به خرید نمایید.

لینک دانلود فایل بلافاصله پس از خرید بصورت اتوماتیک برای شما ایمیل می گردد.