تحقیق کاهنده‌های نیروی درگ پلیمری در جریان‌های مایع به مایع یا گاز به مایع در لوله‌ها

توضیحات

عنوان: کاهنده‌های نیروی درگ پلیمری در جریان‌های مایع به مایع یا گاز به مایع در لوله‌ها: یک مطالعه‌ی مروری

• مقدمه
•  افزودنی‌های کاهنده‌ی نیروی درگ در جریان دوفازی
• روش‌های افزودن کاهنده‌های نیروی درگ در مطالعات جریان چند مرحله‌ای
•  مکانیزم پیشنهادی و روش کاهنده‌ی نیروی درگ به وسیله‌ی DRP در جریان دوفازی
•  کاربرد DRPدر جریان چند‌فازی
•  توصیه‌هایی برای نیازهای پژوهشی آینده
• جمع‌بندی
• منابع

1- مقدمه

یکی از پیشرفت‌های شگفت‌انگیز در مسائل آشفتگی تک‌فاز این است که معرفی مقدار کمی از پلیمرهای زنجیره‌ای به یک جریان مایع می‌تواند، باعث کاهش زیادی در مقاومت اصطکاکی دیواره شود (تامز، 1948). مطالعات متعددی با استفاده از سرعت‌سنجی دوپپلر لیزر نشان داده‌اند (هاردر و تیدرمن، 1991؛ وی و ویلمارس، 1992؛ وارهولیک و همکاران، 1999) که چگونه خواص آشفتگی متفاوت از حلال است.

وارهولیک و هانراتتی از یک پلیمر پلی‌آکریل‌آمید و پلی‌آکریلات سدیم (Percol 727) در آب استفاده کردند. آنها متوجه کاهش قابل ملاحظه‌ی نیروی درگ تا غلظت 25/0 پی‌پی‌ام شدند. اثر اصلی پلیمر برای کاهش تنش‌های برشی رینولدز و نوسانات سرعت در جهت طبیعی دیوار اعمال می‌شود. حداکثر کاهش نیروی درگ، که در آن تنش رینولدز تقریبا صفر است، برای غلظت‌های پلیمری 13 پی‌پی‌ام و 50 پی‌پی‌ام مشاهده شده است.

جریان مخلوط نفت- آب- گاز در خطوط لوله، یک اتفاق معمول در تولید نفت است. تکنیک‌های پیشرفته‌ی بازیابی نفت (EOR)، شامل تزریق گاز به لوله‌های چاه برای کاهش تلفات استاتیک فشار است. این تکنیک‌ها اغلب عملی نیستند و جدا کردن جریان خروجی مخلوط نفت- آب- گاز در سایت چاه، که مخلوط چند فاز از طریق یک خط لوله به یک ایستگاه پردازش یا جداسازی پمپ می‌شوند، بسیار سخت و هزینه‌بر هستند. طول خطوط لوله که باید از طریق آن مخلوط چند فاز حمل شود، معمولا چند کیلومتر است و افت فشار در این خطوط لوله می‌تواند بسیار مهم و با هزینه‌ی بالا باشد.

صنایع نفت و گاز به‌طور معمول از عوامل کاهش دهنده‌ی نیروی درگ (DRA) استفاده می‌کنند تا به کاهش افت فشار برای حمل مایعات تک‌فاز در مسافت‌های طولانی کمک کنند. یکی از چشمگیرترین موفقیت‌ها در کاربرد پلیمر برای کاهش نیروی درگ در سیستم‌های پیشرفته‌ی تولید، استفاده از 10 پی‌پی‌ام پلیمر محلول نفتی در سیستم خطوط لوله‌ی 1300 کیلومتری در ترانس آلاسکا بود که به‌طور قابل توجهی نرخ جریان موجود در خطوط لوله را افزایش داد (بورگر و همکاران، 1982).

فرآیند DRA در کاهش تلفات فشار اصطکاکی بسیار سودمند بوده است، به این ترتیب نرخ جریان تولید را با هزینه‌ای مناسب به ارمغان می‌آورد؛ DRA به‌طور خاص برای استفاده در سیستم‌های چند مرحله‌ای که مخلوط نفت –آب- گاز حمل می‌شود، طراحی نشده است. طراحی فضای تولید فعلی، مستلزم انتقال مایعات از سر چاه نفت به تاسیسات فرآوری، در فواصل فزاینده‌ای است که از لحاظ اقتصادی به خصوص در نیروگاه‌های زمین- دریایی امکان‌پذیر باشد. استفاده از DRA در این کاربرد یک روش منحصر به فرد و جدید است، در حالی که در سیستم‌های موجود، نتایج قابل قبولی منتشر شده است. هر دو اثر DRA در مورد رژیم جریان و الزامات مقدار غلظت در سطح صنعتی تقریبا نامعلوم است، بنابراین نمی‌توان یک تحلیل اقتصادی سودمند در زمان حال ارائه داد.

مزایای استفاده از DRA در سیستم‌های موجود، افزایش تولید، کاهش هزینه‌های عملیاتی مانند پمپاژ نیرو، کاهش فشار خطوط لوله در حین حفظ توان تولید و همچنین تسهیل عملیات بارگیری و تخلیه‌ی پالایشگاه می‌باشد. مزایای طراحی DRA در سیستم‌های جدید، کاهش قطر لوله و هزینه‌های سرمایه‌ی ایستگاه پمپاژ است.

برای این منظور در این تحقیق، از اصطلاح کاهنده‌ی نیروی درگ (DR) برای توصیف افت فشار اصطکاکی جریان سیال‌ها در سیستمی استفاده می‌شود که تعمداکاهش یابد. اصطلاح کاهنده‌ی نیروی درگ پلیمرها (DRP) برای توصیف یک پلیمر با وزن مولکولی بالا (MW > 10⁶ Kg/kmol) استفاده می‌شود که به جریان مایع در لوله با غلظت کم (مخلوط یا تزریق) اضافه می‌شود. غلظت کم به معنی غلظت پلیمر در جریان مایع است که معمولا کمتر از 100 پی‌پی‌ام وزن دارد که در آن کاهنده‌ی نیروی درگ می‌تواند به وضوح قابل لمس باشد؛ PDRA به معنای عامل کاهش دهنده‌ی درگ پلیمر است.

این مقاله‌ی مروری با هدف شناساندن وضعیت فعلی به خواننده و پیشرفت در موضوع کاهنده‌ی نیروی درگ در جریان چند مرحله‌ای ارائه شده است. تاکید ویژه بر روش تحقیق، رویکردها، برنامه‌های کاربردی، کاستی‌ها و همچنین زمینه‌های بالقوه‌ای که نیاز به تحقیق بیشتر دارند، در این مقاله مورد توجه بوده است.

2- افزودنی‌های کاهنده‌ی نیروی درگ در جریان دوفازی

2-1 جريان گاز- مايع

یکی از اولین آزمایشات در مورد کاهنده‌ی نیروی درگ در جریان گاز- مایع توسط (اولیور و یونگ هوون، 1968) انجام شده است که از محلول آبی پلی‌اتیلن‌اکسید (PEO) و هوا استفاده کردند. آنها دریافتند که در جریان اسلاگ، گردش مایع به‌طور قابل توجهی کاهش یافته، در حالی که تشکیل جریان موج حلقوی خنثی شده است و در نتیجه لایه‌ی مایع روان‌تر شده است. گرسکوویچ و شریر (1971) برای اولین‌بار از اصطلاح DRP در سیستم‌های چندفاز استفاده کردند و کاهنده‌ی نیروی درگ را در طول جریان اسلاگ هوا به آب که می‌تواند به 40% برسد، یافتند. از آن زمان کاهنده‌ی نیروی درگ توسط تعدادی از محققان در سیستم‌های مختلف با نتایج متفاوت بررسی شده است (اوتن و فاید، 1976؛سوایتس و همکاران، 1976).

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.