Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Nasresfahany
محسن نصراصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ehsan Karami
احسان کرمی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
In this research thermodynamic approach was used to evaluate the possibility of gas hydrate formation. First considering the output gas composition from three of the Isfahan Province City Gas Station and equilibrium hydrate formation diagram was plotted using HydraFlash software and possibility of gas hydrate formation in Kashan, Semirom, and Baharestan City Gas Stations was studied. Gas hydrate formation is possible in output gas from Baharestan City Gas Station and in a higher degree in output gas from Semirom and Kashan City Gas Station in case of temperature drop in cold seasons of the year. Hydrate dissociation in pipelines was simulated using computational fluid dynamic and using hydrate dissociation kinetic model. Heat transfer between hydrate and gas flow and pipe wall and simultaneous effect of heat transfer and mass transfer was performed by Fluent Software. Output gas composition and temperature, pressure and real geometry of the City Gas Station was used in this simulation. The simulation of dissociation of gas hydrates in a 6-inch pipe with length of 0.5 meters was performed. In order to investigate shape effect of formed gas hydrates balls with 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 1, and 1.5 cm radius and ring hydrates connected pipe wall with a volume equal with hydrate balls with 0.5, 1, and 1.5 cm radius were considered. Output gas temperature from city gas stations is 283.15 K which in this research in order to investigate the effect of temperature drop on gas hydrate dissociation simulations were performed at 3 different temperatures of 275.15, 281.15, and 283.15 K. It was concluded that gas hydrate dissociation rate in case of formed hydrate on pipe wall is more than that of gas hydrate in the shape of sphere particles due to larger surface for heat and mass transfer. The hydrate dissociation rate decreases due to temperature drop and so hydrate dissociation time increases. The maximum of hydrate dissociation time for hydrate ball with 1.5 cm radius and the minimum of hydrate dissociation time for hydrate ball with 0.1 cm radius were respectively obtained equal to 1567.7 and 86.2 seconds. It can be concluded that hydrate dissociation occurs isothermal conditions and dissociation is controlled by mass transfer. Key Words : Gas hydrate, city gas station, hydrate formation, hydrate dissociation, kinetic model
در این پژوهش از روش ترمودینامیکی برای بررسی احتمال تشکیل هیدرات‌های گازی استفاده شد. ابتدا با توجه به ترکیب درصد گاز خروجی از ایستگاه‌های تقلیل فشار استان اصفهان و با استفاده از نرم‌افزار HydraFlash نمودار تعادلی تشکیل هیدرات رسم شد و با استفاده از این نمودار به مطالعه موردی احتمال تشکیل هیدرات در ایستگاه‌های تقلیل فشار کاشان، سمیرم و شهرک بهارستان پرداخته شد. نتیجه این مطالعه محتمل بودن تشکیل هیدرات در گاز خروجی از ایستگاه تقلیل فشار شهرک بهارستان و قطعیت تشکیل هیدرات‌ در گاز خروجی از ایستگاه‌های سمیرم و کاشان در صورت افت دما در فصول سرد سال بود. با توجه به نتیجه این مطالعه موردی که تائید کننده احتمال تشکیل هیدرات در خطوط انتقال بود، به شبیه‌سازی فرآیند تخریب هیدرات تشکیل‌شده در خطوط انتقال پرداخته شد. فرآیند شبیه‌سازی تخریب هیدرات گازی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی و با استفاده از مدل سینتیکی تخریب هیدرات بر مبنای تجزیه گرمایی در اثر انتقال گرمای هیدرات با جریان گاز و دیواره لوله و اثر هم‌زمان انتقال گرما و انتقال جرم، توسط نرم‌افزار فلوئنت انجام گرفت. شبیه سازی بر اساس دما، فشار، ترکیب درصد گاز طبیعی و اندازه خطوط انتقال گاز خروجی از ایستگاه های تقلیل فشار نام برده انجام گرفت. شبیه‌سازی فرآیند تخریب برای هیدرات‌های گازی در یک لوله 6 اینچی به طول 5/0 متر انجام گرفت. به‌منظور بررسی اثر شکل هیدرات‌های گازی تشکیل‌شده، هیدرات‌های گازی به‌صورت گلوله‌های هیدرات با شعاع‌های 1/0، 2/0، 3/0، 4/0، 5/0، 1 و 5/1 سانتی‌متر و هیدرات‌های تشکیل‌شده در دیواره لوله به‌صورت یک حلقه داخل لوله و با حجم برابر با گلوله‌های با شعاع 5/0، 1 و 5/1 سانتی‌متر در نظر گرفته شد. دمای گاز خروجی از ایستگاه‌های تقلیل فشار 15/283 کلوین است که در این پژوهش برای بررسی اثر افت دمای ناگهانی روی فرآیند تخریب هیدرات‌های گازی، فرآیند تخریب هیدرات در 3 دمای 15/275، 15/281 و 15/283 کلوین انجام گرفت. از بررسی اثر شکل هیدرات‌های گازی تشکیل‌شده، این نتیجه حاصل شد که نرخ تخریب هیدرات گازی در حالت هیدرات تشکیل‌شده روی دیواره لوله نسبت به هیدرات گازی به شکل ذرات کروی به دلیل سطح بیش‌تر انتقال حرارت و جرم بیش‌تر است. در اثر افت ناگهانی دما، نرخ تخریب هیدرات کاهش‌یافته و به‌دنبال آن مدت‌زمان تخریب هیدرات افزایش می‌یابد. بیشینه زمان تخریب هیدرات برای گلوله هیدرات با شعاع 5/1 سانتی متر و کمینه زمان تخریب برای گلوله هیدرات به شعاع 1/0 سانتی متر به‌ترتیب 7/1567 و 2/86 ثانیه به دست آمد. با توجه به این‌که هیدرات گازی در حال تخریب پس از مدت‌زمان ناچیزی از شروع فرآیند تخریب با جریان هم‌دما می‌شود، می‌توان گفت فرآیند تخریب هیدرات در شرایط هم‌دما انجام می‌شود و فرآیند انتقال جرم کنترل‌کننده فرآیند تخریب می باشد. کلمات کلیدی: هیدرات گازی، ایستگاه تقلیل فشار، تشکیل هیدرات، تخرب هیدرات، مدل سینتیکی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی