Skip to main content
SUPERVISOR
محمدرضا احسانی (استاد راهنما) امیر صرافی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ali Reza Purqasemi Rayeni
علی رضا پورقاسمی راینی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
Erosion, caused from solid particles is one of the most important problems of oil and gas industries. Presence of solid particles of sand, metal oxides and catalysts result in erosion and rupture in process equipment. Thus, prediction of erosion rate for preventing probable hazards is of paramount importance. With improvements of numerical methods and emergence of computational fluid dynamics, using CFD simulation as a reliable substitute for experiment in prediction of erosion rate has been taken into consideration. So, in current thesis, process of erosion caused from suspended solid particles in the gas distribution network has been simulated using CFD with Oka erosion model, at operational conditions of gas distribution network of Kerman city in winter. Stream of gas-solid, has been taken into consideration as a dilute stream and in accordance to distributed phase model. Interaction of particle-wall with the restitution coefficient model of Grant-Tabakoff has been simulated. Solid particles obey from non-uniform distribution of Rosin-Rammler and their volumetric fraction is lower than 10%. Thus, the interaction of particle-particle has been neglected. Turbulent stream has been simulated using k-? (Realizable). Erosion rate, in terms of rate of reduction of thickness of the wall has been predicted in 10, 20 and 30 m/s velocities and four geometries: short radius elbow, long radius elbow, direct stream tee and side stream polyethylene tee with 1in diameter. For validating the results of simulation and correction coefficients of angle functionality in the Oka’s erosion model for solid particles of dark powder and polyethylene wall, grid convergence index has been used. The results of simulation show that rate of reduction of thickness of the wall in the two long and short radius elbows are equal to each other for velocity of 10m/s. Upon increasing velocity of the fluid, rate of reduction of thickness of the wall for the short radius elbow reduces more than long radius elbow. By comparing pattern of erosion for two cases of uniform and non-uniform particle size distribution (Rosin-Rammler), in the long radius elbow, it is observed that uniform distribution of particle size concentrated erosion in the middle part of elbow curve. However, for the non-uniform particle size, the erosion pattern has increasing trend from beginning to the end of elbow. Also, functionality of corrected angle predicts the highest rate of erosion for non-uniform size distribution to occur at impact angle of 17 o . Keywords : Oka’s erosion model, Elbow, Tee, Polyethylene, Computational Fluid Dynamics
فرسایش ناشی از ذرات جامد یکی از مهم ترین مشکلات مرتبط با صنایع نفت و گاز می باشد. حضور ذرات جامد شن، اکسیدهای فلزی و کاتالیست ها منجر به فرسایش و شکست تجهیزات فرآیندی می شود. بنابراین پیش بینی نرخ فرسایش به منظور جلوگیری از خطرات احتمالی ناشی از شکست دارای اهمیت ویژه ای می باشد. با پیشرفت روش های عددی و معرفی دینامیک سیالات محاسباتی استفاده از شبیه سازی CFD به عنوان یک روش جایگزین آزمایشگاهی و قابل اطمینان در پیش بینی نرخ فرسایش مورد توجه قرار گرفته است. بدین ترتیب در پایان نامه اخیر، فرآیند فرسایش ناشی از ذرات جامد معلق در شبکه گاز رسانی در شرایط عملیاتی خطوط توزیع و انتقال گاز شهر کرمان در فصل زمستان با استفاده از مدل فرسایش اوکا بوسیله CFD شبیه سازی شده است. جریان گاز- جامد رقیق و منطبق بر مدل فاز پراکنده در نظر گرفته شده است. اندرکنش ذره- دیواره با مدل ضریب بازگشت گرانت-تاباکوف شبیه سازی شده است. ذرات جامد از توزیع غیر یکنواخت رزین- راملر پیروی کرده وکسر حجمی آن ها کمتر از %10 می باشد. بنابراین از اندرکنش ذره- ذره صرف نظر شده است. جریان آشفته با استفاده از مدلk-? (Realizable) شبیه سازی شده است. نرخ فرسایش بر حسب نرخ کاهش ضخامت دیواره در چهار هندسه زانویی شعاع کوتاه، زانویی شعاع بلند، سه راهی جریان مستقیم و سه راهی جریان انشعابی پلی اتیلن به قطر 1 اینچ در سه سرعت10، 20 و 30 متر بر ثانیه پیش بینی شده است. برای اعتبارسنجی نتایج شبیه سازی و هم چنین تصحیح ثوابت تابعیت زاویه در مدل فرسایش اوکا برای ذرات جامد پودر سیاه و دیواره پلی اتیلن از روش شاخص همگرایی شبکه استفاده شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که نرخ کاهش ضخامت دیواره در دو زانویی شعاع بلند و شعاع کوتاه در سرعت 10 متر بر ثانیه با یکدیگر برابر است. با افزایش سرعت سیال، نرخ کاهش ضخامت دیواره در زانویی شعاع کوتاه بیشتر از زانویی شعاع بلند افزایش می یابد. با مقایسه الگوی فرسایش دو نوع توزیع یکنواخت و غیر یکنواخت اندازه ذره (رزین-راملر) در زانویی شعاع بلند در شرایط یکسان مشاهده می شود که توزیع یکنواخت اندازه ذره منجر به فرسایش متمرکز در ناحیه میانی خم زانویی می شود. در حالی که توزیع غیر یکنواخت، الگوی فرسایش را از ابتدا تا انتهای زانویی بصورت افزایشی گسترش می دهد. همچنین تابعیت زاویه تصحیح شده بیشترین نرخ فرسایش توزیع غیر یکنواخت اندازه ذره را در زاویه برخورد 17درجه پیش بینی می کند. واژه های کلیدی : مدل فرسایش اوکا، زانویی، سه راهی، پلی اتیلن، دینامیک سیالات محاسباتی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی