پایان نامه مدل سازی دینامیکی رسوب واکس در خطوط لوله انتقال نفت خام

توضیحات

 پایان نامه مدل سازی دینامیکی رسوب واکس در خطوط لوله انتقال نفت خام دارای 117 صفحه می باشد و دارای تنظیمات و فهرست کامل در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد پایان نامه مدل سازی دینامیکی رسوب واکس در خطوط لوله انتقال نفت خام  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : توضیحات زیر بخشی از متن اصلی می باشد که بدون قالب و فرمت بندی کپی شده است

بخشی از فهرست مطالب پروژه پایان نامه مدل سازی دینامیکی رسوب واکس در خطوط لوله انتقال نفت خام

چکیده                  
مقدمه                  
فصل اول
1-1-ساختار بلوری(کریستالی)واکسهای پارافین جامد               
1-2- خصوصیات واکسهای پارافینی       
1-2-1- مقدمه               
1-2-2- حلالیت پارافینها (واکسهای پارافینی)   
1-2-3-تبلور واکسهای پارافینی         
1-2-4- ساختمان واکس ته نشین شده      
فصل دوم
2-1- مکانیزم رسوب واکس         
2-1-1- نفوذ مولکولی            
2-1-2- نفوذ براونی            
2-1-3- پراکندگی برش            
2-1-4- رسوب ثقلی            
2-2- سینیک رسوب واکس         
2-2-1- مکانیزم نفوذ مولکولی         
2-2-2- مکانیزم های انتقال نفوذ براونی و پراکندگی برش               
2-3- سرعت الحاق ذرات جامد در سطح مشترک جامد- مایع            
2-4-  ترکیب مکانیزم ها در سرعت رسوب   
2-5-اثر انتقال حرارت منفی و یا صفر      
فصل سوم
3-1- بررسی روشهای انجام شده         
3-2- تعادل دو فازی (جامد – مایع)      
فصل چهارم
4-1- تعادل دو فازی و سیستم رسوب واکس   
4-2- روابط مورد نیاز برای پیش بینی خواص بحرانی، گرمای نهان انجماد و تبخیر      
4-2-1- نقط انجماد            
4-2-2- دانسیته               
4-2-3- گرمای نهان انجماد         
4-3- پیش بینی رسوب واکس در لوله های انتقال نفت               
4-3-1-  فلاکس جرمی شعاعی         
4-3-2-محاسبه نسبت وزنی واکس بر حسب تابعی از z                
4-3-3- سیستم های باز و بسته         
4-4-  توزیع دما در داخل لوله         
4-5- اثرات ورودی سیّال         
4-6- مدل ریاضی محاسبات رسوب واکس در سیستم های خطوط انتقال نفت      
4-7- مدل محاسبات انتقال حرارت      
4-8 – مدل محاسبات تعادلی دوفازی (جامد- مایع)               
4-9- محاسبه گرمای تبخیر برشهای فرضی   
فصل پنجم
5-1- بررسی آزمایشگاهی         
5-2- بررسی اثر پارامترهای موثر بر روی تشکیل رسوب واکس در لوله         
فصل ششم
6-1- نتایج حاصل از حل مدل ریاضی      
عنوان                          صفحه
فصل هفتم
نتیجه گیری و پیشنهادات            
پیوستها
پیوست الف               
پیوست ب               
منابع و مآخذ
فهرست منابع فارسی            
فهرست منابع غیر فارسی            
چکیده غیر فارسی            

بخشی از فهرست مطالب پروژه پایان نامه مدل سازی دینامیکی رسوب واکس در خطوط لوله انتقال نفت خام

1-قائدیان،م.، بررسی عوامل موثر در فرایند واکس گیری برشهای روغن و ارائه مدل ترمودینامیکی مناسب، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده فنی و مهندسی

2-صابری،ح.ر.،1370،بررسی پدیده رسوب واکس،پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده فنی و مهندسی

بخشی از فهرست مطالب پروژه پایان نامه مدل سازی دینامیکی رسوب واکس در خطوط لوله انتقال نفت خام

3-Firoozavadi,A.,Prausnitz,M.,1996,AIChe Journal,Vol

4-Souza Mendes,P.R.,Braga,S.L.,1996,Gradual obstruction of circular conduits during the flow or Waxy crude oils,ASME Journal of Fluids Engineering,pp.722-

5-Riberio,F.S.,1996,Paraffin deposition in petroleum pipelines, Universiadade Catolica do Rio de Jeneiro

6-Freund,M.,1982,paraffin Prouducts,Elsevier Scientific

Publishing Company,pp.11-

7-Misra,S.,1995,Paraffin problem in crude oil production and transportatio ,SPE Production & Facilities

8-Weingarten,J.S., Euchner,J.A.,1988,Methods for Predicting Wax Precipitation and Deposition

9-Os Kin,I.A.,1973, Role of Asphaltenes in Crystallization of Paraffin, Neft. Khoz.

10-Rauglin,V.A.,Lyushin,S.F.,1975,The Crystallization Temperature of Waxes in Petroleum of Bashkira, Tr. Bashk. Gas. Nauchnoissled Preektn. Inst. Neft, Promsti

11- Berger, E.d., Perkis, T.K.,Striegler, J.H.,1981,Studies of Wax Deposition in Trans Alaska Pipeline.

12-Green, H.L.,Lane, W.R.,1959, Particulate cloud Dust smokes and Mists. E&f.N.SPONLTD., LONDON

13-Flavio,S.,Ribeir,O.,Paulor,M.,Sergio,L.,1997,Observation of Pipeline due to Paraffin Deposition During The Flow of Crude Oil,Heat Mass Transfer Journal,Vol

14-Addison,G.E.,1984,Paraffin control more cost-effective.Eostern Regional Meeting of the AIME Society of Petroleum Engineering,SPE Report No

15-Bott,T.R.,Gudmundsson,J. S.,1977,Deposition of paraffin wax from kerosene in cooled Heat Exchanger Tubes, Journal of Chemical Engineering,Vol

16-Bern,P.A.,Withers,V.R.,Carins,R.J.R.,1980,Wax Deposition In Crude Oil Pipeline,European Offshore Petroleum Conference,London

17-Asperger,R.G.,Sattler,R.E.,Tolonen,W.J.,potchford,A.C.,1981,Prediction of Wax Buildup in 24 inch cold, Deep Sea Oil Loaing Line

18-Won,K.W.,1986,Thermodynamics for Solid Solution-Liquid-Vapor Equilibria:Wax Phase Formation form Heavy Hydrocarbon Mixtures,Fluid Phase Equilibria

19-Hansen,J.H.,Fredenslund,A.,SchouPedersen,k.,Tonningsen,H.p.,1985,A Thermodynamic Model for Predicting Wax formation in Crude

20-Majeed,A.,Bringed,B.,overa,B.,1990,Model Calculates Wax Deposition for N. Sea Oil,oil & Gas journal ,pp.63-

21-Svendsen,J.A.,1993,Mathematical Modeling of Wax Deposition in Oil Pipeline system, AICHE Journal

22-Wayine,C.,1983,APPLIED HYDROCARBON THEMODYNAMICS,Vol

23-Mcclaflin,G.G.,Whitfill,D.L.,1984,Control of Paruffin Deposition in Production Operations, Journal of petroleum technology

24-Prausnitz,J.M.,1969,Molecular Thermodynalics of fluid Phase Equilibria

25-Won,K.W.,1985,Continuous thermodynamics for solid liquid Equilibria Wax formation from Heavy Hydrocarbon mixture,AICHE Journal

26-Ride,R.C.,Prausnitz,J.M.,Sherwood,T.K.,1977,The properties of Gases & liquids, McGraw Hill book company

27-Kesler,G.K.,Lee,B.I.,1976,Improved prediction of Enthalpy of fraction,Hydrocarbon processing

28-Cooney,D.O.,shin-seung,K.,James,D.,1974,Analyses of Mass Transfer in Hemodialyzers for Laminar Blood Flow and Homogeneous Dialysate,Vol.29,pp.1731-

29-Abramowitz,M.,Stegun,I.A.,1965,Handbook of Mathematical Functions,pp.503-

30-Brodkey,R.S.,1967,The Phenomena of Fluid Motions,pp.129-

31-Burger,E.D.,Perkins,T.K.,Striegler,G.H.,1981,Studies of Waxy Deposition in the Trans Alaska Pipelines,ARCO Oil and Gas Company,Journal of petroleum Technology

32-Sandeep,T.,2000,Modeling of wax deposition in crude oil carrying pipeline,Petroleum Research center University of Utah

33-Islam,M.R.,2001,Measurment and Modeling of Wax Deposition in Crude Oil

Pipeline,SPE,Faculty of Enginering, Dalhousie University, Nova Scotia,Canada

34-VersanKok,M.,Saracoglu,O.,2001,Mathematical Modelingof Wax Deposition in Crude Oil Pipeline Systems, Middle East Technical University,Turkey

35-Davidson,R.,Dzuy,Q.,Cheng,C.,2004,A model for restart of a pipeline with comperessible gelled waxy crude oil,Univercity of Melborn

چکیده

نفت خام مخلوطی از هیدروکربنهای سبک و سنگین می باشد.با کاهش دمای نفت حلالیت هیدروکربنهای سنگین کاهش می یابدو سبب رسوب این اجزاء به فرم کریستالهای جامد واکس    می­شود همچنین آسفالتن نیز ممکن است همراه با کریستالهای واکس رسوب کند

این پدیده مشکلات فراوانی را در خطوط انتقال نفت خام و دستگاههای فرایند بخصوص در فصل زمستان ایجاد می کند.اگر نفت در طول انتقال سرد شود کریستالهای واکس بر روی جداره های داخلی لوله رسوب میکند.رسوب واکس زبری سطح داخلی لوله را افزایش می دهد و افت فشار در خط لوله افزایش می یابد همچنین قطر مؤثر لوله کاهش مـی یابد و به مرور ممکن اسـت با افـزایش ضخامت رسوب ظرفیت خط لوله کاهش یابدومشکلات واکس روبی را بوجود آورد.رسوبات واکس در دستگاههای فرآیند باعث مشکلات عملیاتی و در شرایطی باعث از کار افتادن آنها می شود

علاوه بر موارد فوق کریستالهای واکس ممکن است سبب ژل شدن نفت خام گردد که مشکلات دوباره راه اندازی کردن خط لوله را به همراه خواهد داشت

اطلاعات موجود در زمینه میزان رسوب واکس در لوله های انتقال نفت بسیار کمیاب است

این پروژه در دو قسمت تجربی و ارائه مدل ریاضی برای پیش بینی میزان رسوب واکس در لوله های خطوط انتقال نفت برای یک سیستم چند جزئی هیدروکربن انجام شده است

در قسمت اول با بدست آوردن توزیع انتقال حرارت یک سیال نیوتونی در جریان آرام در لوله و استفاده از قانون نفوذ مولکولی و مدل تعادلی فازها محاسبات میزان رسوب واکس در لوله انجام    می شود. میزان رسوب بر حسب تابعی از زمان و طول لوله و همچنین توزیع وزن مولکولی رسوب در هر مقطع از لوله قابل پیش بینی است. در بخش تجربی پروژه آزمایشاتی بر روی مخلوط    واکس

نفتی در حلال تولوئن برای بررسی اثرات دبی جریان و ترکیب درصد خوراک و طول و دمای جداره

داخلی لوله و دمای سیال ورودی به لوله در میزان رسوب انجام شد و نتایج حاصله با مقادیر بدست آمده از مدل مقایسه شده است

مقدمه

همواره شکستگی و ترکیدگی لوله های انتقال نفت خام جزء حوادث نفتی در گوشه و کنار دنیا بوده است که می تواند به دلایل متفاوتی صورت گیرد که از مهمترین این دلایل افزایش فشار خطوط لوله به دلیل ایجاد رسوب واکسها و آسفالتها می باشد که هر کدام ممکن است در شرایط کاملاً متضاد هم رسوب کنند. به عنوان نمونه رسوب آسفالتین با افزایش فشار کاهش می یابد در صورتیکه میزان رسوب واکس با کاهش فشار کم می شود به همین علت روش های محاسبه میزان رسوب هر یک متفاوت است

رسوب واکس زبری لوله را افزایش داده و افت فشار را زیاد می کند، همچنین قطر موثر لوله کاهش یافته و به مرور ممکن است با افزایش ضخامت رسوب ظرفیت خط لوله کاهش یابد

روشهای مختلفی برای بر طرف کردن رسوب در خط لوله استفاده می شود از جمله

1) واکس روبی مکانیکی که واکس تراش رسوب را به صورت مکانیکی از جداره لوله پاک
می کند که این روش برای لایه های نازک رسوب مناسب است و برای نفت با درصد بالای واکس هزینه بر خواهد بود

2) واکس روبی حرارتی که با این روش افت حرارتی ناشی از تشعشع را به حداقل رسانده و از سیستمهای گرمایش خارجی استفاده می شود. عایق کردن یا بخار زنی به لوله، عبور دادن روغن یا آب داغ از اطراف لوله از روشهای کاهش افت حرارتی می باشد

3) کنترل تشکیل واکس به طریق شیمیایی که شامل دو روش می باشد

الف- استفاده از حلال برای حل کردن رسوب

ب- استفاده از مواد شیمیایی که سبب کاهش رشد کریستالهای واکس یا چسبیدن آنها به جداره داخلی لوله می شوند

4) روش ترکیبی که بسته به تجربیات قبلی تلفیقی از سه روش ذکر شده می باشد

با توجه به موارد ذکر شده اهمیت پیش بینی تشکیل واکس مشخص می باشد و در این پایان نامه ما به بررسی موارد زیر می پردازیم

– شناخت ساختار ظاهری و شیمیایی واکس و مکانیسم رسوب واکس

– بررسی ترمودینامیکی رسوب واکس (تعادل فازها)

– مدل ریاضی رسوب واکس

اطلاعات ورودی به مدل خواص فیزیکی و توزیع مولکولی سیال و شرایط عملیاتی می باشد.

1-1- ساختار بلوری(کریستالی)واکسهای پارافین جامد

منظور از ساختمان بلوری چیزی است که در آن اجزاء مولکولی یا اتمی، حول یکسری نقاط مشخص از یک شبکه منظم هندسی، با فرکانس و دامنه ای که وابسته به دما می باشند، نوسان می کنند. این شبکه منظم، بطور پیوسته خود را از لحاظ شکل، اندازه و موقعیت فضایی تکرار می کند. از تکرار این شبکه یک کریستال یا بلور بدست می آید.(6)

بسته به اینکه تبلور یا ایجاد بلور، از ماده مذاب و یا از محلول ماده ناشی می گردد، شکلها و اندازه های وجه تشکیل یافته، در فرایند تبلور یک ماده خاص، متفاوت می باشند

در فضای خالی بین کریستالها، عمل تبلور تا وقتی که تمام مذاب به حالت بلوری درآید، ادامه پیدا می کند

کریستالهای ترکیبات آلی بلوری، معمولاً از تقارن کمتری برخوردارند. فقط ترکیبات محدودی، بلورهای مکعبی، چهار وجهی و شش وجهی تشکیل می دهند، بخش عمده کریستالهای آلی بصورت orthorhombic و mono clinic می باشند

در حین عمل سرد کردن مذاب، عمل تبلور همیشه از تشکیل هسته ها شروع می شود. میزان توانایی انجام عمل تبلور در یک مذاب و معمولاً با مقدار هسته های تشکیل شده در واحد حجم و در واحد زمان بیان  می گردد. تشکیل هسته همیشه در دمایی زیر دمای ذوب شروع می گردد(super cooling). کاهش بیشتری در دما و یعنی افزایش super cooling،  در مرحله اول، باعث  افزایش ظرفیت عمل تبلور، تا  یک مقدار ماکزیمم می گردد، که بد از آن، توانایی (ظرفیت) عمل تبلور در تشکیل بلور، کاهش می یابد. از اینجا ناشی می شود که با افزایش super cooling تا یک حد معلوم و معین، احتمال برقراری ثبات آرایش (نظم) مولکولی یا اتمی لازم برای عمل تبلور، افزایش می یابد. بعد از رسیدن به این حد، تا جائیکه واسطه (محیط) لزج از نفوذ مولکولها و در نتیجه برقراری چنین آرایشی ممانعت کند، لزجت مذاب افزایش می یابد

در این فرایندهای تبلور، معمولاً کریستالهای بسیار ریز، نقش هسته بلورها را دارند

اتمها و مولکولهایی که بوسیله نیروهای شبکه ای در شبکه کریستالها نگه داشته شده اند، بر مواد مذاب نیروهای جاذبه ای اعمال می کند که همین نیروها باعث تشکیل پیوند بیشتر، از ماده مذاب می شود و در نتیجه همین نیروهاست که کریستالهای بسیار ریز، توانایی رشد پیدا می کنند

سرعت رشد کریستال، که سرعت عمل تبلور (کریستالیزاسیون) نیز می باشد، بصورت رشد خطی کریستالها بر حسب واحد زمان (cm/s) تعریف می گردد. سرعت عمل تبلور تابعی است از جهت گیری مولکولها و اتمها در شبکه کریستالی، دمای تبلور و میزان super cooling.

هسته زایی و رشد کریستالها فرایندهای موازی هستند. سرعت نسبی این دو فرایند، کنترل کننده ساختمان نهایی شبکه کریستالی مواد بلورین است. وقتی که سرعت نسبی هسته زایی و رشد بلور را بر حسب تابعی از super cooling مطالعه می کنیم، با چندین سیستمی که از لحاظ خواص، متفاوت هستند مواجه       می گردیم

به هر حال نه تنها هسته های همان ماده مشخص، بلکه هسته های خارجی، بر روی ساختمان بلورهای در حال تشکیل، تأثیر می گذارند. ماهیت و میزان تأثیر این ناخالصی ها خیلی متفاوتند

در بعضی حالتها آنها به عنوان یک هسته عمل می کنند، در حالیکه در حالات دیگر از رشد کریستالها ممانعت می کنند

ساختمان بلوری، واکسهای پارافینی با بلور  درشت را با چشم  غیر مسلح می توان دید. در حالیکه بلورهای ریز را نمی توان بدون میکروسکوپ دید. با افزایش نقطه جوش واکسهای پارافینی اندازه بلورهای واکس کاهش می یابد. واکسهای پارافینی با بلورهای ریز، وزن مولکولی، چگالی و ضریب شکست بالاتری نسبت به واکسهای پارافینی با بلورهای درشت دارند. خاصیت مهم واکسهای پارافینی با بلورهای ریز این است که

نسبت به واکسهای پارافینی با بلورهای درشت نفت بیشتری را در خود نگه می دارند. و این خاصیت هم از لحاظ انجام فرایند و هم از لحاظ کاربرد مهم است.(6)

1-2- خصوصیات واکسهای پارافینی

1-2-1- مقدمه

واکسهای پارافینی ترکیبات آلی هستند که در شرایط عادی، در نفت خام محلول می باشند. این مواد وزن مولکولی نسبتا بالایی داشته و سری های همولوگ متفاوتی تشکیل می دهند. ترکیبات شناخته شده ای که احتمالا در رسوب وجود دارند عبارتند از

1- هیدروکربنهای آلفاتیک (هم زنجیر مستقیم و هم شاخه دار) {نرمال پارفین ها، ایزو پارافینها}

2- هیدروکربن های آروماتیکی

3- نفتنها (سیکلوآلکانها)

4- رزینها و آسفالتین

این ترکیبات هم بصورت خالص و هم به صورت ترکیبی از یکدیگر می توانند در نفت خام وجود داشته باشند. طول و تعداد زنجیره های کناری و حضور سیکلو آلکانها و آروماتیکها و حلقه های فشرده، اثر بسیار زیادی بر روی نقطه ذوب، نقطه جوش و حلالیت این ترکیبات (واکسهای پارافینی) در نفت خام دارند

نرمال پارافینها به عنوان اجزاء اساسی شناخته شده واکسهای با بلورهای درشت (Macrocristaline)، سبب تشکیل بلورهای سوزنی شکل می گردند. پارافینهای شاخه دار، بخش عمده واکسهای با بلورهای ریز را تشکیل می دهند. هیدروکربنهای آروماتیکی و نفتنی با زنجیر بلند و مستقیم در ایجاد واکسهای با بلورهای ریز دخالت داشته و بر روی نوع رشد بلورهای درشت واکس اثر مقابل ملاحظه ای دارند. بلورهای درشت واکسها باعث ایجاد مسائل تشکیل رسوب واکس جامد، در عملیاتهای تولید و انتقال نفت خام می شوند و بلورهای ریز واکسها بیشتر در تشکیل رسوبات و لجنها در قسمت کف تانکهای ذخیره دخالت دارند

بطور قطعی معلوم گردیده است که رسوب تشکیل شده در طی عملیاتهای تولید و انتقال نفت خام، اغلب شامل پارافینها بوده و مقدار کمتری از پارافینهای زنجیری شاخه دار، حلقوی و آروماتیکها را شامل         می شوند. (7)

1-2-2- حلالیت پارافینها (واکسهای پارافینی)

اجزاء سبک سهم قابل ملاحظه ای در حلالیت واکسها دارند. حلالیت واکسها با کاهش دما، کاهش می یابد و در نزدیکی نقاط ذوب تغییر زیادی از خود نشان می دهد

مطالعات انجام شده نشان داده اند که آب تاثیری بر حالیت پارافینها ندارد، و همچنین رسوبات واکس بیشتر از همه در دی سولفید کربن حل می شوند. حضور دی سولفید کربن در دیگر حلالها، حلالیت آنها را بهتر می کند

1-2-3- تبلور واکسهای پارافینی

حلالیت واکسهای پارافینی نسبت به تغییر دما، خیلی حساس است، بطوریکه عواملی که باعث کاهش دما می شوند، سبب تبلور واکسهای پارافینی می گردند. در شرایط تعادلی مخزن، واکسهای پارافینی به عنوان اجزاء محلول در نفت خام باقی می مانند. وقتی این حالت تعادل بوسیله عواملی مانند تغییر فشار و دما   بهم زده می شود، پارافین ممکن است متبلور شده و رسوب کند.یکی دیگر از عوامل نفوذ کردن پارافینها خارج شدن اجزاء سبک موجود در نفت است. (این اجزاء همانند حلالهای طبیعی رفتار می کنند). مشاهده شده است که بعد از اینکه گازهای موجود در نفت خام، بدلیل کاهش فشار خارج می شوند، دمای تبلور واکس افزایش می یابد.(8) دمای مخزن از دمای بحرانی اجزای سبک مانند متان، اتان و غیره و گازهای   غیر هیدروکربنی مانند N₂ و CO₂ و ; بیشتر است. ولی بدلیل فشار مخازن این اجزای سبک بصورت محلول در یک حالت فوق بحرانی باقی می مانند. این اجزاء سبک فوق بحرانی، تمایل به حل کردن اجزاء سنگین دارند

با افزایش مقدار آسفالتین و قیر در نفت، حلالیت پارافین ها کاهش می یابد. با وجود این مشاهده شده است که عمل ته نشین شدن واکسها با افزایش مقدار آسفالتین و قیر، کاهش می یابد.(9) آسفالتین بدلیل حالت کلوئیدی خود، از شدت یافتن تبلور پارافین ها از محلول نفتی جلوگیری می کند(بدلیل کاهش رشد بلورها و بهم پیوستن آنها)

1-2-4- ساختمان واکس ته نشین شده

بعضی از محققین  حضور واکسهای بلوری و Amorphouse (بی شکل) را در نفت خام گزارش کرده اند و بعضی دیگر بر این باورند که واکسهای موجود در نفت خام فقط ماهیت بلوری دارند

ثابت شده است که در بیشتر شرایط مطلوب، واکسها شبکه Orthorhombic تشکیل می دهند. اما تغییر این شرایط، ترکیبی از شبکه های هگزاگونل (شش وجهی) و Orthorhombic را بوجود می آورد.(7)

2-1- مکانیزم رسوب واکس

برای دریافت اینجا کلیک کنید