شبیه سازی عددی خط لوله گاز طبیعی در فازهای متراکم و ترکیبی

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران
2 استاد، گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران
3 دانشیار، گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران
20.1001.1/jgt.2024.2040645.1047
چکیده
 انتقال گاز طبیعی از طریق خطوط لوله به دلیل مقرون‌به‌صرفه بودن نسبت به سایر روش‌ها به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این حال، حمل گاز طبیعی از طریق خطوط لوله با چالش‌هایی مانند مصرف بالای انرژی، افت فشار قابل‌توجه و مشکلات جریان دو‌فازی مواجه است. در این مطالعه، انتقال گاز طبیعی در فازهای متراکم، ترکیبی (مناطق فاز متراکم و نزدیک به فاز متراکم) و دو فازی برای کاهش برخی از این محدودیت‌ها مورد بررسی قرار گرفت. علاوه بر این، مدل‌های ریاضی با فرم درجه دوم برای افت فشار در فاز متراکم و حالت ترکیبی بر اساس قطر، جریان جرمی و طول خط لوله پیشنهاد شدند. بر اساس این مدل‌ها، قطر خط لوله تأثیر بیشتری بر افت فشار نسبت به دبی و طول خط لوله داشت. نتایج همچنین نشان داد که مصرف انرژی مبدل حرارتی برای حالت ترکیبی ۳۵ درصد کمتر از فاز متراکم است. به‌طور متوسط، چگالی در فازهای متراکم و ترکیبی ۵/۲ برابر بیشتر از جریان دو‌فازی حاصل شد. افت فشار و سرعت در فازهای متراکم و ترکیبی ۲/۲ برابر کمتر از شرایط جریان دو‌فازی به دست آمد. همچنین، ظرفیت خط لوله برای انتقال گاز طبیعی در فازهای متراکم و ترکیبی ۵۲ درصد بیشتر از انتقال گاز در شرایط دو‌فازی محاسبه شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Abd, A. A., Naji, S. Z., & Hashim, A. S. (2020). Effects of non-hydrocarbons impurities on the typical natural gas mixture flows through a pipeline. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 76, 103218.
Almara, L.M., Wang, G.-X. and Prasad, V. 2023. Conditions and thermophysical properties for transport of hydrocarbons and natural gas at high pressures: Dense phase and anomalous supercritical state. Gas Science and Engineering 117, 205072.
Bezerra, M.A., Santelli, R.E., Oliveira, E.P., Villar, L.S. and Escaleira, L.A. 2008. Response surface methodology (RSM) as a tool for optimization in analytical chemistry. Talanta 76(5), 965-977.
Botros, K.K. 2002. Performance of five equations of state for the prediction of VLE and densities of natural gas mixtures in the dense phase region. Chemical Engineering Communications 189(2), 151-172.
Brokaw, R.S. 1965. Approximate formulas for the viscosity and thermal conductivity of gas mixtures. II. The Journal of Chemical Physics 42(4), 1140-1146.
Chaczykowski, M. and Osiadacz, A.J. 2012. Dynamic simulation of pipelines containing dense phase/supercritical CO2-rich mixtures for carbon capture and storage. International Journal of Greenhouse Gas Control 9, 446-456.
Chen, C., Li, C., Reniers, G. and Yang, F. 2021. Safety and security of oil and gas pipeline transportation: A systematic analysis of research trends and future needs using WoS. Journal of Cleaner Production 279, 123583.
Cristello, J. B., Yang, J. M., Hugo, R., Lee, Y., & Park, S. S. (2023). Feasibility analysis of blending hydrogen into natural gas networks. International Journal of Hydrogen Energy, 48(46), 17605-17629.
Dorao, C. and Fernandino, M. 2011. Simulation of transients in natural gas pipelines. Journal of Natural Gas Science and Engineering 3(1), 349-355.
Faramawy, S., Zaki, T. and Sakr, A.-E.  2016. Natural gas origin, composition, and processing: A review. Journal of Natural Gas Science and Engineering 34, 34-54.
Gato, L. and Henriques, J. 2005. Dynamic behaviour of high-pressure natural-gas flow in pipelines. International Journal of Heat and fluid flow 26(5), 817-825.
Gregory, G., Aziz, K. and Moore, R. 1979. Computer Design of Dense-Phase Pipelines. Journal of Petroleum Technology 31(01), 40-50.
Haaland, S.E. 1983. Simple and explicit formulas for the friction factor in turbulent pipe flow.
Helgaker, J.F. and Ytrehus, T. 2012. Coupling between continuity/momentum and energy equation in 1D gas flow. Energy Procedia 26, 82-89.
Lanzano, G., Salzano, E., de Magistris, F.S. and Fabbrocino, G. 2013. Seismic vulnerability of natural gas pipelines. Reliability Engineering & System Safety 117, 73-80.
Mokhatab, S. 2007. Explicit method predicts temperature and pressure profiles of gas-condensate pipelines. Energy Sources, Part A 29(9), 781-789.
Mokhatab, S., Poe, W.A. and Mak, J.Y. (2018) Handbook of natural gas transmission and processing: principles and practices, Gulf professional publishing.
Moore, R., Bishnoi, P. and Donnelly, J. 1980. Rigorous design of high pressure natural gas pipelines using BWR equation of state. The Canadian Journal of Chemical Engineering 58(1), 103-112.
Peretti, A. and Toth, P. 1982. Optimization of a pipe-line for the natural gas transportation. European journal of operational research 11(3), 247-254.
Prasad, V., Almara, L.M. and Wang, G.-X. 2023. Ultra-long-distance transport of supercritical natural gas (SNG) at very-high mass flow rates via pipelines through land, underground, water bodies, and ocean. Gas Science and Engineering 117, 205053.
Saffari, H. and Zahedi, A. 2013. A new alpha-function for the Peng-Robinson equation of state: application to natural gas. Chinese Journal of Chemical Engineering 21(10), 1155-1161.
Said, K.A.M. and Amin, M.A.M. 2015. Overview on the response surface methodology (RSM) in extraction processes. Journal of Applied Science & Process Engineering 2(1), 8-17.
Shariati, A., Moshfeghian, M. and Maddox, R. 1999. Effect of C6+ characterization on two-phase flow pipelines. International Journal of Modelling and Simulation 19(4), 352-356.
Sletfjerding, E. (1999). Friction factor in smooth and rough gas pipelines. An experimental study.
Teng, L., Zhang, D., Li, Y., Wang, W., Wang, L., Hu, Q., Ye, X., Bian, J. and Teng, W. 2016. Multiphase mixture model to predict temperature drop in highly choked conditions in CO2 enhanced oil recovery. Applied Thermal Engineering 108, 670-679.
Thomas, S. and Dawe, R.A. 2003. Review of ways to transport natural gas energy from countries which do not need the gas for domestic use. Energy 28(14), 1461-1477.
Vargas-Vera, B.-H., Rada-Santiago, A.-M. and Cabarcas-Simancas, M.-E. 2020. Gas transport at dense phase conditions for the development of deepwater fields in the Colombian Caribbean sea. CT&F-Ciencia, Tecnología y Futuro 10(1), 17-32.
Wei, Q., Zhou, P. and Shi, X. 2023. The congestion cost of pipeline networks under third-party access in China's natural gas market. Energy 284, 128521.
Witkowski, A., Rusin, A., Majkut, M. and Stolecka, K. 2018. Analysis of compression and transport of the methane/hydrogen mixture in existing natural gas pipelines. International Journal of Pressure Vessels and Piping 166, 24-34.
Zhang, Z. Wang, G., Massarotto, P., & Rudolph, V. (2006). Optimization of pipeline transport for CO2 sequestration. Energy Conversion and Management, 47(6), 702-715.
Zivdar, M. 2021. Natural gas transmission in dense phase mode. Journal of Gas Technology. JGT 6(2).