طراحی خطوط لوله در صنعت نفت

در صنایع نفت در کشور ایران با وجود مناطقی چون پارس جنوبی، خارک و آزادگان، طراحی خطوط لوله از جایگاه ویژه‌ای برخوردار است. در طراحی خطوط لوله متغیرهای مهمی همچون افت فشار، سرعت سیال و مسائل اقتصادی نقش تعیین کننده‌ای دارند. برای چنین امری روشها و روابط گوناگونی پیشنهاد شده است. در این بین انتخاب روش و معادله مناسب با توجه به شرایط طراحی و ماهیت سیال از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در این مطالعه تلاش شده است تا با استفاده از منابع و اطلاعات معتبری مانند GPSA ، EXXON ، API روشها و معادلات در شرایط ، یکسان مورد مقایسه، بررسی و ارزیابی قرار گیرد و بهترین روش با توجه به شرایط معرفی گردد. روشهای فوق برای خطوطی از واحد ١٠۵ (واحد بازیافت اتان) فازهای ٩ و ١٠ پارس جنوبی مورد استفاده قرار گرفته است و نتایج حاصل شده با یکدیگر و همچنین با اطلاعات ارائه شده از سوی طراح مقایسه شده است. نتایج این بررسی نشان می‌دهد در بخش سیالات تکفازی مایع، مهمترین متغیر تاثیر گذار بر روی اندازه خط لوله، ضریب اصطکاک و روش محاسبه آن می باشد. استاندارد انجمن نفت امریکا نتایج بهتری را در این مورد حاصل می‌کند. در بخش سیالات تک فازی گاز، روشهای تجربی بر معادلات عمومی ارجح بوده و محاسبات نشان میدهد روش EXXON خطای کمتری را نسبت به دیگر روشها ایجاد مینماید. API، با تخمین سرعت ۶.۶١ متر بر ثانیه برای سیال گازی، ٨ درصد خطا نسبت به داده‌های طراح نشان میدهد. در بخش سیالات دوفازی روش مرجع GPSA بهترین نتایج را برای تعیین الگوی جریان و محاسبات افت فشار با مقدار ١ درصد خطا حاصل میکند. این در حالیست که خطا برای EXXON مقدار ٨ درصد می‌باشد که علت آن عدم لحاظ تجمع مایع در محاسبات است.

مقدمه طراحی خط لوله

خطوط لوله, گستره وسیعی از مواد (تک فازی و دو فازی) را در یک فرآیند و یا در طول صدها کیلومتر با عبور از مرزهای بین‌المللی جابجا مینمایند. علاوه بر انتقال سیالات، این خطوط در واحدهای صنعتی نیز مورد استفاده قرار میگیرند. از آنجائیکه خطوط لوله مهمترین و ساده‌ترین روش برای انتقال سیالات میباشند، دانش طراحی آنها بسیار مهم جلوه مینماید. در این راستا مهمترین معیار طراحی خطوط لوله، محاسبات افت فشار مربوط به سیالات میباشدبرای چنین امری روشهای متنوع و گوناگون پیشنهاد شده است در این مطالعه، از چندین روش متداول و معتبر جهت محاسبات افت فشار در هر دو بخش سیالات تک فازی و دوفازی استفاده شده است که از جمله میتوان به توصیه‌های انجمن نفت امریکا ( استاندارد API ) اطلاعات شرکت مهندسی EXXON و مراجعی چون GPSA اشاره کرد. برای مقایسه روشهای استفاده شده، نتایج برای خطوطی از واحد ۱۰۵ فازهای ۹ و ۱۰ پارس جنوبی مورد آزمون قرار گرفته که در ادامه توضیح داده میشود.

روشهای انتخاب روش طراحی خط لوله

در بسیاری از طراحی های خطوط لوله، فاکتور مهم برای یافتن قطر داخلی لوله (محل عبور مقدار مشخص سیال) افت فشار است. این موضوع اغلب شامل یک رابطه حدس و خطا است. اگر افت فشار محاسبه شده بسیار بزرگ باشد، قطر بزرگ‌تری برای حدس بعدی انتخاب می‌شود و اگر افت فشار کوچک تر از مقدار لازم باشد، قطر کوچک‌تری از لوله انتخاب خواهد شد. در مورد مواد ساختمانی گران قیمت، یک آنالیز اقتصادی برای یافتن بهترین اندازه خط لازم به نظر میرسد. در مورد فشارهای خیلی بالا و خطوط بخار نیز، یافتن اندازه خط لوله به روشی مشابه ضروری خواهد بود. در قسمت سیالات تک فازی مایع، شرکت EXXON لوله‌ها را برای محاسبه افت فشار به چهار بخش مستقیم افقی با سطح مقطع ثابت، مستقیم افقی با تغییرات سطح مقطع، غیر افقی با سطح مقطع ثابت و غیر افقی با سطح مقطع متغیر تقسیم میکند. در همین قسمت انجمن نفت امریکا دو رابطه برای محاسبه سرعت متوسط مایع و افت فشار بیان می کند. در روش HAZEN- WILLIAMS دبی جریان مایع بر اساس افت فشار مرتب می‌شود و در روش MOODY از افت فشار شتابی صرفنظر شده و تنها ترم های اصطکاکی و ارتفاعی مورد بحث قرار می گیرند. در قسمت سیالات تک فازی گاز شرکت EXXON. روش تفصیلی و نموداری را ارائه میدهد .مرجع API پس ار بیان معادله عمومی افت فشار روابط تجربی چون معادلات ،Weymouth  Spitz Glass ، PANHANDLE را توصیه میکند. روش PANHANDLE B از ترم افت فشار شتابی برای گاز صرفنظر کرده و انجمن گاز آمریکا دبی سیال گازی شکل را بر اساس افت فشار مرتب می‌کند. در بخش سیالات دو فازی، شرکت EXXON دو روش با در نظر گرفتن تجمع مایع و بدون لحاظ آن ارائه میدهد API به محاسبه سرعت و دانسیته مخلوط دوفازی پرداخته سپس معادله‌ای برای افت فشار مرتب می‌کند. در روش Beggs and Brill ضریب اصطکاک و تجمع ، مایع وابسته به الگوی جریان هستند و در روش GPSA رژیم جریان دوفازی با توجه به سرعت های ظاهری گاز و مایع بیان می‌شوند از دیگر روشهای موجود در بخش سیالات دوفازی می‌توان به روشهای ارائه شده توسط Taitel & Dukler ،Olgas ، که روش خاصی را برای تعیین ر ژیم جریان ارائه داده‌اند Glegory et al ،Olieman ,Govier & Aziz اشاره کرد.

روشهای تعیین نمودن اندازه خط لوله