Análise numérica do escoamento água-óleo em um separador gravitacional horizontal
A typical oil reservoir contains oil, natural gas and water. This mixture is transferred to a primary processing plant, which consists of a set of equipment with the purpose of separating the phases. Generally, the gravity separator is the first and largest processing equipment in a primary processi...
| Autor principal: | Weller, Daniel Rodrigues |
|---|---|
| Formato: | Dissertação |
| Idioma: | Português |
| Publicado em: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
2022
|
| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30025 |
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riut-1-300252022-10-28T06:06:43Z Análise numérica do escoamento água-óleo em um separador gravitacional horizontal Numerical analysis of water-oil flow in a horizontal gravitational separator Weller, Daniel Rodrigues Santos, Paulo Henrique Dias dos http://lattes.cnpq.br/5701155189630566 Silva, Fabricio Soares da http://lattes.cnpq.br/9601989797504600 Marcelino Neto, Moisés Alves https://orcid.org/0000-0001-5492-6640 http://lattes.cnpq.br/2071333457212415 Santos, Paulo Henrique Dias dos http://lattes.cnpq.br/5701155189630566 Flotação Escoamento multifásico Simulação (Computadores) Modelos matemáticos Medidores de fluxo Partição de fases Flotation Multiphase flow Computer simulation Mathematical models Flow meters Phase partition CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA Engenharia Mecânica A typical oil reservoir contains oil, natural gas and water. This mixture is transferred to a primary processing plant, which consists of a set of equipment with the purpose of separating the phases. Generally, the gravity separator is the first and largest processing equipment in a primary processing plant. After the initial separation carried out by the gravity separator, the oily water needs to be treated to meet environmental demands, or operational if used as an input in another production activity. The treatment of oily water is usually carried out by hydrocyclones and a flotation system, which aims to remove the oil droplets dispersed in the water. Gravitational separators are large equipment, which often becomes a critical factor for their installation in the small spaces of oil production platforms. The general objective of the present work is to verify gains in efficiency with the injection of bubbles in a gravitational separator through a numerical study, aiming to improve the quality of the produced water. The simulations were performed using the Eulerian-Lagrangian multiphase approach, with the SST turbulence model available in ANSYS CFX R1 2021. The numerical test grid was based on the experimental data available for the validation of this study. The water flow at the inlet varied from 200 to 450 ml/s, and the oil flow at the inlet varied from 25 to 50 ml/s, forming a total of 6 numerical points. The droplet diameter distributions were implemented in two ways, by the Rosin-Rammler distribution model and by the discrete diameter distribution. The validation of this study was based on the estimate of the cut-off diameter of the oil droplets at the water outlet, where the minimum and maximum error were 0% and 58% in relation to the experimental data. The results found showed that the greater the water flow at the inlet, the greater the cut-off diameter of the oil drops at the water outlet, as expected. The injection of bubbles in the gravitational separator reduced by up to 22% the cut-off diameter of the oil droplets at the water outlet and increased the efficiency of phase separation by up to 1%. It was then concluded that bubble injection can be beneficial for phase separation, especially at higher flow rates. Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Em um reservatório típico de petróleo, encontram-se óleo, gás natural e água. Essa mistura é transferida para uma planta de processamento primário, que consiste em um conjunto de equipamentos com a finalidade de separar as fases. Geralmente, o separador gravitacional é o primeiro e maior equipamento de processamento em uma planta de processamento primário. Após a separação inicial realizada pelo separador gravitacional, a água oleosa precisa ser tratada para atender às demandas ambientais, ou operacional se for utilizada como insumo em outra atividade produtiva. O tratamento da água oleosa geralmente é realizado por hidrociclones e um sistema de flotação, que visa retirar as gotas de óleo dispersas na água. Os separadores gravitacionais são equipamentos de grandes dimensões, o que muitas vezes se torna um fator crítico para sua instalação nos espaços reduzidos das plataformas de produção de petróleo. O objetivo geral do presente trabalho é verificar ganhos em eficiência com a injeção de bolhas em um separador gravitacional através de um estudo numérico, visando melhorar a qualidade da água produzida. As simulações foram realizadas utilizando a abordagem multifásica EulerianaLagrangiana, com o modelo de turbulência SST disponível no ANSYS CFX R1 2021. A grade de testes numérica foi baseada nos dados experimentais disponíveis para a validação deste estudo. A vazão de água na entrada variou de 200 a 450 ml/s, e a vazão de óleo na entrada variou de 25 a 50 ml/s formando um total de 6 pontos numéricos. As distribuições dos diâmetros de gotas foram implementadas de duas formas, pelo modelo de distribuição de Rosin-Rammler e pela distribuição discreta de diâmetros. A validação deste estudo foi baseada na estimativa do diâmetro de corte das gotas de óleo na saída de água, onde o erro mínimo e máximo foram de 0% e 58% em relação aos dados experimentais. Os resultados encontrados mostraram que quanto maior a vazão de água na entrada, maior o diâmetro de corte das gotas de óleo na saída de água, conforme esperado. A injeção de bolhas no separador gravitacional reduziu em até 22% o diâmetro de corte das gotas de óleo na saída de água e aumentou a eficiência na separação das fases em até 1%. Concluiu-se então, que a injeção de bolhas pode ser benéfica para a separação de fases, principalmente em vazões mais altas. 2022-10-27T18:40:15Z 2022-10-27T18:40:15Z 2022-05-06 masterThesis WELLER, Daniel Rodrigues. Análise numérica do escoamento água-óleo em um separador gravitacional horizontal. 2022. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2022. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30025 por openAccess http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais UTFPR |
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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Português |
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A typical oil reservoir contains oil, natural gas and water. This mixture is transferred to a primary processing plant, which consists of a set of equipment with the purpose of separating the phases. Generally, the gravity separator is the first and largest processing equipment in a primary processing plant. After the initial separation carried out by the gravity separator, the oily water needs to be treated to meet environmental demands, or operational if used as an input in another production activity. The treatment of oily water is usually carried out by hydrocyclones and a flotation system, which aims to remove the oil droplets dispersed in the water. Gravitational separators are large equipment, which often becomes a critical factor for their installation in the small spaces of oil production platforms. The general objective of the present work is to verify gains in efficiency with the injection of bubbles in a gravitational separator through a numerical study, aiming to improve the quality of the produced water. The simulations were performed using the Eulerian-Lagrangian multiphase approach, with the SST turbulence model available in ANSYS CFX R1 2021. The numerical test grid was based on the experimental data available for the validation of this study. The water flow at the inlet varied from 200 to 450 ml/s, and the oil flow at the inlet varied from 25 to 50 ml/s, forming a total of 6 numerical points. The droplet diameter distributions were implemented in two ways, by the Rosin-Rammler distribution model and by the discrete diameter distribution. The validation of this study was based on the estimate of the cut-off diameter of the oil droplets at the water outlet, where the minimum and maximum error were 0% and 58% in relation to the experimental data. The results found showed that the greater the water flow at the inlet, the greater the cut-off diameter of the oil drops at the water outlet, as expected. The injection of bubbles in the gravitational separator reduced by up to 22% the cut-off diameter of the oil droplets at the water outlet and increased the efficiency of phase separation by up to 1%. It was then concluded that bubble injection can be beneficial for phase separation, especially at higher flow rates. |
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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2022 |
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WELLER, Daniel Rodrigues. Análise numérica do escoamento água-óleo em um separador gravitacional horizontal. 2022. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2022. |
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