مطالعه تجربي و بررسي ابعادي جداساز سر چاهي دو فازي

Experimental Study and Dimensional Analysis of Two-phase Well-Head Separator

در اين پژوهش هدف بررسي آزمايشگاهي عملكرد جداساز دوفازي مايع-گاز است. به همين منظور، جداساز دوفازي مايع-گاز با استفاده از روابط تجربي موجود طراحي گرديد. در مدل‌هاي نيمه‌تجربي علاوه‌بر فرض‌هاي ساده شونده، تأثير منحرف‌كننده ورودي جداساز بر فرآيند جدايش ناديده گرفته شده و قطر قطرات فاز ثانويه يك مقدار ثابت تعيين‌شده است كه تمامي قطرات مايع در بالاترين نقطه‌ جداساز قرار دارند و سپس از آن نقطه سقوط مي‌كنند. مفاهيم مربوط به جريان آشفته در اين روش مد‌نظر قرار نگرفته است. در اين پژوهش، چرخه جرياني دوفازي مايع-گاز طراحي و ساخته شد. در چرخه جرياني ساخته شده، آب به‌عنوان سيال مايع و هوا به‌عنوان سيال گاز مورد استفاده قرار گرفتند. سيال آب و هوا در نقطه اختلاط كه يك سه‌راهي °45 است، تشكيل جريان دوفازي داده و پس از طي مسافتي معادل با 160 برابر قطر خط لوله، جريان توسعه يافته تشكيل مي‌شود. محدوده دبي جريان آب و هوا به‌ترتيب برابر با m3/h 2/5-0 و m3/h 100- 0 است. فشار عملياتي حداكثر Pa 202450 و دماي عملياتي برابر با دماي محيط است. براي بررسي عملكرد جداساز دوفازي گاز-مايع، در خروجي گاز جداساز جريان گاز خروجي از نظر كسر حجمي آب و حداكثر قطر قطره‌هاي آب بررسي شدند. سپس با استفاده از نتايج تجربي به‌دست آمده و استفاده از آناليز ابعادي رابطه كلي عملكرد جداساز دوفازي گاز-مايع برحسب كسر حجمي فاز مايع در گاز خروجي از جداساز تعيين گرديد. از مهم‌ترين دست‌آوردهاي اين پژوهش فراهم نمودن بستر لازم جهت طراحي جداسازهاي دوفازي گاز-مايع براي سرچاه با توجه به شرايط توليد است.

The performance of two-phase (gas-liquid) separator was investigated in this paper. Two-phase (gas-liquid) separator was designed and manufactured using empirical correlations. The simplifying assumptions were used in these empirical equations, which their results of are less valuable. The effect of inlet diverter was neglected in designing, and the diameter of the liquid droplets assumed constant and predetermined. In these designing approaches, it was assumed that the liquid droplets were falling from the top of the two-phase (gas-liquid) separator, but in practice, the inlet diverter leads to separate the majority of liquid droplets because of momentum changing. The fundamentals of the turbulent multi-phase flow were not considered in these designing methods. The two-phase (air-water) flow loop was designed and manufactured. Air and water flows were mixed together at mixing section that is a 45° Tee and two-phase flow was formed. The two-phase (gas-liquid) flow had been considered as developed two-phase flow after passing 160 times greater than pipe diameter along pipe. Water and air flow rates were in ranges 0-2.5m3/h and 0-100m3/h, respectively. The maximum of operational pressure was 202650 Pascal at the ambient temperature. The liquid droplets trapper with 20 micron filter was mounted at gas outlet section of the two-phase separator to measure the volume fraction of the liquid phase in outlet gas flow and photography of liquid droplets in order to determine the diameter of the liquid droplets in outlet gas flow. Finally, the dimensionless groups were developed in order to model and investigate the two-phase (gas-liquid) separator performance. One of the most important achievements of this paper was providing the suitable platform to design well head (gas-liquid) two-phase separators based on the production conditions.