1

گزارش سمینار کاهش درگ در خطوط لوله با افزودنماده کاهنده درگ پلیمری

نام : نعیم

نام خانوادگی : جاللی

94743264شماره دانشجویی :

استاد : آقای دکتر مقیمی

مقدمه :

نیروی درگ چیست ؟2

درگ یک ن��یروی مک��انیکی اس��ت ک��ه این ن��یرو در اث��ر واکنش بین جس��مجامد با سیال در حال حرکت و یا بلعکس به وجود می آید .

در و سيال، يک داخل اجسام حرکت برابر در مقاوم نیروي کاهش مساله مص��رف ک��اهش ن��يز و ب��االتر ه��اي س��رعت به دس��تيابي امک��ان نتيج��ه،

م��ورد ب��از دير از جس��م، ح��رکت ب��رای ان��رژي نياز مورد منابع يا سوخت، درگ، يا مق��اوم ن�يروي ک��اهش ديگر س��وي از . است بوده محققان توجه کم��تر دفع��ات ازاي به بيشتر مسافتهاي طي امکان فوق، موارد بر عالوه

عمر رفتن ب��اال همچ��نين محي��ط، کم��تر آل��ودگي م��يزان گ��يري، س��وخت اجس��ام ح��ركت مقابل در مق��اومت. دارد دنب��ال به را تجه��يزات ک��ارکرد

در ليکن ش��ود، مي بندي دسته و دارد وجود مختلفي هاي شکل به شناور عب��ارت ح��رکت برابر در س��يال مقاومت آب نظير ناپذير تراکم سيال يک

.فش��اري مق��اومت و اي پوس��ته اص��طكاك م��وجي، مق��اومت از، است ب��وده، کم بس��يار عملي م��وارد از بس��ياري در م��وج، از ناشي مق��اومت

بهب��ود اشکال در همچنين است، يافته کاهش نيز مختلفي محققين توسط ح��ول فش��ار توزيع از ناشي فش��اري مق��اومت م��يزان ن��يز هندسي يافته درگ اس��ت . ک��اهش ک��رده پيدا کاهش توجهي قابل حدود تا شناور جسم

ه��اي پوشش ش��ونده، حل ه��اي پليمر وس��يله به سطح پوشاندن کمک به آنيوني، کاتيوني و غير يوني، ميکرو حب��اب، پوششهاي شامل شونده، حل

و روش��هاي هيبري��د ) پيون��د چن��د روش ( ، روش ه��اي ديگ��ري ن��يز نظ��ير ريبلت كردن، نوساني کردن و تغيير ويژگي سطوح به منظور تاثير گذاري

نتيج��ه ک��اهش درگ ن��يز نمون�ه ه��اي ديگ��ري در ال يه مرزي س��رعت و درهستند .

3

کاهش درگ

یکی از روش های کاهش درگ در لوله ها افزودن م��اده کاهن��ده درگ ب��هسیال جاری در خط لوله است .

مزایای استفاده از عامل کاهنده درگ : در ح��الت کلی اف��زودن م��اده کاهن��د درگ مزای��ای مختلفی دارد از جمل��ه صرفه جویی در مصرف ان��رژی م��ورد نی��از پمپ ، اف��زایش دبی جری��ان ، ک��اهش ان��دازه و تع��داد پمپ ه��ای خ��ط لول��ه و ... . ب��ه عن��وان مث��ال در خطوط انتقال ق��دیمی ی��ا خط��وط لول��ه ای ک��ه در اث�ر خورن�دگی و زن��گ زدگی مقاومتشان کاهش یافته با استفاده از عامل کاهنده درگ می توان

4

بدون تغییر میزان جریان عبوری ، فشار خروجی خط لوله تا سطح مورد اطمینان کاهش داد . به دنبال کاهش فشار اصطکاکی می توان ظ��رفیت انتقال سیال را در خ��ط لول��ه اف��زایش داد ک��ه تجه��یزات سیس��تم تزری��ق عامل کاهنده درگ به راحتی و به سرعت قابل نصب می باش��د همچ��نین در صورت عدم نیاز نیز می توان به سادگی و به س��رعت این سیس��تم را جمع اوری کرد یا حتی به مکان دیگر انتق��ال داد .ک��ه این در ص��نعت نفت ما بسیار موثر ، الزم و ضروری است ک��ه ب��ا تزری��ق عام��ل کاهن��ده درگ امکان کاهش بسیاری از هزینه ه�ای هنگفت س�رمایه گ��زاری و نگه�داری تاسیسات مثل خاموش کردن تعدادی از پمپ ها و تلمبه خانه ها ، ح��ذف لوپ ها در مسیر خط لوله و عدم نیاز به نصب خطوط لوله جدی��د ایج��اد خواهد شد . با استفاده از سیس��تم تزری��ق عام��ل کاهن��ده درگ می ت��وان قطر و ض�خامت لول�ه ه�ای انتق�ال را هم ک�اهش داد و همچ�نین نی�از ب�ه استفاده از پمپ ها و توربین ها نیز کاسته می شود ک��ه این ام��ر م��وجب

کاهش هزینه ای سرمایه گذاری و مصرف انرژی خواهد شد . نکته مهمی که باید در تزریق کاهش درگ توجه داش��ت این اس��ت ک��ه در رژیم جریان آرام تزریق عامل کاهنده درگ موثر نیست و ت��اثیر این م��اده

یع��نی جری��ان اش��فته4000در جری��ان ه��ای ب��ا ع��دد رینول��دز بیش��تر از مشاهده می شود .

به طور کلی مواد افزودنی که باعث کاهش درگ می ش��ود را می ت��وانبه پنج دسته تقسسیم کرد :

Polymers پلیمر ها (1

Surfactant سورفکتانت (2 Fibres الیاف ها(3Micro-bubbles میکروحباب ها (4

Compliant coating پوشش های سازگار (5

5

در صنعت نفت ماده کاهنده درگ در خطوط انتقال بسیار کاربرد دارد کهبه سه دسته تقسیم می شوند :

پلیمر ها (1سورفکتانت(2الیاف ها(3

در مورد کاربرد این سه دسته که پلیمر ه��ا در جری��ان ه��ای آش��فته ت��ک و چند فازی در سطوح ص��نعتی ک��اربرد دارد و در مق��ادیر بس��یار کوچ��ک از

سورفکتانت یا الیاف استفاده می شود .پلیمر ها :

پلیمر ها به دسته ای از مولک��ول ه��ای بس��یار ب��زرگ گفت��ه می ش��ود ک��ه دارای زنجیره بلند و وزن مولکولی فوق العاده ب��اال هس��تند ک��ه منج��ر ب��ه کاهش اتالف انرژی حاصل از اغتشاش در خط لوله می شوند ، پلیم��ر از اجزای کوچکتری به نام مونومر تشکیل شده است به عنوان مث��ال پلیم�ر اتیلن اکسید از مونومر های اتیلن اکسید تشکیل شده ی��ا پلیم��ر اکرالمی��د از از مونومرهای اکریالمید تشکیل شده است که در ش��کل زی��ر مون��ومر

نشان داده شده است :PAM و PEOهای

انواع پلیمر ها :a)خطی

6

b) اتصال عرضیc) شاخه ایd)نامنظمe) بلوکیf)پیوندی

پلیمر ها می توانند از چند نوع مونومر مختلف تش��کیل ش��وند ک��ه در این صورت به عنوان پلیمر های اش��تراکی ش��ناخته می ش��وند . نح��وه توزی��ع مونومره��ا مش��خص کنن��ده این اس��ت ک��ه در ک��دام دس��ته از پلیم��ر ه��ای اشتراکی قرار می گیرند : بل��وکی ی��ا پیون��دی . پلیم��ر ه��ا می توانن��د غ��یر

Polyacrilic ی��ا آنی��ونی مانن��د PEOیونی مانند acid ی��ا ک��اتیونی مانن��د PAM باشند . وضعیت قرار گیری پلیمر در محل��ول ب��ه ش��دت ب��ر روی خص��یت جریانی آن تاثیر می گذارد . سازگاری پلیمر ه��ا ب��ه فع��ل و انفع��االتی ک��ه بلوک های پلیمر با یکدیگر و حالل دارند بستگی دارد و توزیع کامل پلیم��ر ها سبب افزایش لزجت میگردد . لزجت محلول به نوع پلیم�ر ، ن�وع ب�ار پلیمر ) برای پلیمر های ی��ونی ( ، وزن مولک��ولی و غلظت پلیم��ر مرب��وط

است .

7

کاهش درگ در پلیمر ها :

با افزایش غلطت عام��ل کاهن��ده درگ میبی��نیم ک��ه ک��اهش درگ بیش��تری خواهیم داشت اما باید توجه کنیم که افزایش غلطت تا حدی اثر کاهش��ی دارد از آن حد فراتر اثری دیگر اثری در عملکرد نخواهد داشت . افزودن

س�ببppmزنجیره بلند و انعطاف پ�ذیر پلیم�ر ب�ه م�یزان کم در مقی�اس کاهش درگ در خطوط لوله حتی تا هشتاد درصد میگردد . عده کثیری بر این باورند که ک��اهش درگ ب��ا اس��تفاده از پلیم��ر ب��ه این دلی��ل اس��ت ک��ه محلول پلیمر اجازه تشکیل و رشد گردابه را نمی دهد .ه��اردر و تای��درمن

نشان دادند ک��ه1992ولیمارت در سال و همچنین وی و 1991در سال در حضور پلیمر تولید نیروی اغتشاشی کاهش می یابد .

oپلیمر ها در سیال عام��ل م��انع رش��د آش��فتگی در منطق��ه ب��افر می شود و همچنین به نو به خود مانع رش��د و تش��کیل و انتش��ار جری��ان گردابه ای کوچک در منطقه آشفته می ش��ود ک��ه منج��ر ب��ه ک��اهش

اتالف انرژی حاصل از اغتشاش در خط لوله می شود .

ویژگی های الزم برای عامل کاهنده درگ پلیمری :

8

هر چه وزن مولکولی زنجیره پلیمر بیش��تر باش��د تحت ت��اثیر عام��ل(1 کاهنده درگ در کاهش میزان درگ بیشتر خواهد بود وزن مولک��ولی

میلیون گرم بر مول می باشد .30 تا 10پلیمر عدم ایجاد مشکل در فرآیند پایین دست به عنوان مثال ج��دا س��ازی(2

عامل کاهنده درگ از سیال اصلی فرآیندی ساده باشد .مقاومت در مقابل تجزیه حرارتی ، شیمیایی و بیولوژیکی(3انحالل سریع در جریان خط لوله(4تاثیر گذاری در غلظت پایین(5مقاومت در برابر تنش برشی (6

عوامل موثر بر عملکرد کاهش درگ پلیمCCری در جریCCانتک فازی :

اثر اندازه و هندسه کانال(1اثر زبری سطح(2اثر وزن مولکولی پلیمر(3اثر انعطاف پذیری زنجیره پلیمر(4اثر ساختار و ترکیب پلیمر (5 و دمای سیالPHاثر (6حالل اثر مقدار و نمک(7

مفهوم کاهش درگ : کاهش درگ یعنی کاهش ضریب اصطکاک سطحی که س��بب به�تر ش��دن پروفی��ل س��رعت و توزی��ع تنش برش��ی در الی��ه م��رزی میگ��ردد . مفه��وم کاهش درگ در خطوط انتقال نفت خام در آالسکا و نروژ برای اولین ب��ار

9

ب��ا م��وفقیت اعم��ال ش��ده اس��ت . اف��زودن پلیم��ر س��بب تغی��یرات بع��دیمیگردد :

ضخامت الیه مقاوم بیشتر ش��ده و ناحی��ه لگ��اریتمی را پوش��ش می(1دهد .

شیب پروفی��ل س��رعت در ناحی��ه لگ��اریتمی در رینول��دز ه��ای پ��ایین(2تقریبا افزایش می یابد .

a)پروفیل سرعت بدون حضور عامل کاهنده درگb) پروفیل سرعت در حضور عامل کاهنده

روش های تزریق پلیمر در خط لوله :دو نوع روش تزریق داریم :

همگن : در این روش پلیمر به صورت مستقیم در مخ��زن نگه��داری(1 مایع حل ش��ده و س��پس توس��ط پمپ ب��ه درون لول��ه فرس��تاده می

شوند . غیر همگن : در این روش پلیمر پس از پمپ شدن سیال وارد لول��ه(2

می شود که این روش به خود به دو نوع نفوذی و رشته ای تقس��یممی شود .

a)تزریق نفوذی : در این نوع نحوه تزریق محلول پلیم��ر در مرک��ز یا بر دیواره لوله تزریق می شود که با نفوذ توربالنسی کام��ل

پخش شده و جریان به جریانی همگن تبدیل می شود .

10

b)تزری�ق رش�ته ای : در این ن�وع تزری�ق محل�ول غلی��ظ پلیم�ر در مرکز یا بر دیواره مثل یک سیمان غیر قاب��ل گس��یختن تزری��ق

می شود .شکل زیر نشان دهنده روش های فوق است :

مطالعات تجربی نشان می ده��د در ی��ک غلظت براب��ر نح��وه تزری��ق غ��یر همگن از همگن کارایی بیشتری ) نزدیک دو براب��ری ( برخ��وردار اس��ت . در روش همگن به علت تزریق پلیمر قبل از سیس��تم پمپ��اژ ک��ه ب��اعت از هم کسیختگی و شکستن زنجیره بلند پلیمر ها در داخل پمپ توسط پ��ره های پمپ ها می شود که این امر س��بب می ش��ود خاص��یت ک��اهش درگ

توسط پلیمر کمتر شود .

مشکالت استفاده از پلیمر ها : فرسودگی : دو نوع فرس��ودگی ب��رای پلیم��ر ه��ا وج��ود دارد ک��ه ب��ر(1

عملک��رد عام��ل کاهن��ده درگ ت��اثیر می گ��ذارد . زم��انی ک��ه عام��ل کاهنده درگ ب��ه ص��ورت پیوس��ته در ی��ک جری��ان درهم ب��رای م��دتی

مورد استفاده قرار گیرد دچار دو نوع فرسودگی می شود :

11

a)فرس��ودگی خش��ک ش��دن ک��ه بیش��تر در جری��ان ه��ای دو ف��ازی زمانی که نسبت گاز به مایع باال باشد رخ می دهد .

b)فرسودگی مکانیکی بیشتر زمانی روی می ده��د ک��ه ن��یرو ه��ای جسمی در جریان قدرتمند شوند . ب�ه عن��وان مث�ال ج�ایی ک�ه درهمی جریان باال باشد یا در پمپ های س��انتریفیوژ . عمال در این نوع فرسودگی زنجیره بلند پلیمر شکسته شده و خاصیت ک��اهش درگ خ��ود را از دس��ت می ده��د . م��یزان فرس��ودگی مکانیکی ب��ه ج��رم مولک��ولی و توزی��ع ج��رم مولک��ولی پلیم��ر ، غلظت پلیمر ، درصد درهمی جریان ، نحوه تزریق و نگه��داری

پلیمر و ویژگی هندسی جریان بستگی دارد . درجه سمیت : در کل پلیمر ها دو نوع هستند : ن��وع اول محل��ول در(2

روغن و نوع دوم محل��ول در آب . پلیم��ر ه��ای محل��ول در روغن ب��ه دلیل ماهیت غیر قابل برگشت بودن به طبیعت سمی محسوب می شوند در صورتی که پلیمر های محل��ول در آب غ��یر س��می ان��د . در حالت کلی بهتر است از پلیمر هایی استفاده کنیم که کمترین ض��رر را به محیط زیست می رسانند . نمونه از پلیمر های مورد استفادع

در فرآیند کاهش درگ :

12

13