Математическое моделирование трехфазного горизонтального гравитационного сепаратора (MATLAB + HYSYS)

Вот перевод и адаптация текста статьи на русский язык. Текст сделан развернутым и профессиональным, с сохранением всех технических деталей, имен, цифр и дат.

---

Динамическое моделирование и симуляция трехфазного гравитационного сепаратора

Авторы: Бишой Магди Абду Сабир (Кафедра химической технологии, Университет Карри, Хартум, Судан) Ибрагим Хассан Эламин (Университет науки и технологий, Хартум, Судан) Хишам Раби Садик

DOI: https://doi.org/10.54388/jkues.v2i2.228

Аннотация

Многие исследования были посвящены изучению механизмов сепарации, определеню размеров и конструкции оборудования для разделения сырой нефти, в частности, с применением горизонтальных трехфазных гравитационных сепараторов. Однако количество публикаций, касающихся динамики, математического моделирования и симуляции таких аппаратов, крайне ограничено. Понимание их динамического поведения является ключевым фактором для проектирования и точной настройки систем управления, способных эффективно регулировать уровень воды, уровень нефти и давление газа в ответ на колебания параметров входного потока сырья.

В данной научной работе представлен всесторонний математический анализ, детальное моделирование и симуляция процесса сепарации сырой нефти с использованием горизонтального трехфазного гравитационного сепаратора. Исследование выполнено в программных средах Mathworks Matlab R2016b-x64 и Aspen Hysys V10. Разработанные в ходе работы «Уравнения Бишоя» (Bishoy’s Equations) представляют собой мощный аналитический инструмент, позволяющий не только управлять работой данного устройства, но и точно определять значения различных технологических переменных, а также наглядно оценивать влияние их изменения на динамические параметры системы.

Актуальность данного исследования обусловлена крайне малым числом обнаруженных публикаций по этой теме, что может быть связано с конфиденциальностью подобных разработок, поддерживаемой крупными нефтяными корпорациями. Кроме того, сложные дифференциальные уравнения, описывающие данный процесс, оставались нерешенными, что препятствовало глубокому мониторингу и пониманию происходящих в системе динамических явлений. Вследствие этого данная работа является уникальной и новой. Ее можно выгодно отличать от трудов некоторых других авторов, которые не решили полученные дифференциальные уравнения и не продвинулись в моделировании и симуляции в Aspen Hysys. Настоящая статья, напротив, предоставляет исчерпывающую информацию о трехфазном гравитационном сепараторе, включая анализ влияния изменения переменных на поведение системы.

Следует отметить, что сепараторы обычно оснащаются внутренними перегородками (baffles) для обеспечения ламинарного течения и повышения эффективности разделения. Однако в данном исследовании было принято допущение об отсутствии перегородок, что является существенным упрощением реальной конструкции. Тем не менее, авторы утверждают, что с помощью разработанных уравнений горизонтальный трехфазный гравитационный сепаратор может эксплуатироваться с максимальной эффективностью даже при таком допущении.

С помощью уравнений были определены и проанализированы следующие переменные: высота слоя газа, высота слоя воды, высота слоя нефти, высота слоя нефти при ее переливе через водослив (weir), давление газа (на входе и выходе), давление воды (на входе и выходе), давление нефти (на входе и выходе). Также было детально изучено влияние увеличения положения штока регулирующего клапана (control valve stem position) и уменьшения объемного расхода на входе (Qin) на перечисленные переменные.

В ходе исследования, проведенного в Matlab, было обнаружено, что увеличение положения штока регулирующего клапана и одновременное уменьшение объемного расхода на входе как нефти, так и воды является крайне небезопасным режимом, вызывающим значительные и резкие колебания уровней и давлений в системе. Анализ, выполненный в Aspen Hysys, позволил смоделировать оптимальный режим разделения нефти, газа и воды для определения свойств и состава материальных и энергетических потоков. Таким образом, было изучено сложное динамическое поведение системы, и не было обнаружено других статей, в которых бы рассматривалась данная тема в таком объеме.

Мониторинг данного процесса позволяет определить оптимальные условия для безупречного разделения, где основной целью является максимальная селективность получения целевого продукта или продуктов. Данное исследование способно произвести революцию в подходе к добыче и переработке нефти и газа и принести значительную пользу крупнейшим нефтегазовым компаниям Европы, Азии и Африки.

Литература

1. K. Arnold and M. Stewart, Design of oil-handling systems and facilities. Gulf Professional Publishing, 1998.
2. M. Mutaz, I. H. Mohamed, and H. M. Mustafa, “The simulation of sudanese sugar cane bagasse gasification process using aspen plus,” Journal of Karary University for Engineering and Science, 2021.
3. M. Sirag et al., “Experimental study for the effect of changing flow on absorption in wetted wall column.,” Journal of Karary University for Engineering and Science, 2022.
4. G. J. Wearne et al., “The plaster texts from kuntillet ajrud and deir alla: an inductive approach to the emergence of northwest semitic literary texts in the first millennium bce,” 2015.
5. N. Siddig, Z. Zhang, A. Mokhtar, and A. Abualnor, “Optimizing disassembly line balancing problem using multi-objective adam optimizer algorithm,” Journal of Karary University for Engineering and Science, 2021.
6. E. T. A. Yousif and A. O. Eldany, “Simulation and implementation of moving platform for flight simulator,” Journal of Karary University for Engineering and Science, 2022.
7. E. O. Grødal and M. J. Realff, “Optimal design of two-and three-phase separators: A mathematical programming formulation,” in SPE Annual Technical Conference and Exhibition, OnePetro, 1999.
8. W. D. Monnery and W. Y. Svrcek, “Successfully specify three-phase separators,” Chemical engineering progress, vol. 90, pp. 29–29, 1994.
9. N. Al-Hatmi and M. Tham, “Dynamic modelling and simulation of a three-phase gravity separator,” Proceedings of the 5th MATHMOD, pp. 3–1, 2006.
10. E. T. A. Yousif, M. A. Ibrahem, et al., “Modeling and simulation of geometric automatic landing system,” Journal of Karary University for Engineering and Science, 2021.
11. N. Al-Hatmi and M. Tham, “Dynamic modelling and simulation of a three-phase gravity separator,” Proceedings of the 5th MATHMOD,pp. 3–1, 2006.
12. J. W. Harris and H. Stocker, Handbook of mathematics and computational science. Springer Science & Business Media, 1998.
13. B. A. Ogunnaike and W. H. Ray, Process dynamics, modeling, and control. Oxford University Press, USA, 1994.
14. R. Jayasekara, C. Siriwardana, D. Amaratunga, and R. Haigh, “Analysing the effectiveness of varied stakeholder segments in preparedness planning for epidemics and pandemics in sri lanka: Application of social network analysis (sna),” in COVID 19: Impact, Mitigation, Opportunities and Building Resilience: From Adversity to Serendipity, pp. 540–553, National Science Foundation of Sri Lanka, 2021.

Метаданные публикации

Опубликовано: 2024-04-30

Как цитировать: Abdu Sabir, B. M., Elamin, I. H., & Rabie Sadiq, H. (2024). Dynamic Modelling and Simulation of A Three-Phase Gravity Separator. Journal of Karary University for Engineering and Science, 2(2). https://doi.org/10.54388/jkues.v2i2.228

Выпуск: JKUES, Том 2, Выпуск 2 (30 июня 2022 г.)

Раздел: Химическая инженерия и наука (Chemical Science and Engineering)

Похожие статьи:

• Rami Abdalgadir Alneem, Mohamed A. Omer, Design and fabrication device for determine Mass and Center of gravity of GRAD rocket
• Rami Abdalgadir Alneem, Eimad eldin E. Musa, Design and Optimization of Low speed wind tunnel Contraction Using CFD
• Mawa Mutaz, Ibrahim H.Elamin, Hamid M. Mustafa, The Simulation of Sudanese Sugar Cane Bagasse Gasification Process Using ASPEN PLUS
• Ahmed Mahjub, Mohammed H. M. Abuuznien, Haytham M. A. Elmokhtar, Mohammed A. Abdalla, Numerical Simulation and Experimental Study of Internal Ballistics Parameters for Howitzer Field Guns
• ARAFA ALI, Adil Ali Mohammed Alhussein, Gurashi Abdalla Gasmelseed, Simulation & Control of Crude Oil Desalter of Khartoum Refinery
• Elkhidir Tay Allah Yousif, AbdElbagi Omer Eldany, Simulation and Implementation of Moving Platform for Flight Simulator
• Elkhidir Tay Allah Yousif, Osama Algaili Elnour, Muaaz Abdulrahem Ibrahem, Design and Simulation of Pitch Optimizer and Stall Protection for a Typical UAV
• Masson Sid Ahmed, Gurashi Gasmelseed, Hisham Sadig, Control and Tuning a Delay-coking Unit via Simulation Tools
• MARY ATIENO JUMA, NGEI HARTLEY MANDELA, The Smart Trashcan with Fill Levels and Distance Detectors
• Ali M. Zain, Mohamed Abdelgadir, Nizar M. Ahmed, Analysis and Simulation of Tandem Charge

Просмотр Университет Карри (Karary University) Судан, Хартум, P. O. Box 12304 00249155228229 journals@karary.edu.sd

Источник

Источник

Теги

• #Сепарация
• #Динамика
• #MATLAB
• #AspenHYSYS
• #Гидродинамика

Источник: https://journals.karary.edu.sd/index.php/JKUES/article/view/228

#Сепарация #Динамика #MATLAB #AspenHYSYS #Гидродинамика