Separador supersónico de LGN: modelación, mejora, y validación y ajuste del modelo de turbulencia k-épsilon RNG modificado para flujo remolino
DOI:
https://doi.org/10.17533/udea.redin.n82a11Palabras clave:
CFD, procesamiento de gas, separador ciclónico, flujo multifásico, turbulenciaResumen
El procesamiento de gas natural requiere la aplicación de nuevas tecnologías en un contexto de aumento de la demanda en todo el mundo. La separación de líquidos de gas natural (LGN) utilizando dispositivos supersónicos, es una novedosa y eficiente manera de reducir el volumen de equipos instalados y costos, utilizando los efectos de los flujos circulares altamente turbulentos. En esta investigación se implementa dinámica computacional de fluidos (CFD) para mejorar la eficiencia del proceso típico de recuperación de LGN utilizando el enfoque supersónico. También se puso en práctica un nuevo enfoque de modelado de la turbulencia con el objetivo de minimizar el tiempo de procesamiento, los resultados obtenidos fueron validados con datos experimentales disponibles. Esta investigación se basa en el modelo llamado k-épsilon RNG modificado para flujo remolino; este modelo no se ha utilizado ni validado antes en sistemas de flujo altamente compresibles, turbulentos y circulares. La eficiencia del proceso fue mejorada en un 11% en comparación con la eficiencia reportada en investigaciones previas, y el tiempo de procesamiento para el modelado redujo 40% con el enfoque turbulencia propuesto y ajustado. Durante la validación del modelo k-épsilon RNG modificado para flujo remolino el factor de remolino, parte del modelo de turbulencia, se ajustó a un valor óptimo para sistemas de flujo compresibles, turbulentos y circulares que participan en procesos de separación de NGL supersónico, lo que permite obtener resultados más precisos y con un menor tiempo de procesamiento en comparación con otros enfoques típicos y comunes como RSM y LES.
Descargas
Citas
UPME (Unidad de Planeación Minero Energética), Balance de Gas Natural en Colombia 2015-2023, 2015. [Online]. Available: http://www1.upme.gov.co/sites/default/files/BALANCE_GAS_NATURAL_FINAL.pdf. Accessed on: Mar. 27, 2016.
U.S. Energy Information Administration, Global natural gas consumption doubled from 1980 to 2010, 2012. [Online]. Available: http://www.eia.gov/todayinenergy/detail.cfmid=5810. Accessed on: Feb. 16, 2016.
M. Betting, T. van Holten, and B. Prast, “Cyclonic fluid separator with vortex generator in inlet section,” U.S. Patent 7 357 825 B2, Apr. 15, 2008
B. Prast, B. Lammers, and M. Betting, “CFD For Supersonic Gas Processing,” in 5th International Conference on CFD in the Process Industries CSIRO, Melbourne, Australia, 2006, pp. 1-6.
Genesis Oil & Gas Consultants Ltd, “Twister NGL Recovery Study,” Genesis Oil & Gas Consultants Ltd, London, UK, Tech. Rep. J-10205/A, Jan. 2008.
A. Stankiewicz, “Reactive Separations for Process Intensification: An Industrial Perspective,” Chemical Engineering and Processing, vol. 42, no. 3, pp. 137-144, 2003.
M. Guevara, “Diseño de un equipo de recuperación de líquidos de gas natural empleando CFD,” M.S. thesis, National University of Colombia, Bogotá, Colombia, 2015.
C. Tjeenk, M. Betting, J. Geldorp and B. Prast, “Method and device for enhancing condensation and separation in a fluid separator,” U.S. Patent 7 909 912 B2, Mar. 22, 2011.
C. Tjeenk, M. Betting, and F. Lammers, “Cyclonic separator with a volute outlet duct,” U.S. Patent 8 398 734 B2, Mar. 19, 2013.
J. Tetteroo, “Installation and procedure for sampling of fine particles,” E.P. Patent 2 226 109 A1, Sep. 8, 2010.
E. Jassim, M. A. Abdi, and Y. Muzychka, “A New Approach to Investigate Hydrate Deposition in Gas- Dominated Flowlines,” Journal of Natural Gas Science and Engineering, vol. 2, no. 4, pp. 163-177, 2010.
Gas Processors Suppliers Association (GPSA), Gas Processors Suppliers Association - Engineering Data Book, 5th ed. USA: GPSA, 2004.
P. Schinkelshoek and H. D. Epsom, “Supersonic Gas Conditioning-Commercialisation of Twister™ Technology,” in 87th Annual Convention, Grapevine, TX, USA, 2008, pp. 1-7.
ANSYS, Inc., ANSYS Fluent Theory Guide 15.0. Canonsburg, PA, USA: Ansys, Inc., 2013.
A. D. Cutler and J. A. White, An Experimental and CFD Study of a Supersonic Coaxial Jet, 2001. [Online]. Available: http://vulcan-cfd.larc.nasa.gov/WebPage/AIAA-20010143.pdf. Accessed on: May 20, 2016.
P. B. Machado, J. Monteiro, J. L. Medeiros, H. D. Epsom, and O. Araujo, “Supersonic Separation in Onshore Natural Gas Dew Point Plant,” Journal of Natural Gas Science and Engineering, vol. 6, pp. 43-49, 2012.
API (American Petroleum Institute), Specification for Glycol-Type Gas Dehydration Units, 5th ed. Houston, USA: American Petrolium Institute, 1990.
R. Utikar et al., “Hydrodynamic Simulation of Cyclone Separators,” Computational Fluid Dynamics, H. W. Oh (ed). Perth, Australia: InTech, 2010, pp. 241-266.
W. Zhongyi, Y. Changlong, H. Jia, and Y. Yunliang, “The Analysis of Internal Flow Field in Oil-Gas Separator,” Procedia Engineering, vol. 15, pp. 4337-4341, 2011.
H. Wang et al., “CFD Modelling of Hydrodynamic Characteristics of a Gas-Liquid Two-Phase Stirred Tank,” Applied Mathematical Modelling, vol. 38, no. 1, pp. 63-92, 2014.
M. Mohammadi, S. Shahhosseini, and M. Bayat, “Direct Numerical Simulation of Water Droplet Coalescence in the Oil,” International Journal of Heat and Fluid Flow, vol. 36, pp. 58 71, 2012.
V. Kalikmanov, M. Betting, J. Bruining, and D. M. Smeulders, “New Developments in Nucleation Theory and Their Impact on Natural Gas Separation,” in SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Anaheim, USA, 2007.
F. Guevara, J. Reyes, and M. Guevara, “Diseño y evaluación de un ciclón para separación de sólidos y gas de una corriente con un flujo multifásico empleando dinámica de fluidos computacional,” Revista Virtual Pro, 2015.
M. Betting, C. Tjeenk, Z. Opic, and S. Sebastian, “Ice Phobic Coating and Use Thereof”, U.S. Patent 20110123736 A1, May 26, 2011.
M. Betting, M. Theodoor Van Holten, and Bart Prast, “Cyclonic Fluid Separator With Vortex Generator in the Inlet Section”, U.S. Patent 7 357 825 B2, Apr. 15, 2008.
M. Betting, C. A. Tjeenk, B. Prast, and Z. Opic, “Fluid separator comprising a central body,” U.S. Patent 8 226 743 B2, Jul. 24, 2012.
M. Betting, B. Prast, and H. D. Epsom, “Improved Choke Valve Design for De-Bottlenecking Gas Processing Facilities,” in GPA Europe Offshore Processing and Knowledge Session, London, UK, 2009.
Descargas
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Licencia
Derechos de autor 2017 Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0.
Los artículos disponibles en la Revista Facultad de Ingeniería, Universidad de Antioquia están bajo la licencia Creative Commons Attribution BY-NC-SA 4.0.
Eres libre de:
Compartir — copiar y redistribuir el material en cualquier medio o formato
Adaptar : remezclar, transformar y construir sobre el material.
Bajo los siguientes términos:
Reconocimiento : debe otorgar el crédito correspondiente , proporcionar un enlace a la licencia e indicar si se realizaron cambios . Puede hacerlo de cualquier manera razonable, pero no de ninguna manera que sugiera que el licenciante lo respalda a usted o su uso.
No comercial : no puede utilizar el material con fines comerciales .
Compartir igual : si remezcla, transforma o construye a partir del material, debe distribuir sus contribuciones bajo la misma licencia que el original.
El material publicado por la revista puede ser distribuido, copiado y exhibido por terceros si se dan los respectivos créditos a la revista, sin ningún costo. No se puede obtener ningún beneficio comercial y las obras derivadas tienen que estar bajo los mismos términos de licencia que el trabajo original.
Twitter