مهندسی گاز ایران

بررسی عملکرد فلر پر فشار پالایشگاه پنجم پارس جنوبی و عوامل موثر برعملکرد آن با استفاده از شبیه سازی CFD

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشکده گاز، پژوهشگاه صنعت نفت، کد پستی ۱۴۸۵۶۱۳۱۱۱، تهران، ایران

2 استادیار، پژوهشکده گاز، پژوهشگاه صنعت نفت، کد پستی ۱۴۸۵۶۱۳۱۱۱، تهران، ایران

چکیده

در این تحقیق، شبیه‌سازی CFD فلر پر فشار (HP) پالایشگاه پنجم پارس جنوبی در ابعاد صنعتی به منظور ارزیابی اثرات پارامترهای هندسی تیپ فلر بر مشخصه های احتراقی فلر (شکل و موقعیت شعله) انجام شده است. مدل CFD با در نظر گرفتن تمام پدیده‌های انتقال (انتقال مومنتوم، حرارت، جرم، تابش، آشفتگی و واکنشهای شیمیایی) توسعه یافت. به منظور جلوگیری از خطاهای عددی، شبکه بندی مناسب انجام گرفت. نتایج حاصل از مدل محاسباتی توسعه یافته شامل پروفایل دمایی و سرعت (شکل و ماهیت شعله)، پروفایل غلظت اجزاء گازهای ارسالی به فلرو همچنین پروفایل غلظت اجزاء محصولات حاصل از احتراق می باشد. نتایج شبیه سازی CFD نشان می‌دهد در فلر HP در شرایط عملیاتی افزایش دمای بدنه تیپ فلر براثر برخورد شعله قابل اغماض است بنابراین عملکرد آن با مقدار گاز جاروبی فعلی مناسب است . بنابراین کاهش بیشتر گاز ارسالی به فلر HP توجیه پذیر نمی باشد چرا که ممکن است شعله به داخل شبکه فلر کشیده شود و یا اینکه بعلت ارتفاع بسیار کم شعله تشکیل شده و سرعت باد محیطی، دمای سطح تیپ فلر و سپر باد افزایش یابد که در دراز مدت سبب تخریب سطح تیپ فلر و تعویض کلی آن گردد. در صورتیکه سرعت باد بیشتر از حد معمول باشد(تند بادهای موضعی) باید با مقدار گاز سوختی برگشت شعله به داخل تیپ فلر را کنترل کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigating the Performance of the High-Pressure Flare of South Pars Fifth Refinery and the Factors Affecting its Performance Using CFD Simulation

نویسندگان [English]

  • Mohammad Irani 1
  • Yaghub Behjat 2

1 Gas Research Division, Research Institute of Petroleum Industry (RIPI), Postal Code: 1485613111, Tehran, Iran

2 Gas Division, Research Institute of Petroleum Industry (RIPI), Postal Code: 1485613111, Tehran, Iran

چکیده [English]

In this research, the CFD simulation of the high-pressure flare (HP) of the 5th South Pars Refinery was carried out in industrial dimensions in order to evaluate the effects of the geometrical parameters of the flare type on the combustion characteristics of the flare (flame shape and position). The CFD model was developed considering all transport phenomena (momentum, heat, mass transfer, radiation, turbulence and chemical reactions). In order to avoid numerical errors, proper meshing was done. The results of the developed calculation model include the temperature and velocity profile (shape and nature of the flame), the concentration profile of the gas species sent to the furnace, as well as the species profile of the combustion products. The results of CFD simulation show that in the HP Flare, in the operational status, the increase in the temperature of the Flare tip due to the impact of the flame is negligible, so its performance is suitable with the current amount of sweep gas. Therefore, the further reduction of the gas sent to the HP flare is not justified because the flame may be drawn into the flare network, or due to the very low height of the flame and the ambient wind speed, the surface temperature of the flare tip and wind shield may increase, which in the long run time will cause the destruction of the surface of the flare tip and its total replacement. If the wind speed is higher than usual (strong local winds), the return of the flame inside the flare tip should be controlled with the amount of fuel gas.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Combustion
  • Flame
  • HP flare
  • CFD simulation
  1. آشنایی با فلر. مدیریت بهداشت و ایمنی محیط‌زیست شرکت ملی پالایش و پخش، 1391.
  2. K. Stone, S. K. Lynch, R. F. Pandullo, L. B. Evans, and W. M. Vatavuk, “Flares. Part i: Flaring technologies for controlling voc-containing waste streams,” J. Air Waste Manag. Assoc., vol. 42, no. 3, pp. 333–340, 1992.
  3. K. Stone, S. K. Lynch, R. F. Pandullo, and R. Corporation, FLARES. 1995.
  4. Bahadori, “Blow-Down and Flare Systems”, Natural Gas Processing, Elsevier, 2014, pp. 275–312.
  5. Karthikeyan, “Manage Change to Flare Systems”, https://www.aiche.org/resources /publications/cep/2020/January.
  6. AKTAŞ, Ö. ÖZARIK, “Dynamics of operation for flare systems”, Digital Refining, Combustion Systems and Engineering, Apr-2014.
  7. [A. Kumar, S. Phadatare, P. Deore, “A GUIDE ON SMOKELESS FLARING: AIR/STEAM ASSISTED AND HIGH PRESSURE FLARING”, International Journal of Engineering Applied Sciences and Technology, 2020, Vol. 4, Issue 12.
  8. F. Huang and J. M. Chang, “The stability and visualized flame and flow structures of a combusting jet in cross flow,” Combust. Flame, vol. 98, no. 3, pp. 267–278, Aug. 1994.
  9. Bourguignon, M. R. Johnson, and L. W. Kostiuk, “The use of a closed-loop wind tunnel for measuring the combustion efficiency of flames in a cross flow,” Combust. Flame, vol. 119, no. 3, pp. 319–334, Nov. 1999.
  10. R. JOHNSON, D. J. WILSON, and L. W. KOSTIUK, “A FUEL STRIPPING MECHANISM FOR WAKE-STABILIZED JET DIFFUSION FLAMES IN CROSSFLOW,” Combust. Sci. Technol., vol. 169, no. 1, pp. 155–174, Aug. 2001.
  11. [11] L. Kostiuk, M. Johnson, and G. Thomas, “University of Alberta Flare Research Project Final Report November 1996–September 2004,” 2004.
  12. Castiñeira and T. F. Edgar, “CFD for Simulation of Steam-Assisted and Air-Assisted Flare Combustion Systems,” Energy & Fuels, vol. 20, no. 3, pp. 1044–1056, May 2006.
  13. Castiñeira and T. F. Edgar, “Computational Fluid Dynamics for Simulation of Wind-Tunnel Experiments on Flare Combustion Systems,” Energy & Fuels, vol. 22, no. 3, pp. 1698–1706, May 2008.
  14. Castiñeira and T. F. Edgar, “CFD for Simulation of Crosswind on the Efficiency of High Momentum Jet Turbulent Combustion Flames,” J. Environ. Eng., vol. 134, no. 7, pp. 561–571, 2008.
  15. S. Lawal, M. Fairweather, D. B. Ingham, L. Ma, M. Pourkashanian, and A. Williams, “Computational Study of a Lifted Turbulent Jet Flame in a Cross-flow: Flame Length and Emissions,” Proc. 2nd Annu. Gas Process. Symp., pp. 237–245, 2010.
  16. [16] A. S. Langman and G. J. Nathan, “Influence of a combustion-driven oscillation on global mixing in the flame from a refinery flare,” Exp. Therm. Fluid Sci., vol. 35, no. 1, pp. 199–210, Jan. 2011.
  17. D. Singh et al., “Computational fluid dynamics modeling of industrial flares operated in stand-by mode,” Ind. Eng. Chem. Res., vol. 51, no. 39, pp. 12611–12620, 2012.
  18. D. Singh, P. Gangadharan, D. H. Chen, H. H. Lou, X. Li, and P. Richmond, “Computational fluid dynamics modeling of laboratory flames and an industrial flare,” J. Air Waste Manag. Assoc., vol. 64, no. 11, pp. 1328–1340, 2014.
  19. س. جوادی، م. عنبرسوز، ع. قبادی، م. کهرم، «بررسی عددی اثر باد بر شکل شعله در مشعل بلند پالایشگاه سرخون و قشم,» نشریه علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک، جلد 28، شماره دو، سال 1393.
  20. ر. صباغ، ن. رهبر، «بررسی تأثیر شکل هندسی بر بیشینه دمای جداره‌ی نوک فلر و توزیع آلاینده‌های خروجی آن»، مجله مدل‌سازی در مهندسی، جلد 4، شماره 4، 1394.
  21. Javadi et al., “Numerical Investigation of Wind Effects on the Flame Shape of Sarkhoon and Qeshm ’ s Refinery Flares,” vol. 28, no. 2, 2017.
  22. S. Marra and G. Continillo, “Dynamic Numerical Simulation of an Enclosed Flare,” in Combustion Colloquia, XXXII Event of The Italian Section of The Combustion, 2009, pp. 1–6.
  23. P. Kim, U. Schnell, and G. Scheffknecht, “Comparison of Different Global Reaction Mechanisms for MILD Combustion of Natural Gas,” Combust. Sci. Technol., vol. 180, no. 4, pp. 565–592, Feb. 2008.
  24. WESTBROOK and F. L. DRYER, “Simplified Reaction Mechanisms for the Oxidation of Hydrocarbon Fuels in Flames,” Combust. Sci. Technol., vol. 27, no. 1–2, pp. 31–43, Dec. 1981.
  25. R Johnson , L.W Kostiuk," Efficiencies of low-momentum jet diffusion flames in crosswinds", Combustion and Flame, 2000.
مهندسی گاز ایران
دوره 9، شماره 2 - شماره پیاپی 16
اسفند 1401
صفحه 69-82
  • تاریخ دریافت: 11 دی 1401
  • تاریخ بازنگری: 19 بهمن 1401
  • تاریخ پذیرش: 24 اسفند 1401