بررسی عملکرد فلر LPG پالایشگاه پنجم پارس جنوبی با استفاده از شبیه‌سازی CFD و ارائه راهکار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
محمد ایرانی
یعقوب بهجت
عضو هیئت علمی پژوهشکده گاز، پژوهشگاه صنعت نفت، کد پستی ۱۴۸۵۶۱۳۱۱۱، تهران، ایران
چکیده
در این تحقیق، شبیه‌سازی فلر [1]LPG پالایشگاه پارس جنوبی در ابعاد صنعتی به‌منظور بررسی اثر هندسه تیپ فلر بر مشخصه‌های احتراقی فلر شامل شکل و موقعیت شعله با استفاده از تکنیک CFD انجام شده است. به‌منظور جلوگیری از ایجاد خطاهای عددی، از شبکه محاسباتی هیبریدی مناسب بهره گرفته شد. نتایج حاصل از مدل توسعه یافته (CFD) شامل پروفایل دمایی و سرعت، پروفایل غلظت اجزاء گازهای ارسالی به فلر و همچنین پروفایل غلظت اجزاء محصولات حاصل از احتراق می‌باشد. نتایج شبیه‌سازی CFD نشان می‌دهد که فلر LPG در شرایط عملیاتی، افزایش دمای بدنه تیپ فلر (℃ ۵۲۳ -۳۵۰) بر اثر برخورد مستقیم شعله در نقاطی از تیپ فلر، قابل‌توجه است. لذا عملکرد فلر در شرایط عملیاتی با مقدار گاز جارویی فعلی مناسب نیست و ادامه این روند و افزایش دمای سطح بدنه تیپ فلر، درنهایت منجر به تخریب کامل و تعویض کلی آن می­‌گردد، بنابراین مقدار گاز جاروبی تزریق شده به فلر جهت بهبود عملکرد احتراق، باید افزایش یابد. علاوه بر این با توجه به وجود تندبادهای مقطعی و افزایش سرعت باد تا ۱۱۰ کیلومتر بر ساعت اثر تندبادهای مقطعی بر عملکرد و مشخصه‌های احتراقی فلر LPG بررسی گردید. نتایج حاصل از مدل CFD نشان داد که انحراف شعله در جهت مسیر باد زیاد بوده و در نتیجه شعله به داخل تیپ فلر کشیده می‌شود و دمای آب‌بند گازی[2] و بدنه تیپ فلر و سپر باد تا ℃۸۵۰ بالا افزایش می‌یابد و نهایتاً به تخریب کامل سپر باد می‌انجامد. برای جلوگیری از به وجود آمدن چنین مخاطراتی (هنگام تندباد) باید تزریق گاز سوخت به حدی تنظیم گردد تا از برگشت شعله به درون تیپ فلر جلوگیری شود.
[1] Liquefied Petroleum Gas
[2] Gas Seal

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Investigating the Performance of the LPG Flare of the Fifth South Pars refinery Using CFD Simulation and Providing a Solution

نویسندگان English

Mohammad Irani
Yaghoub Behjat
Scientific Faculty Member, Gas Research Division, Research Institute of Petroleum Industry (RIPI), Postal Code: 1485613111, Tehran, Iran
چکیده English

In this research, the simulation of the LPG flare of South Pars Refinery in industrial dimensions was carried out in order to investigate the effect of the flare tip geometry on the combustion characteristics of the flare, including the shape and position of the flame, using CFD technique. In order to prevent numerical errors, a suitable hybrid grid was used. The results of the developed model (CFD) include the temperature and velocity profile, the concentration profile of the components of the gases sent to the flare, as well as the concentration profile of the components of the combustion products. The results of CFD simulation show that in the LPG flare in operating conditions, in some points of the flare tip, the increase in the temperature of the flare tip body (523-350 °C) due to the direct impact of the flame is significant in a limited way. Therefore, the performance of the flare in operating conditions is not suitable with the current amount of sweeping gas. With the continuation of this process and the increase in the surface temperature of the flare type body, it will eventually lead to its complete destruction and replacement. Therefore, the amount of sweep gas injected into the flare should be increased to improve the combustion performance. In addition, due to the presence of sectional gusts and the increase in wind speed up to 110 km/h, the effect of sectional gusts on the performance and combustion characteristics of the LPG flare was investigated. The results of the CFD model showed that the flame deviation in the direction of the wind direction is high and as a result the flame is drawn into the flare tip and the temperature of the gas seal and the flare tip body and the wind shield increases up to 850°C and finally to Complete destruction of the wind shield. In order to avoid such dangers (when the wind is strong), the fuel gas injection should be adjusted to a level to prevent the flame from returning to the flare tip.

کلیدواژه‌ها English

Combustion Characteristics
Flame
LPG industrial flare
CFD simulation
  1. آشنایی با فلر. مدیریت بهداشت و ایمنی محیط‌زیست شرکت ملی پالایش و پخش، 1391.
  2. امید زاد اکبر، ع. و. م. انبیاء «بررسی سیستم‌های کاهش و بازیابی گازهای ارسالی به مشعل پالایشگاه (فلر)«، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده فنی. گروه مهندسی شیمی، دانشگاه تهران، بهمن.
  3. 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.
  4. K. Stone, S. K. Lynch, R. F. Pandullo, and R. Corporation, FLARES. 1995.
  5. Bahadori, “Blow-Down and Flare Systems”, Natural Gas Processing, Elsevier, 2014, pp. 275–312.
  6. Karthikeyan, “Manage Change to Flare Systems”, https://www.aiche.org/resources /publications/cep/2020/January.
  7. AKTAŞ, Ö. ÖZARIK, “Dynamics of operation for flare systems”, Digital Refining, Combustion Systems and Engineering, Apr-2014.
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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.
  11. 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.
  12. Kostiuk, M. Johnson, and G. Thomas, “University of Alberta Flare Research Project Final Report November 1996–September 2004,” 2004.
  13. 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.
  14. 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.
  15. 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.
  16. 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.
  17. 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.
  18. 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.
  19. 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.
  20. 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.
  21. 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.
  22. Javadi et al., “Numerical Investigation of Wind Effects on the Flame Shape of Sarkhoon and Qeshm ’ s Refinery Flares,” vol. 28, no. 2, 2017.
  23. 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.
  24. یعقوب بهجت، محمد ایرانی، جعفر صادق زاده اهری، مهدی میرزا آقاتبار «آنالیــز مشخصه‌های احتــراق و بررســی علــت ایجـاد تنـش حرارتـی در فلـر پالایشگاه گاز بـا اسـتفاده از تحلیـل CFD» نشریه پژوهش نفت شماره،131 مهر و آبان1402، صفحه 106.
  25. A. Maaroof, J. D. Smith, M. H.S. Zangana," Design and simulation of a utility oilfield flare in Iraq/Kurdistan region using CFD and API-521 methodology",Heliyon, vol. 9, no. 8, 2023.
  26. K. Westbrook, F.L Dryer," Simplified Reaction Mechanisms for the Oxidation of Hydrocarbon Fuel in Flames", Combustion Science and Technology, 1981, Vol. 27, pp. 31-43.
  27. Frenklach, M.; Wang, H.; Goldenberg, M.; Smith, G. P.; Golden, D. M.; Bowman, C. T.; Hanson, R. K.; Gardiner, W. C.; Lissianski, V. GRI-Mech: An Optimized Detailed Chemical Reaction Mechanism for Methane Combustion; Gas Research Institute: 1995; Tech. Rep. GRI-95/0058.
  28. ANSYS Fluent19.1 User Manual Guide, ansys.com.

  • تاریخ دریافت 21 اسفند 1402
  • تاریخ بازنگری 04 اردیبهشت 1403
  • تاریخ پذیرش 26 اردیبهشت 1403