Modelo de predição para o crescimento de hidratos em paredes de tubulações

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Gans, Luiz Henrique Accorsi
Data de Publicação: 2016
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/1884
Resumo: The study of the clathrate-hydrate formation processes in pipelines is very important to the oil and gas industry because these structures can stop production and it represents a safety risk due to the pressure build-up in the pipelines. Several research groups have proposed different models to predict how a hydrate film grows. However, the models based only on heat transfer could not explain satisfactorily the experimental data because the water and gas consumption were disregarded. So, in order to predict the hydrate growth phenomenon in tube wall, the current work presents a mathematical and numerical model for the coupled mass and energy balance problem for CO2 and CH4 hydrates. As a result of the coupling equations, no analytical solution is possible. So, a computational algorithm has been proposed based on the finite volume method and fully implicit scheme. The verification of the code was conducted through a dissociation model which has been presented by the literature. Although, its validation was not possible since no experimental data is currently available. The hydrate growth rate was evaluated by studying the influence of the thermodynamic conditions, the hydrate porosity and thermal conductivity, the pipe diameter and the gas availability. As a result, it has been noticed that the hydrate porosity and the gas availability had great influence in the hydrate growth rate.
id UTFPR-12_a93d2d90f37a5ae5a0e3060e8ad0a3b4
oai_identifier_str oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/1884
network_acronym_str UTFPR-12
network_name_str Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
repository_id_str
spelling Modelo de predição para o crescimento de hidratos em paredes de tubulaçõesPrediction model for hydrate growth on pipe wallsHidratosCalor - TransmissãoMassa - TransferênciaPetróleoIndústria petrolíferaModelos matemáticosEngenharia mecânicaHydratesHeat - TransmissionMass transferPetroleumPetroleum, Industry and tradeMathematical modelsMechanical engineeringCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICAThe study of the clathrate-hydrate formation processes in pipelines is very important to the oil and gas industry because these structures can stop production and it represents a safety risk due to the pressure build-up in the pipelines. Several research groups have proposed different models to predict how a hydrate film grows. However, the models based only on heat transfer could not explain satisfactorily the experimental data because the water and gas consumption were disregarded. So, in order to predict the hydrate growth phenomenon in tube wall, the current work presents a mathematical and numerical model for the coupled mass and energy balance problem for CO2 and CH4 hydrates. As a result of the coupling equations, no analytical solution is possible. So, a computational algorithm has been proposed based on the finite volume method and fully implicit scheme. The verification of the code was conducted through a dissociation model which has been presented by the literature. Although, its validation was not possible since no experimental data is currently available. The hydrate growth rate was evaluated by studying the influence of the thermodynamic conditions, the hydrate porosity and thermal conductivity, the pipe diameter and the gas availability. As a result, it has been noticed that the hydrate porosity and the gas availability had great influence in the hydrate growth rate.CAPESNa indústria do petróleo existe um grande interesse no entendimento dos fenômenos de formação de hidratos já que eles podem danificar a tubulação, colocar vidas em risco e diminuir a produção de óleo e gás pelo bloqueio da linha. Ou seja, conhecer os fenômenos associados à formação de hidratos reflete diretamente no custo operacional da indústria petrolífera. Diversos grupos de pesquisa já propuseram diferentes modelos para predizer o crescimento de hidratos na interface líquido-gás e na parede das tubulações de produção de petróleo em águas profundas. Entretanto, os modelos baseados unicamente na transferência de calor não foram adequados para explicar os dados experimentais pois os consumos de água e gás não eram considerados. Assim, esta dissertação tem como objetivo desenvolver um modelo, matemático e numérico, que permita prever o crescimento dos hidratos de metano e de dióxido de carbono na parede da tubulação por meio das equações de conservação de massa e energia de forma acoplada. Como nenhuma solução analítica é possível, foi utilizado o método numérico dos volumes finitos com o esquema totalmente implícito. A verificação da implementação computacional foi realizada utilizando um modelo de dissociação de hidratos existente na literatura. A partir dos resultados numéricos, foi avaliado como as condições termodinâmicas, a porosidade e a condutividade térmica do hidrato, o diâmetro da tubulação e a disponibilidade de gás influenciam na taxa de crescimento de hidrato. Como principais resultados, verificou-se que a porosidade e a disponibilidade de gás representaram grande importância no cálculo da taxa de crescimento da camada de hidrato.Universidade Tecnológica Federal do ParanáCuritibaBrasilPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de MateriaisUTFPRSantos, Paulo Henrique Dias doshttp://lattes.cnpq.br/5701155189630566Morales, Rigoberto Eleazar Melgarejohttp://lattes.cnpq.br/5156573817670917Santos, Paulo Henrique Dias dosMorales, Rigoberto Eleazar MelgarejoJunqueira, Silvio Luiz de MelloSilva, Alexandre Kupka daGans, Luiz Henrique Accorsi2016-12-08T17:50:01Z2016-12-08T17:50:01Z2016-03-11info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfGANS, Luiz Henrique Accorsi. Modelo de predição para o crescimento de hidratos em paredes de tubulações. 2016. 126 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2016.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/1884porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2016-12-09T05:00:26Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/1884Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2016-12-09T05:00:26Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
dc.title.none.fl_str_mv Modelo de predição para o crescimento de hidratos em paredes de tubulações
Prediction model for hydrate growth on pipe walls
title Modelo de predição para o crescimento de hidratos em paredes de tubulações
spellingShingle Modelo de predição para o crescimento de hidratos em paredes de tubulações
Gans, Luiz Henrique Accorsi
Hidratos
Calor - Transmissão
Massa - Transferência
Petróleo
Indústria petrolífera
Modelos matemáticos
Engenharia mecânica
Hydrates
Heat - Transmission
Mass transfer
Petroleum
Petroleum, Industry and trade
Mathematical models
Mechanical engineering
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA
title_short Modelo de predição para o crescimento de hidratos em paredes de tubulações
title_full Modelo de predição para o crescimento de hidratos em paredes de tubulações
title_fullStr Modelo de predição para o crescimento de hidratos em paredes de tubulações
title_full_unstemmed Modelo de predição para o crescimento de hidratos em paredes de tubulações
title_sort Modelo de predição para o crescimento de hidratos em paredes de tubulações
author Gans, Luiz Henrique Accorsi
author_facet Gans, Luiz Henrique Accorsi
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Santos, Paulo Henrique Dias dos
http://lattes.cnpq.br/5701155189630566
Morales, Rigoberto Eleazar Melgarejo
http://lattes.cnpq.br/5156573817670917
Santos, Paulo Henrique Dias dos
Morales, Rigoberto Eleazar Melgarejo
Junqueira, Silvio Luiz de Mello
Silva, Alexandre Kupka da
dc.contributor.author.fl_str_mv Gans, Luiz Henrique Accorsi
dc.subject.por.fl_str_mv Hidratos
Calor - Transmissão
Massa - Transferência
Petróleo
Indústria petrolífera
Modelos matemáticos
Engenharia mecânica
Hydrates
Heat - Transmission
Mass transfer
Petroleum
Petroleum, Industry and trade
Mathematical models
Mechanical engineering
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA
topic Hidratos
Calor - Transmissão
Massa - Transferência
Petróleo
Indústria petrolífera
Modelos matemáticos
Engenharia mecânica
Hydrates
Heat - Transmission
Mass transfer
Petroleum
Petroleum, Industry and trade
Mathematical models
Mechanical engineering
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA
description The study of the clathrate-hydrate formation processes in pipelines is very important to the oil and gas industry because these structures can stop production and it represents a safety risk due to the pressure build-up in the pipelines. Several research groups have proposed different models to predict how a hydrate film grows. However, the models based only on heat transfer could not explain satisfactorily the experimental data because the water and gas consumption were disregarded. So, in order to predict the hydrate growth phenomenon in tube wall, the current work presents a mathematical and numerical model for the coupled mass and energy balance problem for CO2 and CH4 hydrates. As a result of the coupling equations, no analytical solution is possible. So, a computational algorithm has been proposed based on the finite volume method and fully implicit scheme. The verification of the code was conducted through a dissociation model which has been presented by the literature. Although, its validation was not possible since no experimental data is currently available. The hydrate growth rate was evaluated by studying the influence of the thermodynamic conditions, the hydrate porosity and thermal conductivity, the pipe diameter and the gas availability. As a result, it has been noticed that the hydrate porosity and the gas availability had great influence in the hydrate growth rate.
publishDate 2016
dc.date.none.fl_str_mv 2016-12-08T17:50:01Z
2016-12-08T17:50:01Z
2016-03-11
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv GANS, Luiz Henrique Accorsi. Modelo de predição para o crescimento de hidratos em paredes de tubulações. 2016. 126 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2016.
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/1884
identifier_str_mv GANS, Luiz Henrique Accorsi. Modelo de predição para o crescimento de hidratos em paredes de tubulações. 2016. 126 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2016.
url http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/1884
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Curitiba
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais
UTFPR
publisher.none.fl_str_mv Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Curitiba
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais
UTFPR
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron:UTFPR
instname_str Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron_str UTFPR
institution UTFPR
reponame_str Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
collection Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
repository.mail.fl_str_mv riut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.br
_version_ 1850498092684541952