Estudo computacional do deslocamento de fluidos em tubulações na etapa de comissionamento das linhas de produção de petróleo offshore

Bibliographic Details
Main Author: Silva, Rafaella Casado
Publication Date: 2022
Format: Bachelor thesis
Language: por
Source: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
Download full: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/31181
Summary: The importance of oil in the current scenario is related to its application both in the energy sector and in countless other products, such as plastic, fibers and rubbers. Petroleum is defined as a mixture naturally formed by hydrocarbons and sulfur, nitrogen and oxygenated organic derivatives, among others. Within the oil industry, production stoppage on offshore platforms can cause problems related to blocked flow of the production line due to the presence of highly viscous oil, which makes it difficult to restart the plant. Fluid displacement by flushing is one of the solutions applied in this situation and consists of pumping a fluid into the flow line with the intention of cleaning the oil. Thus, the present case study aimed to use computational fluid dynamics (CFD) to investigate the flow and cleaning time of an 8.15 m long acrylic test section with an internal diameter of 26 mm. In addition, it was also possible to validate the best turbulence model according to the conditions analyzed. For this, two mixtures of water and glycerin of low viscosity (3.5 cP and 8.5 cP) were used to displace tap water present in the test section with injection speeds of the mixture of 0.2 m/s, 0 .5 m/s and 1 m/s. Experimental data on glycerin mass fraction were collected from two sensors strategically positioned in the test section and compared with data taken from the simulations. The comparison between the experimental data and the simulation data allowed the validation of the SST Gamma – Theta turbulence model as the most suitable for the simulated conditions. From the analysis of the results, a stratified flow pattern was verified for the lowest injection speed of both mixtures. As for the cleaning time of the horizontal pipe, the mixture with a viscosity of 8.5 cP and 1 m/s was more effective, since the pipe cleaning took place in a shorter time. Thus, the case study achieved its objectives and the results were satisfactory, considering that it was possible to compare with data taken from the literature.
id UTFPR-12_bb0bde8b894c90a5bc3c5e451d1ccde2
oai_identifier_str oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/31181
network_acronym_str UTFPR-12
network_name_str Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
repository_id_str
spelling Estudo computacional do deslocamento de fluidos em tubulações na etapa de comissionamento das linhas de produção de petróleo offshoreComputational study of fluid displacement in pipes in the commissioning stage of offshore oil production linesFluidodinâmica computacionalEscoamento multifásicoPetróleoComputational fluid dynamicsMultiphase flowPetroleumCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICAThe importance of oil in the current scenario is related to its application both in the energy sector and in countless other products, such as plastic, fibers and rubbers. Petroleum is defined as a mixture naturally formed by hydrocarbons and sulfur, nitrogen and oxygenated organic derivatives, among others. Within the oil industry, production stoppage on offshore platforms can cause problems related to blocked flow of the production line due to the presence of highly viscous oil, which makes it difficult to restart the plant. Fluid displacement by flushing is one of the solutions applied in this situation and consists of pumping a fluid into the flow line with the intention of cleaning the oil. Thus, the present case study aimed to use computational fluid dynamics (CFD) to investigate the flow and cleaning time of an 8.15 m long acrylic test section with an internal diameter of 26 mm. In addition, it was also possible to validate the best turbulence model according to the conditions analyzed. For this, two mixtures of water and glycerin of low viscosity (3.5 cP and 8.5 cP) were used to displace tap water present in the test section with injection speeds of the mixture of 0.2 m/s, 0 .5 m/s and 1 m/s. Experimental data on glycerin mass fraction were collected from two sensors strategically positioned in the test section and compared with data taken from the simulations. The comparison between the experimental data and the simulation data allowed the validation of the SST Gamma – Theta turbulence model as the most suitable for the simulated conditions. From the analysis of the results, a stratified flow pattern was verified for the lowest injection speed of both mixtures. As for the cleaning time of the horizontal pipe, the mixture with a viscosity of 8.5 cP and 1 m/s was more effective, since the pipe cleaning took place in a shorter time. Thus, the case study achieved its objectives and the results were satisfactory, considering that it was possible to compare with data taken from the literature.A importância do petróleo no cenário atual está relacionada a sua aplicação tanto no setor energético como em inúmeros outros produtos, tais como plástico, fibras e borrachas. O petróleo é definido como uma mistura naturalmente formada por hidrocarbonetos e derivados orgânicos sulfurados, nitrogenados, oxigenados, entre outros. Dentro da indústria de petróleo, a paralização da produção em plataformas offshore pode causar problemas relacionados ao fluxo bloqueado da linha de produção devido a presença de petróleo altamente viscoso, o que dificulta a reinicialização da planta. O deslocamento de fluidos por flushing é uma das soluções aplicadas nesta situação e consiste em bombear um fluido para a linha de fluxo com a intenção de limpar o óleo. Dessa forma, o presente estudo de caso teve como objetivo utilizar a dinâmica dos fluidos computacional (CFD) para investigar o escoamento e o tempo de limpeza de uma seção de teste horizontal de acrílico com 8,15 m de comprimento e diâmetro interno de 26 mm. Além disso, também foi possível validar o melhor modelo de turbulência de acordo com as condições analisadas. Para isso, foram utilizadas duas misturas de água e glicerina de baixa viscosidade (3,5 cP e 8,5 cP) para deslocar água da torneira presente na seção de teste com velocidades de injeção da mistura de 0,2 m/s, 0,5 m/s e 1 m/s. Os dados experimentais de fração mássica de glicerina foram coletados a partir de dois sensores posicionados estrategicamente na seção de teste e comparados com os dados retirados das simulações. A comparação entre os dados experimentais e os dados da simulação permitiu a validação do modelo de turbulência SST Gamma – Theta como o mais adequado para as condições simuladas. A partir da análise dos resultados, verificou-se um padrão de escoamento estratificado para a menor velocidade de injeção de ambas as misturas. Já para o tempo de limpeza da tubulação horizontal, a mistura com viscosidade de 8,5 cP e 1 m/s mostrou-se mais efetiva, já que a limpeza da tubulação ocorreu em menor tempo. Sendo assim, o estudo de caso atingiu seus objetivos e os resultados foram satisfatórios, tendo em vista que foi possível a comparação com dados retirados da literatura.Universidade Tecnológica Federal do ParanáLondrinaBrasilEngenharia QuímicaUTFPRFernandes, Larissa MariaFernandes, Larissa MariaMarin, PricilaMelgarejo Morales, Rigoberto EleazarSilva, Rafaella Casado2023-04-18T19:23:16Z2023-04-18T19:23:16Z2022-12-02info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisapplication/pdfSILVA, Rafaella Casado. Estudo computacional do deslocamento de fluidos em tubulações na etapa de comissionamento das linhas de produção de petróleo offshore. 2022. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Londrina, 2022.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/31181porhttps://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2023-04-19T06:07:56Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/31181Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2023-04-19T06:07:56Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
dc.title.none.fl_str_mv Estudo computacional do deslocamento de fluidos em tubulações na etapa de comissionamento das linhas de produção de petróleo offshore
Computational study of fluid displacement in pipes in the commissioning stage of offshore oil production lines
title Estudo computacional do deslocamento de fluidos em tubulações na etapa de comissionamento das linhas de produção de petróleo offshore
spellingShingle Estudo computacional do deslocamento de fluidos em tubulações na etapa de comissionamento das linhas de produção de petróleo offshore
Silva, Rafaella Casado
Fluidodinâmica computacional
Escoamento multifásico
Petróleo
Computational fluid dynamics
Multiphase flow
Petroleum
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
title_short Estudo computacional do deslocamento de fluidos em tubulações na etapa de comissionamento das linhas de produção de petróleo offshore
title_full Estudo computacional do deslocamento de fluidos em tubulações na etapa de comissionamento das linhas de produção de petróleo offshore
title_fullStr Estudo computacional do deslocamento de fluidos em tubulações na etapa de comissionamento das linhas de produção de petróleo offshore
title_full_unstemmed Estudo computacional do deslocamento de fluidos em tubulações na etapa de comissionamento das linhas de produção de petróleo offshore
title_sort Estudo computacional do deslocamento de fluidos em tubulações na etapa de comissionamento das linhas de produção de petróleo offshore
author Silva, Rafaella Casado
author_facet Silva, Rafaella Casado
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Fernandes, Larissa Maria
Fernandes, Larissa Maria
Marin, Pricila
Melgarejo Morales, Rigoberto Eleazar
dc.contributor.author.fl_str_mv Silva, Rafaella Casado
dc.subject.por.fl_str_mv Fluidodinâmica computacional
Escoamento multifásico
Petróleo
Computational fluid dynamics
Multiphase flow
Petroleum
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
topic Fluidodinâmica computacional
Escoamento multifásico
Petróleo
Computational fluid dynamics
Multiphase flow
Petroleum
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
description The importance of oil in the current scenario is related to its application both in the energy sector and in countless other products, such as plastic, fibers and rubbers. Petroleum is defined as a mixture naturally formed by hydrocarbons and sulfur, nitrogen and oxygenated organic derivatives, among others. Within the oil industry, production stoppage on offshore platforms can cause problems related to blocked flow of the production line due to the presence of highly viscous oil, which makes it difficult to restart the plant. Fluid displacement by flushing is one of the solutions applied in this situation and consists of pumping a fluid into the flow line with the intention of cleaning the oil. Thus, the present case study aimed to use computational fluid dynamics (CFD) to investigate the flow and cleaning time of an 8.15 m long acrylic test section with an internal diameter of 26 mm. In addition, it was also possible to validate the best turbulence model according to the conditions analyzed. For this, two mixtures of water and glycerin of low viscosity (3.5 cP and 8.5 cP) were used to displace tap water present in the test section with injection speeds of the mixture of 0.2 m/s, 0 .5 m/s and 1 m/s. Experimental data on glycerin mass fraction were collected from two sensors strategically positioned in the test section and compared with data taken from the simulations. The comparison between the experimental data and the simulation data allowed the validation of the SST Gamma – Theta turbulence model as the most suitable for the simulated conditions. From the analysis of the results, a stratified flow pattern was verified for the lowest injection speed of both mixtures. As for the cleaning time of the horizontal pipe, the mixture with a viscosity of 8.5 cP and 1 m/s was more effective, since the pipe cleaning took place in a shorter time. Thus, the case study achieved its objectives and the results were satisfactory, considering that it was possible to compare with data taken from the literature.
publishDate 2022
dc.date.none.fl_str_mv 2022-12-02
2023-04-18T19:23:16Z
2023-04-18T19:23:16Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/bachelorThesis
format bachelorThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv SILVA, Rafaella Casado. Estudo computacional do deslocamento de fluidos em tubulações na etapa de comissionamento das linhas de produção de petróleo offshore. 2022. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Londrina, 2022.
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/31181
identifier_str_mv SILVA, Rafaella Casado. Estudo computacional do deslocamento de fluidos em tubulações na etapa de comissionamento das linhas de produção de petróleo offshore. 2022. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Londrina, 2022.
url http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/31181
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Londrina
Brasil
Engenharia Química
UTFPR
publisher.none.fl_str_mv Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Londrina
Brasil
Engenharia Química
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_ 1850497896321908736