Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
Development of computational fluid dynamics program for flow inside crude oil pipeline
Year (A.D.)
2014
Document Type
Thesis
First Advisor
เบญจพล เฉลิมสินสุวรรณ
Second Advisor
พรพจน์ เปี่ยมสมบูรณ์
Faculty/College
Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)
Department (if any)
Department of Chemical Technology (ภาควิชาเคมีเทคนิค)
Degree Name
วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต
Degree Level
ปริญญาโท
Degree Discipline
เคมีเทคนิค
DOI
10.58837/CHULA.THE.2014.2149
Abstract
การขนส่งน้ำมันดิบผ่านท่อเป็นกระบวนการที่พบเห็นได้ทั่วไปในอุตสาหกรรมปิโตรเลียม น้ำมันดิบส่วนใหญ่มีความหนืดสูง อีกทั้งโดยปกติแล้วอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อมภายนอกท่อนั้นมักจะต่ำกว่าอุณหภูมิของน้ำมันดิบภายในท่อ น้ำมันดิบจึงเกิดการสูญเสียความร้อน อุณหภูมิจะลดลงเรื่อยๆ ตามระยะทางและเวลาที่เปลี่ยนแปลงไป เมื่ออุณหภูมิของน้ำมันดิบลดลงจนถึงจุดขุ่น (Cloud point) น้ำมันดิบบางส่วนจะเปลี่ยนสถานะกลายเป็นไข (Wax) และเมื่ออุณหภูมิลดลงต่อไปเรื่อยๆ จนกระทั่งถึงจุดไหลเท (Pour point) ไขจะมีการสะสมตัวจนทำให้ท่ออุดตัน น้ำมันดิบจะไม่สามารถไหลได้ ดังนั้น การขนส่งน้ำมันดิบผ่านท่อจะไม่สามารถดำเนินการต่อได้ เพื่อป้องกันหรือลดความรุนแรงจากการสูญเสียประสิทธิภาพที่เกิดขึ้นจากไขภายในท่อขนส่ง งานวิจัยนี้จึงทำการเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ในการสร้างแบบจำลองการไหลภายในท่อขนส่งน้ำมันดิบเพื่อศึกษาพฤติกรรมการไหลที่มีความซับซ้อน และทำนายการเกิดไขในระบบท่อ ความรู้ทางพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (Computational fluid dynamics) ถูกนำมาใช้ในการแก้ปัญหาการไหลสำหรับงานวิจัยนี้ สำหรับการพัฒนาโปรแกรมพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ แบบจำลองที่นำมาใช้มีลักษณะเป็นท่อตรงยาว และทำการแบ่งกริดในรูปแบบของกริดแบบเยื้องกัน เกิดเป็นปริมาณควบคุม ซึ่งจะเป็นตัวเก็บตัวแปรที่ต้องการคำนวณหาคำตอบ ได้แก่ ความเร็ว ความดัน อุณหภูมิ เป็นต้น โดยใช้ระเบียบวิธี ไฟไนต์วอลุมแปลงสมการเชิงอนุพันธ์ย่อยให้อยู่ในรูปสมการพีชคณิตเพื่อความสะดวกในการแก้ปัญหา ส่วนการหาคำตอบจากสมการพีชคณิตจะใช้ขั้นตอนวิธีเมทริกซ์สามแนวเฉียง ซึ่งวิธีการที่กล่าวมาข้างต้นเป็นส่วนหนึ่งในขั้นตอนวิธี Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equation ที่เป็นวิธีคำนวณซ้ำเพื่อให้ได้มาซึ่งคำตอบที่แม่นยำที่สุด ผลที่ได้พบว่า โปรแกรมจำลองมีความน่าเชื่อถือ โดยมีการเปรียบเทียบความถูกต้องกับการทดลองจริงและโปรแกรมสำเร็จรูป ANSYS FLUENT โปรแกรมที่ได้สามารถใช้ทำนายพฤติกรรมการไหลของน้ำมันดิบ รวมถึงการเกิดไขภายในระบบท่อได้อย่างแม่นยำ และสามารถประยุกต์ใช้กับระบบการไหลของของไหลประเภทอื่นได้อีกด้วย
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
Transportation of crude oil by pipelines is the general process in petroleum industry. Normally, environment outside the pipeline has lower temperature than crude oil inside pipeline. Therefore, the heat is loss from crude oil to the environment. Crude oil temperature then decreases along the pipe length and operating time. When crude oil temperature drops to cloud point, crude oil properties will behave like waxy crude including an increase in viscosity and partly change into waxy form. When crude oil temperature continuously decreases to pour point, the wax layer will block the flow and the pipe system will fail. To protect and reduce the wax appearance problem, the computer program was written for simulating the flow inside crude oil pipeline which can predict the complex flow phenomena and wax appearance. The knowledge of computational fluid dynamics was used to solve the flow problem in the long straight pipe model. To develop CFD model, governing equations which are in partial differential form are transformed into the algebra form by finite volume method. Tri-Diagonal Matrix Algorithm was employed to calculate the results of linear algebraic equations. All techniques were determined in Semi Implicit Method Pressure-Linked Equation algorithm loop which is an iterative strategy to obtain the highest accurate solution. The results showed a good agreement between developed CFD simulation program and commercial software ANSYS FLUENT. The program can accurately predict the pipe flow behavior as well as the wax appearance. In addition, it can be applied to any other flow problems.
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
รักทอง, วันวิสา, "การพัฒนาโปรแกรมพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณสำหรับการไหลภายในท่อขนส่งน้ำมันดิบ" (2014). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 73630.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/73630