Transporte de óleos pesados mediante aquecimento por vapor : uma abordagem analítica e numérica
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Data de Publicação: | 2018 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes) |
Texto Completo: | http://repositorio.ufes.br/handle/10/8463 |
Resumo: | Amongst the innumerable challenges that permeate the production chain of heavy oils, the transportation phase deserves to be highlighted. Due to its high viscosity, heavy oils exhibit considerable flow resistance, requiring auxiliary mechanisms to enable its transportation via pipelines. In this dissertation, a concentric pipeline configuration is proposed, in which steam flows through the inner pipe and oil flows through the annular space of the oil pipe. Analytical and numerical approaches are adopted for the investigation of steam insertion, geometry, thermal insulation, steam quality and system length on the following parameters: temperature, viscosity and pressure of oil, as well as vapor mass fraction of steam. For the first approach, the thermal resistance model associated with the – NTU method is employed. For the second, software Ansys CFX is used in a tridimensional, steady state simulation. The deviations presented by the analytical approach are attributed to the non incorporations of fluctuation, natural convection and steam turbulence effects, which contribute for a non-homogeneous heating of oil. Numerical results reveal that steam insertion elevates the average oil temperature in 1,2% and reduces its average viscosity and initial flow pressure by 8,7% and 24,2%, respectively. A reduction of 24,6% in the ratio between oil pipe and steam pipe radius results in a final oil temperature 1,2% higher and 4,7% lower viscosity. The presence of thermal insulation reduces the heat flux to the external medium in 78,5%. The reduction of steam quality in 30% causes an increase in average oil viscosity of 2,4%. For longer systems, the initial flow pressure required increases significantly and the steam shows more expressive liquid deposits in the lower portion of the coupling. The present study provides an analysis of the concentric coupling between steam and heavy oil under several conditions, explaining the qualitative advantages and disadvantages of some strategies. In addition, it proposes na analytical model capable of predicting the average temperature and viscosity of oil in the outlet, with maximum deviations of 1,3% and 15,6%, respectively, in comparison to the numerical approach. |
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Ribeiro, Daniel da CunhaRomero, Oldrich JoelSantos, Lorena Andrade dosFeroni, Rita de CássiaPires, Ana Luiza ResendeMeneguelo, Ana PaulaSiqueira, Renato do Nascimento2018-08-01T23:29:13Z2018-08-012018-08-01T23:29:13Z2018-03-27Amongst the innumerable challenges that permeate the production chain of heavy oils, the transportation phase deserves to be highlighted. Due to its high viscosity, heavy oils exhibit considerable flow resistance, requiring auxiliary mechanisms to enable its transportation via pipelines. In this dissertation, a concentric pipeline configuration is proposed, in which steam flows through the inner pipe and oil flows through the annular space of the oil pipe. Analytical and numerical approaches are adopted for the investigation of steam insertion, geometry, thermal insulation, steam quality and system length on the following parameters: temperature, viscosity and pressure of oil, as well as vapor mass fraction of steam. For the first approach, the thermal resistance model associated with the – NTU method is employed. For the second, software Ansys CFX is used in a tridimensional, steady state simulation. The deviations presented by the analytical approach are attributed to the non incorporations of fluctuation, natural convection and steam turbulence effects, which contribute for a non-homogeneous heating of oil. Numerical results reveal that steam insertion elevates the average oil temperature in 1,2% and reduces its average viscosity and initial flow pressure by 8,7% and 24,2%, respectively. A reduction of 24,6% in the ratio between oil pipe and steam pipe radius results in a final oil temperature 1,2% higher and 4,7% lower viscosity. The presence of thermal insulation reduces the heat flux to the external medium in 78,5%. The reduction of steam quality in 30% causes an increase in average oil viscosity of 2,4%. For longer systems, the initial flow pressure required increases significantly and the steam shows more expressive liquid deposits in the lower portion of the coupling. The present study provides an analysis of the concentric coupling between steam and heavy oil under several conditions, explaining the qualitative advantages and disadvantages of some strategies. In addition, it proposes na analytical model capable of predicting the average temperature and viscosity of oil in the outlet, with maximum deviations of 1,3% and 15,6%, respectively, in comparison to the numerical approach.Dentre os inúmeros desafios que permeiam a cadeia produtiva de óleos pesados, a fase de transporte merece destaque. Em função de sua elevada viscosidade, os óleos pesados exibem resistência considerável ao escoamento, requisitando mecanismos auxiliares para viabilizar seu transporte mediante dutos. Nesta dissertação, é proposta uma configuração de tubos concêntricos, na qual vapor escoa pelo tubo interno (vaporduto) e óleo pelo espaço anular do oleoduto. São adotadas as abordagens analítica e numérica para investigação dos efeitos da inserção de vapor, geometria, isolamento térmico, qualidade do vapor e extensão do sistema nos seguintes parâmetros: temperatura, viscosidade e pressão do óleo, bem como fração mássica do vapor. Para a primeira abordagem, é empregado o modelo de resistências térmicas associado ao método NTU. Para a segunda, utiliza-se o software Ansys CFX em uma simulação tridimensional em regime permanente. Os desvios apresentados pela abordagem analítica são atribuídos à não incorporação dos efeitos de empuxo, convecção natural e turbulência do vapor, os quais contribuem para um aquecimento não-homogêneo do óleo. Resultados numéricos revelam que a inserção de vapor eleva a temperatura média do óleo em 1,2% e reduz sua viscosidade média e pressão inicial de fluxo em 8,7% e 24,2%, respectivamente. Uma redução de 24,6% na razão entre o raio do oleoduto e do vaporduto resulta em uma temperatura final do óleo 1,2% maior e viscosidade 4,7% menor. A presença do isolamento térmico reduz o fluxo de calor para o meio externo em 78,5%. A redução da qualidade do vapor em 30% causa um aumento da viscosidade média do óleo de 2,4%. Para sistemas mais extensos, a pressão inicial de fluxo requerida aumenta de forma significativa e o vapor úmido apresenta depósitos mais expressivos de líquido na porção inferior do acoplamento. O presente estudo fornece uma análise do acoplamento concêntrico entre vapor e óleo pesado sob diversas condições, explicitando as vantagens e desvantagens qualitativas de algumas estratégias. Em adição, propõe um modelo analítico capaz de prever a temperatura e viscosidade médias do óleo na saída, com desvios máximos de 1,3% e 15,6%, respectivamente, em relação à abordagem numérica.TextSANTOS, Lorena Andrade dos. Transporte de óleos pesados mediante aquecimento por vapor: uma abordagem analítica e numérica. 2018. 138 f. Dissertação (Mestrado em Energia) - Programa de Pós-Graduação em Energia, Universidade Federal do Espírito Santo, São Mateus, 2018.http://repositorio.ufes.br/handle/10/8463porUniversidade Federal do Espírito SantoMestrado em EnergiaPrograma de Pós-Graduação em EnergiaUFESBRViscous oilsConscentric steam pipeHeat transferÓleos viscososVaporduto concêntricoTransferência de calorTransportesCalor - TransmissãoÓleos e gordurasEngenharia/Tecnologia /Gestão620.9Transporte de óleos pesados mediante aquecimento por vapor : uma abordagem analítica e numéricainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)instname:Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)instacron:UFESORIGINALtese_11913_LORENA ANDRADE DOS SANTOS- dissertação.pdfapplication/pdf2107355http://repositorio.ufes.br/bitstreams/8d4d4ab8-c488-4c61-9148-58200fda2189/downloadd7cbaf41147ae38919b0340a7b2026cbMD5110/84632024-06-28 11:33:50.298oai:repositorio.ufes.br:10/8463http://repositorio.ufes.brRepositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufes.br/oai/requestopendoar:21082024-06-28T11:33:50Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes) - Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)false |
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