مقطع اول لوله
مقطع دوم لوله
نمودار ۴‑۱۲ : تغییرات دما در قطر لوله در دو مقطع میانی
مقطع اول لوله
مقطع دوم لوله
نمودار ۴‑۱۳: تغییرات فشار در قطر لوله در دو مقطع میانی
کسر حجمی پراکنده در مقطع اول لوله
کسر حجمی پراکنده در مقطع دوم لوله
کسر حجمی پراکنده در مقطع اول لوله
کسر حجمی پراکنده در مقطع دوم لوله
نمودار ۴‑۱۴: تغییرات کسر حجمی فاز پیوسته و پراکنده در قطر لوله در دو مقطع میانی
غلظت پراکنده در مقطع اول لوله
غلظت پراکنده در مقطع دوم لوله
غلظت پراکنده در مقطع دوم لوله
غلظت پراکنده در مقطع اول لوله
نمودار ۴‑۱۵ : تغییرات غلظت فاز پیوسته و پراکنده در قطر لوله در دو مقطع میانی
نتایج شبیه سازی شبکه انتقال گاز
منحنی هیدرات در نمودار ۴‑۱۶ آمده است. از این منحنی درک می‌شود که در خط L008 و L005 در حال تشکیل هیدرات می‌باشند.
نمودار ۴‑۱۶ : منحنی‌های تشکیل هیدرات برای هر سه خط شبکه انتقال
در هر خط انتقال گاز مشاهده می‌شود که فشار کاهش می‌یابد و در کل شبکه هر چه به پایان خط انتقال نزدیک می‌شویم افت فشار افزایش آن بیشتر می‌باشد. در بخش مدل سازی دیده شد که در مکان‌هایی که افت فشار زیاد است هسته زدایی بسیار راحت‌تر صورت می‌گیرد. به این خاطر است که در نقاط پایانی خط لوله بیشتر هیدرات تشکیل می‌شود. تغییرات دما نیز مانند فشار در هر خط کاهش می‌یابد که شرایط مناسب را ایجاد می‌کند. در پایان خط انتقال باز هم افت محسوس دما دیده می‌شود. این افت دما و فشار شرایط مساعد تشکیل هیدرات را فراهم می‌کنند. درست است افزایش فشار خود از عوامل تشکیل هیدرات می‌باشد امّا در یک نتیجه گیری برای اولین بار اثبات می‌شود که افت ناگهانی فشار بسیار مهمتر از افزایش فشار برای تشکیل هیدرات می‌باشد. به همین خاطر است در مناطقی از لوله که انقباض و انبساط به واسطه شیر‌ها و… داریم هیدرات در آن مناطق بسیار تهدید کننده هستند.
نمودار ۴‑۱۷: تغییرات فشار در طول لوله برای هر سه خط شبکه انتقال
در نمودار ۴‑۱۸، کاهش دما در همه خطوط انتقال دیده می‌شود. درست است که کاهش دما شرایط تشکیل را مساعد می‌کند امّا انتهای شبکه در خط L008 درجه حرارت بسیار پایین‌تر از کل شبکه است و همواره در انتهای خط نیز کاهش می‌یابد و به این خاطر است که هیدرات در انتهای شبکه بیشتر است.
نمودار ۴‑۱۸: تغییرات دما در طول لوله برای هر سه خط شبکه انتقال
در نمودار ۴‑۱۹، آنتالپی )اندر تافت( مقدار گرمای سیستم در فشار ثابت است. در همین فصل در بخش مقاومت‌ها، نمودار فشار ثابت و دما ثابت تشکیل هیدرات را رسم کردیم. دیدیم که در یک فشار ثابت همواره دما کاهش می‌یابد و ما را به سمت منطقه هیدرات سوق میدهد. در ابتدای شبکه انتقال این گرما همواره کاهش می‌یابد و در انتهای شبکه به خاطر گرمازا بودن واکنش تشکیل هیدرات این مقدار در حال افزایش است.
نمودار ۴‑۱۹ : تغییرات آنتالپی در طول لوله برای هر سه خط شبکه انتقال
در نمودار ۴‑۲۰، در علوم پایه چگالی را مقدار جرم موجود در واحد حجم ماده می‌دانند در صورتی که در علوم پیشرفته، این تعریف از چگالی صحیح نیست و دقیقا تعریف جرم واحد حجم یا جرم مخصوص یا همان دانسیته می‌باشد. در ابتدای شبکه ما دارای هیدرات تشکیل شده توسط خط L005 هستیم و مقدار دانسیته به خاطر افزایش جرم در حجم(ذخیره شدن مولکول‌های گاز درون آب) افزایش می‌یابد. این مسئله در پایان خط L008 نیز جایی که هیدرات به شدت مستعد تشکیل شدن است افزایش می‌یابد. دانسیته در مناطقی که هیدرات تشکیل می‌شود بسیار زیاد است. اینگونه اثبات می‌شود که با دستگاه دانسیته متری با اندازه گیری مقدار دانسیته جریان می‌توان در خط لوله به راحتی نواحی تشکیل هیدرات را پیدا کرد و در آن مناطق از بازدارنده یا هیترهای گرمایی استفاده کرد.
نمودار ۴‑۲۰: تغییرات دانسیته در طول لوله برای هر سه خط شبکه انتقال
در نمودار ۴‑۲۱ ویسکوزیته نیز همانند دانسیته مشاهده می‌شود که در مناطقی که قالبهای هیدرات تشکیل می‌شوند ویسکوزیته نیز افزایش می‌یابد. البته مقدار ویسکوزیته هرچند مقادیر بسیار کوچکی هستند امّا می‌توانیم با بهره گرفتن از تزریق مواد روان کننده، ویسکوزیته را نیز تغییر دهیم که اثبات می‌شود تغییر دانسیته و ویسکوزیته در خط لوله با توجه به مفاهیم علمی که از قبل از آنها داریم بتوان منجر به کاهش تشکیل هیدرات شویم.
نمودار ۴‑۲۱ : تغییرات ویسکوزیته گاز در طول لوله برای هر سه خط شبکه انتقال
بررسی سرعت مخلوط بسیار مهم و نیاز به تعمل بیشتر دارد چون دیده می‌شود که سرعت مخلوط در خط L006 هرچند که پایین است امّا در این خط هیدرات نداشتیم و سرعت به طور یکنواختی در طول لوله در جریان بود. در خط L005 همواره هیدرات تشکیل شده باعث بستن خط و کاهش سرعت گاز می‌شود، این خط دارای سرعت قابل قبولی بخاطر کاهش سطح مقطع لوله و فشار گاز است. در فرضیات قبلی اعلام می‌شد که کاهش سرعت عامل مؤثر در تشکیل هیدرات است در حالیکه باید این موضوع اینگونه گفته شود که در مرحله هسته زایی و چسبندگی مولکول‌های آب در جداره لوله، سرعت پارامتر تأثیر گذاری می‌باشد ولی سرعت گاز در حدی نیست که بتواند مانع از تشکیل هیدرات شود. درست است سرعت باعث انتقال مولکول‌های آب می‌شود ولی در تجمع چندین مولکول که دانسیته و ویسکوزیته بالا میرود این سرعت توانایی انتقال ذرات، که هم زمان در حال محبوس شدن گاز درون خود است را ندارد و پروفایل سرعت در زمان‌های بیشتر میل به سمت فوقانی لوله پیدا می‌کند و کف لوله محل تجمع آب و مواد زاید می‌شود که بستر خوبی برای تشکیل هیدرات می‌باشد. جدا از عوامل توضیح داده شده در این فصل، قطرات آب همیشه هیدرات باقی نمی‌مانند و به خاطر عوامل مختلف عملیاتی و حتی فصل‌های زمستان و تابستان، قالبهای هیدرات ذوب و گاز خود را آزاد می‌کنند و آب به انتهای خط انتقال می‌یابد و این آب به خاطر اثر پل و پدیده حافظه بسیار سریعتر هیدرات را تشکیل میدهند که میبینیم در خط L008 سرعت افزایش می‌یابد در حالی که احساس می‌شود در مسیر باید سرعت گاز کاهش یابد امّا اینگونه نشد. اغلب اوقات، هیدرات تشکیل می‌شود، ولی ما همچنان جریان درون لوله را داریم، در این حالت مشکلات ناشی از هیدرات بسیار کمتر است. باید گفت که قالبهای هیدرات به ویژه در خط لولۀ میعانات گازی، متخلخل و تراواست]۶۵[. بااین حال، این امر همواره صادق نیست و نباید بهعنوان پیشفرض همیشگی مدنظر قرار گیرد. یکی دیگر از نکات مهم این است که نباید فرض کنیم که تنها یک قالب خط لوله را میبندد، بلکه باید خود را برای امکان بسته شدن خط لوله از طریق چندین قالب آماده کنیم. قالب‌ها به نظر می‌رسد همواره بزرگتر می‌شوند و در طول لوله سطح مقطع را برای گاز تنگ تر می‌کنند.
نمودار ۴‑۲۲ : تغییرات سرعت مخلوط در طول لوله برای هر سه خط شبکه انتقال
برای اولیه بار نمودار‌های فازی یک خط گاز را رسم نمودیم. به عنوان تحقیقات بعدی می‌توان روی این نمودارها تجزیه و تحلیل بیشتری نمود. ما فقط در بخش J004 (محل تلاقی دو خط ورودی) این نمودارها رسم کردیم در حالی که در تمامی خط‌ها می‌توانیم آنها را رسم کنیم. در خط ورودی و خروجی این منحنی شبنم و حباب در فشار پایین تری ایجاد می‌شوند. بررسی این شبکه زیاد است امّا در این پژوهش فقط در نقطه J004 تأثیر بازدارنده متانول را با غلظت ۲۰ و ۳۰ درصد غلظتی بررسی کردیم که تزریق بازدارنده منحنی تشکیل هیدرات را جابجا می‌کند. نمودار ۴‑۲۳ تا نمودار ۴‑۲۵ نشان میدهند که تزریق بازدارنده می‌تواند منحنی و شرایط تشکیل هیدرات را جابجا نماید.
نمودار ۴‑۲۳ : phase Envelope و منحنی هیدرات و بدون تزریق بازدارنده در J004
نمودار ۴‑۲۴ : phase Envelope و منحنی هیدرات و بازدارنده متانول با ۲۰ درصد غلظت در J004
نمودار ۴‑۲۵ : phase Envelope و منحنی هیدرات و بازدارنده متانول با ۳۰ درصد غلظت در J004
انتخاب بازدارنده برتر
یکی از اصلی ترین شرایط تشکیل هیدرات دمای پایین و فشار بالا است. نتایج شبیه سازی نشان میدهد با افزایش فشار و تغییرات خیلی کم دما به خاطر افزایش آب در طول لوله، اولاً باعث افزایش میزان ماده تزریقی و غلظت آن می‌شود که علاوه بر بوجود آمدن شرایط تشکیل، تاییدی بر شبیه سازی نیز می باشد. ثانیا، MEG بر خلاف متانول می تواند با کمترین مقدار تزریق و غلظت بیشترین بازدهی را در طول لوله داشته باشد.
بازدارنده‌های ترمودینامیکی با اضافه شدن به سیال باعث تغییر پتانسیل شیمیایی و جابه جایی تعادل ترمودینامیکی تشکیل هیدرات می‌شود به گونه‌ای که منحنی تعادل هیدرات را به سمت دمای پایین‌تر و فشار بالاتر سوق میدهد و تا زمانی که سیستم از حالت پایداری دور باشد هیدرات تشکیل نخواهد شد. ساختمان مولکولی این مواد سبب می‌شود که پیوند قوی هیدروژنی این مواد با آب از تمایل مولکول‌های آب به تشکیل هیدرات بکاهد. از مهمترین ترکیبات این گروه می‌توان متانول، MEG و DEG را نام برد. برای مؤثر بودن گلایکول‌ها باید به صورت قطرات بسیار ریزی به درون گاز مرطوب پاشیده شوند. اگر مخلوط یک دستی از گلایکول مایع پاشیده شده و در گاز طبیعی به دست نیامد، گلایکول نخواهد توانست از تشکیل هیدرات گازی جلوگیری کند. این موضوع در تزریق متانول به آن اندازه مهم نمی‌باشد زیرا تمام یا کسر قابل توجهی از متانول به جریان گازی تبخیر شده و یک اثر حفاظتی را اعمال خواهد کرد. در جاهایی که تزریق پیوسته است و با حجم زیاد گاز مواجه هستیم، برای سرمایه گذاری‌های کمتر (بدون بازیافت) و برای تاسیسات موقت و با حجم گاز اندک، به صورت غیر پیوسته، متانول بیشتر مصرف می‌گردد.
تزریق متانول کاملاً با تزریق گلایکول متفاوت می‌باشد زیرا :
اولاً متانول اغلب قابل بازیافت نمی‌باشد لذا تاسیسات بازیافت برای آن لازم نیست.
ثانیاً نباید متانول اتمیزه گردد. صرفا یک پمپ با دبی کم و قابل اندازه‌گیری به این منظور کفایت می‌کند.
متانول به دلیل کارایی، قدرت محافظت، سهولت تزریق و در دسترس بودن، بیشتر به‌طور موقتی برای تخریب کلوخه و به‌شکل دائم برای جلوگیری از تشکیل هیدرات به کار میرود. متانول، ویسکوز نبوده و خورنده نیز نمی‌باشد. با وجود این، فشار بخار بالای آن، سبب اتلاف اساسی آن در فاز گاز می‌شود. علاوه بر این، بازیافت متانول گران است؛ بنابراین توسط تقطیر نسبتاً اغلب به طور دائمی بدون بازیافت مصرف می‌شود. امّا گلایکول ارزانتر می باشد. گلایکول‌ها این مزیت را دارند که به راحتی در فاز مایع قابل بازیافت بوده و توسط تقطیر، بازیابی شده و بازگردانده می‌شوند؛ ولی این عیب را دارند که دارای ویسکوزیته نسبتاً بالایی هستند.
با توجه به مزایا و معایب، شرایط خط انتقال گاز و نتایج شبیه سازی که نشان میدهد MEG با کمترین مقدار ماده تزریقی آن هم در غلظت پایین‌تر دارای نتایج بهتری برای بازدارندگی هیدرات است. پس انتخاب MEG یک راهکار صحیح برای خط لوله انتقال گاز می‌باشد.
