faridbensaeed
8th June 2011, 12:30 PM
[taajob]آب به عنوان يك جزء مزاحم در مخازن گازي:[taajob]
در مخازن گازی، آب به عنوان یک جزء همراه موجود میباشد و آب و گاز در حال تعادل قرار دارند . در میان ناخالصیهایی که فروش گاز را با محدودیت مواجه میسازد، آب به دلايل ذيل معروفترین ناخالصی است:
1- ارزش حرارتی گاز را پایین میآورد.
2- گازهاي اسيدي (سولفيد هيدروژن و دياكسيدكربن)در آب مايع حل شده و باعث خوردگي لوله و تجهيزات ميگردند.
3- بالا رفتن فشار و کاهش دما در هنگام انتقال گاز باعث میعان آب میشود و آب مایع راندمان خطوط انتقال گاز را شدیداً کاهش میدهد.
4- با پایین آمدن بیش از حد دما در فصل زمستان یا پس از افت فشار آدیاباتیک (که سبب کاهش سریع دما میشود) پدیده تشکیل هیدرات رخ میدهد. در صنایع نفت و گاز، هیدراتهایی که از آب و اجزای گاز طبیعی شامل متان، اتان، پروپان، ایزوبوتان، نرمال بوتان، نیتروژن، دیاکسیدکربن و سولفیدهیدروژن تشکیل میگردند، بسیار حائز اهمیت میباشند.
[taajob]
Gas hydrate plug
معمولاً آب معروفترین ناخالصی یا آلودگی همراه گاز طبیعی است. حذف آب و یا پیشگیری از تشکیل هیدرات گازی یک مفهوم اصلی و اولیه در خطوط گاز میباشد. طراحی خطوط و مخازن نفتی و تأسیسات آبزدایی و حذف هیدراتهای گازی به پیشبینی دو موضوع کلیدی از رفتار فازی نیازمند است:
1- مقدار آب موجود در گاز اشباع
2- دما و فشار تشکیل هیدرات گاز
بین شرکتهای تولیدکننده گاز طبیعی و شرکتهای خطوط لوله، بر سر کیفیت گاز دریافتی مجموعه قوانینی حاکم است که بیشتر شامل مقدار ناخالصیهای همراه گاز، ارزش حرارتی گاز، نقطه شبنم هیدروکربن و موارد دیگر است.
از آنجا که یکی از سازندههای اصلی شبکه کریستالی هیدرات، مولکول آب است لازم است در مورد ساختار مولکول آب و نقش آن در تشکیل مولکول هیدرات توضیح بیشتری داده شود. مولکول آب در حالت کلی شامل یک اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن است که دو الکترون از چهار الکترون مدار آخر اتم اکسیژن با دو الکترون اتم هیدروژن در حالت اشتراک است. این سه اتم یک ساختار هرمی شکل با قاعده مثلثی به مرکزیت اتم اکسیژن را به وجود میآورند. دو الکترون آزاد اتم اکسیژن در اختیار سایر هیدروژنهای مولکولهای دیگر آب میشود و تشکیل پیوندی موسوم به "پیوند هیدروژنی" را میدهد. با تشکیل این پیوند، یک شبکه شبه پلیمری در فاز مایع آب تشکیل میگردد که بسیار پایدارتر از زنجیرهای باز همان تعداد مولکول هستند. هرچند که پیوندهای هیدروژنی در سایر ترکیبات مانند الکلها هم وجود دارد اما این پیوندها در آب به نحو خاصی قوی هستند.
نتیجه پیوند هیدروژنی این است که آب بتواند هیدرات را بسازد. پیوند هیدروژنی باعث میشود که مولکولهای آب در یک جهت منظم آرایش یابند. آب سنگین هم پیوند هیدروژنی برقرار میکند. ولی برای تشکیل هیدرات گازی در آب سنگین به فشار کمتری نسبت به حالت آب معمولی نیاز است.
وجود ترکیبات خاصی باعث میشود که مولکولهای آرایش یافته پایدار گردند و یک مخلوط جامد رسوب کند، به این ترکیبات خاص که کریستال هیدرات را پایدار میسازند مولکولهای مهمان یا واحدهای سازنده میگویند.
وقتی یک مولکول گاز خیلی کوچک باشد اندرکنش بین مولکول گاز و مولکولهای آب در دیواره حفره بسیار ضعیف است و سهمی در پایداری نمیتواند داشته باشد. یک روش برای تعیین ترمودینامیکی این موضوع که چه وقت یک مولکول در یک حفره قرار خواهد گرفت، این است که نسبت قطر مولکولی به قطر حفره محاسبه شود، اگر این نسبت کمتر از یک باشد ساختار هیدرات گازی میتواند تشکیل شود.
پایداری حاصل از مولکولهای مهمان در هیدراتها نتیجه برهمکنشهای الکترواستاتیکی نبوده و صرفاً از نیروهای واندروالسی که در حقیقت یک جاذبه بین مولکولی است، نشأت گرفته است. هیچ پیوندی بین مولکولهای مهمان و میزبان در هیدراتهای گازی وجود ندارد و مولکولهای مهمان در داخل قفسی که از مولکولهای میزبان ساخته شده است، آزادانه میچرخند به این خاطر به این ترکیبات محلولهای جامد گفته میشود.
تقریباً تمام خواص آب شامل انبساط در حین انجماد، آنتالپی تبخیر زیاد و نقطه جوش بالا، با شکل مولکولهای آب و اندرکنشی که نتیجه این شکل است قابل توضیح میباشد.
آب یک جزء مکمل سیستمهای سیال مخزن در مخازن و تجهیزات تولید، فرایند و سطحی میباشد. همچنین آب به منظور افزایش بازیافت نفت به درون مخازن هیدروکربنی تزریق میشود.
مولکولهای آب تشکیل یک ساختار سه بعدی از پیوندهای هیدروژنی میدهند این ساختار به سرعت با افزایش دما تغییر میکند. رفتار غیرعادی آب وابسته به اندازه کوچک، پیوند هیدروژنی قوی و مومنتم چندقطبی آن میباشد. یکی از رفتارهای غیرعادی که آب نشان میدهد ضریب تراکم آن است که ابتدا در فشارهای کم کاهش مییابد، از یک مینیمم عبور کرده و سپس با افزایش دما زیاد میشود. رفتار غیرعادی دیگر آب، چگالی آب خالص است که در ذوب در یک اتمسفر زیاد میشود و این افزایش تا رسیدن به 4 درجه سانتیگراد ادامه مییابد.
در مخازن گازی، آب به عنوان یک جزء همراه موجود میباشد و آب و گاز در حال تعادل قرار دارند . در میان ناخالصیهایی که فروش گاز را با محدودیت مواجه میسازد، آب به دلايل ذيل معروفترین ناخالصی است:
1- ارزش حرارتی گاز را پایین میآورد.
2- گازهاي اسيدي (سولفيد هيدروژن و دياكسيدكربن)در آب مايع حل شده و باعث خوردگي لوله و تجهيزات ميگردند.
3- بالا رفتن فشار و کاهش دما در هنگام انتقال گاز باعث میعان آب میشود و آب مایع راندمان خطوط انتقال گاز را شدیداً کاهش میدهد.
4- با پایین آمدن بیش از حد دما در فصل زمستان یا پس از افت فشار آدیاباتیک (که سبب کاهش سریع دما میشود) پدیده تشکیل هیدرات رخ میدهد. در صنایع نفت و گاز، هیدراتهایی که از آب و اجزای گاز طبیعی شامل متان، اتان، پروپان، ایزوبوتان، نرمال بوتان، نیتروژن، دیاکسیدکربن و سولفیدهیدروژن تشکیل میگردند، بسیار حائز اهمیت میباشند.
[taajob]
Gas hydrate plug
معمولاً آب معروفترین ناخالصی یا آلودگی همراه گاز طبیعی است. حذف آب و یا پیشگیری از تشکیل هیدرات گازی یک مفهوم اصلی و اولیه در خطوط گاز میباشد. طراحی خطوط و مخازن نفتی و تأسیسات آبزدایی و حذف هیدراتهای گازی به پیشبینی دو موضوع کلیدی از رفتار فازی نیازمند است:
1- مقدار آب موجود در گاز اشباع
2- دما و فشار تشکیل هیدرات گاز
بین شرکتهای تولیدکننده گاز طبیعی و شرکتهای خطوط لوله، بر سر کیفیت گاز دریافتی مجموعه قوانینی حاکم است که بیشتر شامل مقدار ناخالصیهای همراه گاز، ارزش حرارتی گاز، نقطه شبنم هیدروکربن و موارد دیگر است.
از آنجا که یکی از سازندههای اصلی شبکه کریستالی هیدرات، مولکول آب است لازم است در مورد ساختار مولکول آب و نقش آن در تشکیل مولکول هیدرات توضیح بیشتری داده شود. مولکول آب در حالت کلی شامل یک اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن است که دو الکترون از چهار الکترون مدار آخر اتم اکسیژن با دو الکترون اتم هیدروژن در حالت اشتراک است. این سه اتم یک ساختار هرمی شکل با قاعده مثلثی به مرکزیت اتم اکسیژن را به وجود میآورند. دو الکترون آزاد اتم اکسیژن در اختیار سایر هیدروژنهای مولکولهای دیگر آب میشود و تشکیل پیوندی موسوم به "پیوند هیدروژنی" را میدهد. با تشکیل این پیوند، یک شبکه شبه پلیمری در فاز مایع آب تشکیل میگردد که بسیار پایدارتر از زنجیرهای باز همان تعداد مولکول هستند. هرچند که پیوندهای هیدروژنی در سایر ترکیبات مانند الکلها هم وجود دارد اما این پیوندها در آب به نحو خاصی قوی هستند.
نتیجه پیوند هیدروژنی این است که آب بتواند هیدرات را بسازد. پیوند هیدروژنی باعث میشود که مولکولهای آب در یک جهت منظم آرایش یابند. آب سنگین هم پیوند هیدروژنی برقرار میکند. ولی برای تشکیل هیدرات گازی در آب سنگین به فشار کمتری نسبت به حالت آب معمولی نیاز است.
وجود ترکیبات خاصی باعث میشود که مولکولهای آرایش یافته پایدار گردند و یک مخلوط جامد رسوب کند، به این ترکیبات خاص که کریستال هیدرات را پایدار میسازند مولکولهای مهمان یا واحدهای سازنده میگویند.
وقتی یک مولکول گاز خیلی کوچک باشد اندرکنش بین مولکول گاز و مولکولهای آب در دیواره حفره بسیار ضعیف است و سهمی در پایداری نمیتواند داشته باشد. یک روش برای تعیین ترمودینامیکی این موضوع که چه وقت یک مولکول در یک حفره قرار خواهد گرفت، این است که نسبت قطر مولکولی به قطر حفره محاسبه شود، اگر این نسبت کمتر از یک باشد ساختار هیدرات گازی میتواند تشکیل شود.
پایداری حاصل از مولکولهای مهمان در هیدراتها نتیجه برهمکنشهای الکترواستاتیکی نبوده و صرفاً از نیروهای واندروالسی که در حقیقت یک جاذبه بین مولکولی است، نشأت گرفته است. هیچ پیوندی بین مولکولهای مهمان و میزبان در هیدراتهای گازی وجود ندارد و مولکولهای مهمان در داخل قفسی که از مولکولهای میزبان ساخته شده است، آزادانه میچرخند به این خاطر به این ترکیبات محلولهای جامد گفته میشود.
تقریباً تمام خواص آب شامل انبساط در حین انجماد، آنتالپی تبخیر زیاد و نقطه جوش بالا، با شکل مولکولهای آب و اندرکنشی که نتیجه این شکل است قابل توضیح میباشد.
آب یک جزء مکمل سیستمهای سیال مخزن در مخازن و تجهیزات تولید، فرایند و سطحی میباشد. همچنین آب به منظور افزایش بازیافت نفت به درون مخازن هیدروکربنی تزریق میشود.
مولکولهای آب تشکیل یک ساختار سه بعدی از پیوندهای هیدروژنی میدهند این ساختار به سرعت با افزایش دما تغییر میکند. رفتار غیرعادی آب وابسته به اندازه کوچک، پیوند هیدروژنی قوی و مومنتم چندقطبی آن میباشد. یکی از رفتارهای غیرعادی که آب نشان میدهد ضریب تراکم آن است که ابتدا در فشارهای کم کاهش مییابد، از یک مینیمم عبور کرده و سپس با افزایش دما زیاد میشود. رفتار غیرعادی دیگر آب، چگالی آب خالص است که در ذوب در یک اتمسفر زیاد میشود و این افزایش تا رسیدن به 4 درجه سانتیگراد ادامه مییابد.