طراحی و شبیه‌سازی خط لوله با PIPESYS, PIPEPHASE & TGNET و اتوماسيون HYSYSDesign and simulation of pipeline with PIPESYS, PIPEPHASE & TGNET and HYSYS automation

مقدمه ای از کتاب طراحی و شبیه‌سازی خط لوله با PIPESYS, PIPEPHASE & TGNET و اتوماسيون HYSYS

خط‌ لوله، وظیفه‌ی انتقال سیالات در شرایط و توپولوژی‌های مختلف را بر عهده دارد. در صورتی که خط‌ لوله دقیق طراحی شده باشد، افت فشار در طول خط‌ لوله و هزینه‌ی ساخت خط‌ لوله و کمپرسورها و سایر تجهیزات موجود در طول مسیر، بهینه خواهد بود که این کار با داشتن یک مدل دقیق از رفتار هیدرولیکی سیال در طول خط‌ لوله میسر می‌باشد. نرم‌افزار PIPESYS محصول شرکت Neotech به‌عنوان یکی از اجزای الحاقی HYSYS، نرم‌افزار PIPEPHASE محصول شرکت SIMSCI و نرم‌افزار PipelineStudio محصول شرکت Energy Solutions با قابلیت خود در پیش‌بینی رفتار هیدرولیکی سیالات تک‌فازی و چند‌فازی برای یک مهندس طراح، بستر مناسب طراحی خطوط و شبکه‌های انتقال سیالات را فراهم می‌آورد. از

طرفی یکی از ویژگی‌های برجسته‌ی نرم‌افزار HYSYS، قابلیت اتصال آن به نرم‌افزارهای کاربردی دیگر نظیر MATLAB و Visual Basic می‌باشد. در قسمت اول این مجموعه سعی شده است تا مروری اجمالی بر مفاهیم و قابلیت‌های نرم‌افزار PIPESYS، PipelineStudio و PIPEPHASE داشته و در قسمت دوم به نحوه‌ی اتصال HYSYS با Visual Basic و MATLAB اشاره شده است.

به علت پرکاربرد بودن HYSYS در زمینه‌ی شبیه‌سازی فرآیندهای مختلف و همچنین با توجه به بانک اطلاعاتی قوی ترمودینامیکی و ترموفیزیکی این نرم‌افزار، سعی شده که در قسمت اول این مجموعه تمرکز بیشتری بر روی PIPESYS داشته و توانایی‌های آن را به‌صورت جزیی مورد بررسی قرار دهیم. از طرفی از جمله معایب PIPESYS عدم توانایی آن در شبیه‌سازی شبکه‌های خط‌لوله می‌باشد که به‌این منظور می‌توانیم از نرم‌افزارهای پرکاربرد در این زمینه از جمله PIPEPHASE و PipelineStudio استفاده کنیم. به‌ همین علت سعی شده که در قالب دو فصل جداگانه به معرفی نرم‌افزارهای PIPEPHASE و PipelineStudio بپردازیم. نرم‌افزار PipelineStudio توانایی شبیه‌سازی خطوط‌لوله‌ی گاز و مایع را دارا می‌باشد. این نرم‌افزار دارای سه حالت کاربری TGNET configuration برای خطوط‌لوله شامل سیالات گازی، TLNET configuration برای خطوط‌لوله شامل سیالات مایع و PipelineSimulator Gas configuration برای خطوط‌لوله شامل سیالات گازی با طراحی جزیی می‌باشد که در اینجا ما به معرفیTGNET configuration خواهیم پرداخت.

مجموعه‌ای که در پیش‌رو دارید مشتمل بر چهارده فصل می‌باشد که در فصل اول سعی شده که در قالب یک مثال، پنجره‌های اصلی موجود در PIPESYS در ذهن تداعی شود. در فصل دوم نیز به معرفی اجزای سر خطی پرکاربرد در سیستم‌های PIPING پرداخته شده است. در فصل سوم، با ذکر یک مثال ساده سعی شده تا مرور مختصری بر آنچه در فصول قبل بیان شده است، داشته باشیم. در فصل چهارم نیز به معرفی الگوی جریان در سیستم‌های دوفازی درون خط‌ لوله پرداخته‌ایم. یکی از معضلات عمده‌ای که اغلب اوقات در سیستم‌های طویل PIPING، مثلاً در سیستم‌های PIPING بین شهری با آن مواجه هستیم، مسأله‌ی تشکیل هیدرات است. در فصل پنجم با بیان یک مثال، به چگونگی بررسی تشکیل هیدرات و راه‌های جلوگیری از آن پرداخته شده است. در فصول شش تا نه نیز سعی شده تا با ذکر مثال‌های کاربردی و متنوع، به معرفی قابلیت‌های PIPESYS بپردازیم.

در فصل دهم سعی شده که با ذکر دو مثال به معرفی نرم‌افزار PIPEPHASE بپردازیم. در ادامه و در فصل یازده نیز سعی شده که در قالب یک مثال به معرفی نرم‌افزار PipelineStudio بپردازیم. در فصل دوازده، سعی شده مرور مختصری بر مفهوم اتوماسیون داشته باشیم. به دلیل پرکاربرد بودن اتوماسیون بین HYSYS و Microsoft Visual Basic، در فصل سیزده اشاره‌ی مختصری به زبان Visual Basic شده است. در فصل چهارده، به بررسی اتوماسیون بین HYSYS و Microsoft Visual Basic پرداخته شده است. نرم‌افزار MATLAB از پرکاربرد‌ترین نرم‌افزارها در کلیه‌ی علوم مهندسی محسوب می‌شود. نهایتاً در ادامه فصل چهارده سعی شده که به اتوماسیون بین HYSYS و نرم‌افزار MATLAB پرداخته شود. طراحی هیدرولیکی خطوط انتقال جریان به‌طور دقیق، در صنایع مختلف از اهمیت خاصی برخوردار است. این عمل معمولاً با اعمال یک ضریب تصحیح بر روی نتایج ناشی از مدل‌سازی‌های تک‌فازی و یا با حل مستقیم معادلات و روابط تجربی مربوط به جریان‌های دوفازی انجام می‌شود. در حالت اول اغلب، نتایج بدست آمده کم‌تر و یا بیش‌تر از مقدار واقعی خواهد بود که هر یک به نوبه‌ی خود مشکلاتی را ایجاد خواهند کرد.

در حالت دوم نیز، با وجود اینکه استفاده از اطلاعات اولیه‌ی خطوط‌لوله دوفازی منجر به طراحی مناسب‌تر می‌شود، ولی به دلیل محدود بودن داده‌های تجربی، به‌خصوص در محاسبات مربوط به صنایع نفت و گاز، خطاهای زیادی ایجاد می‌شود. تعیین دقیق قطر لوله برای جلوگیری از بروز این گونه مشکلات، کاری وقت‌گیر و هزینه‌بر می‌باشد که تا چند سال پیش به جز در پروژه‌های بزرگ قابل اجرا نبود. از همین رو، مانند بسیاری از مسائل مربوط به شبیه‌سازی در صنایع مختلف، نیاز به برنامه‌هایی جهت محاسبه‌ی دقیق‌تر پارامترهای موجود، بیشتر مورد توجه قرار گرفت. امروزه استفاده از کامپیوتر به‌عنوان جزیی جدانشدنی از دانش فنی و مهندسی مطرح است و طراحی و ارزیابی واحدها و تجهیزات فرآیندی در صنایع گوناگون بدون استفاده از نرم‌افزارهای کامپیوتری امری وقت‌گیر و با توجه به وجود موارد پیچیده و نیز دامنه‌ی محدود تجارب و اطلاعات فردی غیرممکن می‌باشد. برای نمونه می‌توان در این زمینه به نرم‌افزار HYSYS اشاره کرد. نرم‌افزار HYSYS به دلیل پوشش بیشتر فرآیندهای نفت، گاز، پتروشیمی و فرآیندهای شیرین‌سازی در صنعت نفت و همچنین توانایی بالا در مدل‌سازی ساده و سریع فرآیندها در حالت دینامیکی، یکی از جامع‌ترین و

پرکاربرد‌ترین نرم‌افزارها در زمینه‌ی مهندسی فرآیند و مهندسی مکانیک می‌باشد. PIPESYS نیز به‌عنوان یکی از اجزای الحاقی نرم‌افزار HYSYS، یک بسته‌ی نرم‌افزاری مربوط به هیدرولیک خطوط‌ لوله می‌باشد که با دسترسی به بانک اطلاعاتی جامعی از مواد و خواص سیالات موجود در HYSYS، وظیفه‌ی شبیه‌سازی جریان‌های تک‌فازی و دوفازی در لوله‌ها ‌را بر عهده دارد. PIPESYS حاوی یک سری برنامه‌های جامع از روش‌ها و روابط مربوط به مدل‌سازی جریان‌های تک‌فازی و چندفازی در لوله‌ها است و قادر به شبیه‌سازی دقیق محدوده‌ی گسترده‌ای از شرایط عملیاتی می‌باشد. در این برنامه، شما اختیار استفاده از روابط پیش‌فرض PIPESYS را در حالت‌های مختلف خواهید داشت. همچنین این نرم‌افزار مجموعه‌ای از تجهیزات داخل خط که برای ساخت خط‌لوله و آزمایش آن به کار می‌روند را پیش‌بینی کرده است که به کمک آن می‌توان خطوط‌لوله‌ای که در محیط‌ها و ارتفاعات مختلف سطح زمین کشیده شده است را مدل‌سازی کرد.

از جمله توانایی‌های PIPESYS می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• -مدل‌سازی دقیق جریان سیالات تک‌فازی و چندفازی
• -محاسبه‌ی دقیق پروفایل فشار و دما برای خطوط‌لوله در مناطق مختلف جغرافیایی
• -مدل‌سازی اثر تجهیزات سرخط مانند کمپرسورها، پمپ‌ها، کولرها و غیره
• -انجام سریع و مؤثر محاسبات بهینه‌سازی
• -تعیین امکان افزایش ظرفیت خطوط‌لوله‌ی موجود بر اساس تأثیرات عوامل مختلف

و بسیاری خصوصیات دیگر که در ادامه با آنها آشنا خواهید شد.

توجه داشته باشید با وجود آن که نرم‌افزار PIPESYS در محیط نرم‌افزار HYSYS اجرا می‌شود، ولی در این کتاب در مورد طرز عمل نرم‌افزار HYSYS بحث نخواهد شد و فرض بر این است که شما کاربر عزیز با محیط HYSYS و سازکارهای آن از پیش آشنا هستید. PIPESYS به صورت جزء الحاقی همراه با HYSYS اجرا می‌شود که همین امر کار را برای کسانی که با HYSYS آشنا هستند، ساده‌تر می‌کند. PIPESYS به‌طور مشابه از همان صفحات کاربری و مدل‌های ترمودینامیکی و ترموفیزیکی نرم‌افزار HYSYS استفاده می‌نماید. PIPEPHASE یک برنامه شبیه‌ساز خطوط‌ لوله می باشد که فشار، دما و تجمع مایع را در حالت پایدار در چاه‌ها، خطوط انتقال جریان، سیستم‌های جمع‌آوری و سایر آرایش‌های خطی یا شبکه‌ای از لوله‌ها، چاه‌ها، پمپ‌ها، کمپرسور‌ها، جداکننده‌ها و سایر تجهیزات پیش‌بینی می‌کند. نوع سیالاتی که PIPEPHASE قادر به استفاده از آن‌ها می‌باشد شامل مایع، گاز، بخار و مخلوط‌های چند فازی از مایع و بخار می‌باشد. PIPEPHASE همچنین دارای توانایی‌های خاصی از قبیل آنالیز چاه به همراه عملکرد جریان درونی، آنالیز حساسیت و… می‌باشد که این موارد محدوده‌ی کاربرد PIPEPHASE را در حل مسائل مربوط به خطوط و شبکه‌های لوله گسترش می‌دهد.

نرم‌افزار PipelineStudio نرم‌افزار بسیار قدرت‌مندی در زمینه‌ی شبیه‌سازی شبکه‌های خط‌لوله محسوب می‌شود و به طور کلی دارای کاربرد‌ها و توانایی‌های زیر است:

• -طراحی خط‌لوله
• -تعیین عمل‌کرد و سایز کردن خط‌لوله
• -تعیین عمل‌کرد کمپرسور و پمپ در خط‌لوله
• -آنالیز هیدرولیکی
• -تعیین زمان عمل‌کرد سیستم
• -محاسبات مربوط به میزان مصرف سوخت
• -برنامه ریزی عملیاتی
• -آنالیز نشتی
• -ارزیابی سناریوهای مختلف عملیاتی

با توجه به کاربردها و توانایی‌های متنوع نرم‌افزارهای PIPESYS، PIPEPHASE و PipelineStudio در زمینه‌ی شبیه‌سازی خطوط‌ لوله‌ی انتقال و خطوط‌ لوله‌ی فرآیندی، و از طرفی نقش تعیین کننده‌ی خطوط‌ لوله در صنایع فرآیندی، آشنایی با این نرم‌افزارها می‌تواند کلیه‌ی نیازهای مهندسین طراح را در این زمینه مرتفع نماید.

فهرست مطالب کتاب طراحی و شبیه‌سازی خط لوله با PIPESYS, PIPEPHASE & TGNET و اتوماسيون HYSYS

فصل اول: اضافه کردن يک واحد لوله

• 1-1 مقدمه
• 1-2 محیط کاري PIPESYS
• 1-3 برگه‌ي Emulsion
• 1-4 برگه‌ي Cooldown
• 1-5 پنجره‌ي Pipe Unit

فصل دوم: تجهیزات سرخط

• 2-1 کمپرسور سرخط
• 2-2 پنجره‌ی کمپرسور سرخط
• 2-3 پمپ سرخط
• 2-4 پنجره‌ی پمپ سرخط
• 2-5 گرمکن سرخط
• 2-6 کولر سرخط
• 2-7 Unit-X
• 2-8 تنظيم کننده‌ی سرخط
• 2-9 اتصالات سرخط
• 2-10 بررسي Pigging Slug
• 2-11 بررسیSevere Slugging
• 2-12 بررسي سرعت فرسايش
• 2-13 جريان جانبي

فصل سوم: پروفایل ارتفاع

• 3-1 مقدمه
• 3-2 مثال پروفایل ارتفاع

فصل چهارم: الگوي جريان دوفازي درون خطوط‌ لوله

• 4-1 مقدمه
• 4-2 الگوهاي جريان در خطوط‌لوله‌ي قائم
• 4-3 الگوهاي جريان در خطوط‌لوله‌ی افقي
• 4-4 الگوي جريان در خطوط‌لوله‌ي شيبدار
• 4-5 روش‌هاي پيش‌بيني انواع الگوهاي جريان
• 4-6 الگوی جریان در سیستم‌های تک‌فازی

فصل پنجم: بررسی تشکیل هیدرات

• 5-1 مقدمه
• 5-2 مثال بررسی تشکیل هیدرات
• 5-3 روش‌های بررسی تشکیل هیدرات
• 5-4 جلوگيري از تشکيل هيدرات

فصل ششم: خط لوله جمع‌آوري ميعانات گازي

• 6-1 مقدمه
• 6-2 مثال جمع‌آوري ميعانات گازي

فصل هفتم: سيستم جمع‌آوري ميعانات گازي

• 7-1 مقدمه
• 7-2 مدل‌کردن سيستم جمع‌آوري ميعانات گازي
• 7-3 مشاهده‌ی نتايج

فصل هشتم: بهینه‌سازی سيستم جمع‌آوري ميعانات گازي

• 8-1 مقدمه
• 8-2 مثال بهينه‌سازي سيستم جمع‌آوري ميعان گازي
• 8-3 مشاهده‌ی نتايج

فصل نهم: بررسی نمودار هزینه ثابت

• 9-1 مقدمه
• 9-2 مثال تخمین قطر بهینه

فصل دهم: شبیه سازی شبکه‌های خط لوله توسط PIPEPHASE

• 10-1 مقدمه
• 10-2 تعریف مسأله
• 10-3 ساختن شبکه
• 10-4 خواص سيالات
• 10-5 واحد هاي اندازه گيري
• 10-6 جريان و شرايط سيال
• 10-7 ساختار شبكه
• 10-8 محاسبات انتقال حرارت
• 10-9 وارد کردن اطلاعات بهینه‌سازی
• 10-10 مشخص کردن موارد مربوط به چاپ
• 10-11 اجرای شبیه‌سازی
• 10-12 مشاهده و رسم نمودار نتایج
• 10-13 در نظر گرفتن هزینه‌های عملیاتی
• 10-14 كنترل همگرايي شبكه
• 10-15 شبكه هاي زير سطحي يك چاه منفرد
• 10-16 آناليزNodal
• 10-17 آیکونهای موجود در نوارابزار

فصل یازدهم: شبیه سازی شبکه‌های خط لوله توسط TGNET

• 11-1 مقدمه
• 11-2 تعریف مسئله
• 11-3 شبیه‌سازی خط‌لوله‌ی درون شهری
• 11-4 تجهیزات موجود
• 11-5 پنجره‌ی Source
• 11-6 پنجره‌ی Compressor
• 11-7 پنجره‌ی Pipe
• 11-8 پنجره‌ی Simulation Option
• 11-9 تعریف سناریو
• 11-10 پنجره‌ی Table Data Block
• 11-11 پنجره‌ی Steady State Convergence
• 11-12 ابزارهای تعاملی
• 11-13 افزودن Data Item

فصل دوازدهم: اتوماسيون

• 12-1 مقدمه
• 12-2 اتوماسيون

فصل سیزدهم: آشنایی با VB

• 13-1 مقدمه
• 13-2 آشنایی با زبان VB
• 13-3 آشنايي با محيط VB

فصل چهاردهم: اتصال HYSYS با نرم افرارهای دیگر

• 14-1 مقدمه
• 14-2 اتصال HYSYS و Visual Basic
• 14-3 اتصال HYSYS و MATLAB

فصل پانزدهم: راهنمای نصب نرم افزارها

• 15-1 راهنمای نصب PIPESYS
• 15-2 راهنمای نصب PIPEPHASE
• 15-3 راهنمای نصب TGNet