Assessing hydrate formation in natural gas pipelines under transient operation

• Autorzy: Osiadacz A. , Uilhoorn F. E. , Chaczykowski M.

Warianty tytułu

PL

Ocena zjawiska tworzenia się hydratów w warunkach nieustalonego przepływu gazu w gazociągach

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This work presents a transient, non-isothermal compressible gas flow model that is combined with a hydrate phase equilibrium model. It enables, to determine whether hydrates could form under existing operating conditions in natural gas pipelines. In particular, to determine the time and location at which the natural gas enters the hydrate formation region. The gas flow is described by a set of partial differential equations resulting from the conservation of mass, momentum, and energy. Real gas effects are determined by the predictive Soave-Redlich-Kwong group contribution method. By means of statistical mechanics, the hydrate model is formulated combined with classical thermodynamics of phase equilibria for systems that contain water and both hydrate forming and non-hydrate forming gases as function of pressure, temperature, and gas composition. To demonstrate the applicability a case study is conducted.

PL

W artykule omówiono model nieustalonego, nieizotermicznego przepływu gazu w rurociągu, który uwzględnia model gazowego hydratu w stanie równowagi fazowej. To pozwala określić czy hydraty mogą tworzyć się w określonych warunkach eksploatacji gazociągu a w szczególności określić czas oraz miejsce ich tworzenia. Przepływ gazu jest opisany za pomocą układu równań różniczkowych cząstkowych utworzonych w oparciu o równanie zachowania masy, pędu, energii oraz równanie stanu wykorzystujące równanie Soave-Redlich-Kwonga. Za pomocą mechaniki statystycznej, model hydratu jest formułowany w oparciu o równowagę fazową dla układów zawierających wodę oraz gazy tworzące i nie tworzące hydraty jako funkcję ciśnienia, temperatury oraz składu gazu.

Słowa kluczowe

EN

hydrates; pipeline; natural gas; transient gas flow

PL

hydraty; rurociągi; gaz ziemny; nieustalony przepływ gazu

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 58, no. 1
• Strony: 131--144
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Osiadacz A.

• Gas Engineering Division, Faculty of Environmental Engineering, Warsaw University of Technology 00-653 Warsaw, Nowowiejska 20, Poland

autor

Uilhoorn F. E.

• Gas Engineering Division, Faculty of Environmental Engineering, Warsaw University of Technology 00-653 Warsaw, Nowowiejska 20, Poland

autor

Chaczykowski M.

• Gas Engineering Division, Faculty of Environmental Engineering, Warsaw University of Technology 00-653 Warsaw, Nowowiejska 20, Poland

Bibliografia

• Carroll J., 2003. Natural Gas Hydrates: A Guide for Engineers. New York: Gulf Professional Co.
• Dahl S., Michelsen M.L., 1990. High-Pressure Vapor-Liquid Equilibrium with a UNIFAC-Based Equation of State. AIChE Journal, 36(12): 1829-1836.
• Guo B., Song S., Ghalambor A., Chacko J., 2005. Offshore Pipelines. Gulf Professional Publishing.
• Hansen H.K., Rasmussen P., Fredenslund Aa., Schiller M., Gmehling J., 1991. Vapor-Liquid Equilibria by UNIFACGroup Contribution. 5. Revision and Extension. Ind. Eng. Chem. Res., 30: 2352-2355.
• Holderbaum T., Gmehling J., 1991. PSRK: A Group-Contribution Equation of State Based on UNIFAC. Fluid Phase Equilibria, 70: 251-265.
• Katz D.L., Cornell D., Kobayashi R., Poettmann F.H., Vary J.A., Elenbaas J.R., Weinaug C.F., 1959. Handbook of NaturalGas Engineering. McGraw-Hill Book Company: New York.
• Krichevsky I.R., Kasarnovsky J.S., 1935. Thermodynamical calculations of solubilities of nitrogen and hydrogen inwater at high pressures. J. Amer. Chem. Soc., 57: 2168-2172.
• Osiadacz A., Uilhoorn F.E., Chaczykowski M., 2009. Computation of Hydrate Phase Equilibria and Its Application tothe Yamal-Europe Gas Pipeline. Petroleum Science and Technology, 27(2): 208-225.
• Osiadacz A., Uilhoorn F.E., Chaczykowski M., 2012. Non-Linear Optimization of High-Pressure gas Networks withRespect to Hydrate Control. Archives of Mining Sciences, 57(3): 627-645.
• Powell M.J.D., 1970. A hybrid method for nonlinear equations, in Numerical Methods for Nonlinear Algebraic Equations, P. Rabinowitz, Editor, Gordon and Breach: London: 87-114.
• Schiesser, W. E., 1991. The Numerical Method of Lines. Academic Press.
• Sloan Jr., E.D., 1998. Clathrate hydrates of natural gases. 2 ed., New York: Marcel Dekker Inc.
• Techo R., Tickner R.R., James R.E., 1965. An accurate equation for the computation of the friction factor for smoothpipes from the Reynolds number. Journal of Applied Mechanics, 32: 443.
• Thorley A.R.D., 1987. Tiley CH. Unsteady and transient flow of compressible fluids in pipelines - a review of theoreticaland some experimental studies. International Journal of Heat and Fluid Flow, 8(1): 3-15.
• Van der Waals J.H., Platteeuw J.C., 1959. Clathrate Solutions. Adv. Chem. Phys, 1: 1-57.
• Van der Waals J.H., 1956. The Statistical Mechanics of Clathrate Compounds. Trans. Faraday Soc., 52: 184-193.