İki fazlı yatay petrol - gaz seperatörlerinde akış ve ayrışma olaylarının sayısal analizi
Numerical analysis of flow and separation efficiency of two phase horizontal oil-gas separator
Yazar: AHMET ERGİN EFENDİOĞLU
Danışman: PROF. DR. HAŞMET TÜRKOĞLU
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
İki fazlı yatay gravite seperatörleri petrol endüstrisinde çok yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Seperatörlerin tasarımı API 12J (American Petroleum Institute) standartları ve literatürde bulunan ampirik korelasyonlar baz alınarak yapılmaktadır. Fakat ne API standartları ne de diğer literatür seperatörün iç yapısı hakkında bilgi vermez.
Çalışmamızda bir petrol-gaz karışımı numunesi esas alınarak, seperatörün ana boyutlarının belirlenmesi, numunenin fiziksel özelliklerine göre API ve literatürdeki ampirik korelasyonlar vasıtasıyla yapılmıştır. Çarpma plakasının pozisyonunun ve perfore plakasının ayrıştırma verimine etkisini gözlemlemek için, bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD, CFD) paket programı olan ANSYS CFX kullanılarak iki fazlı akış simülasyonları yapılmış ve ayrışma verimi belirlenmiştir. HAD simülasyonları, 2 ayrı çarpma plakası poziyonu için yapılmıştır. Çarpma plakası seperatör girişinden 100 mm ve 170 mm 'de konumlandırılmıştır. Ayrıca, çarpma plakasının, karışım girişine 170 mm mesafede olduğu durumda seperatör içine perfore plakalar yerleştirek HAD analizleri yapılmıştır ve farklı konfigürasyonların ayrıştırma verimi karşılaştırılmıştır. 
Perfore plakanın ve çarpma plakasının pozisyonunun ayrıştırma verimini etkilediği görülmüştür. Çarpma plakasının girişten 100 mm mesafede konumlandırıldığı durumda ayrıştırma verimin %98.5 olduğu görülmüştür. Çarpma plakasının girişten 170 mm mesefade konumlandırıldığı durumda ise ayrıştırma veriminin %99.32'ye yükseldiği gözlemlenmiştir. Perfore plakaların seperatör içine yerleştirilmesiyle ayrıştırma verimi %99.49'a kadar yükselmiştir. Ayrıştırma verimindeki bu küçük artışlar, bir petrol işletmesi için önemli kazanç sağlayabilir. Örneğin, yılda yaklaşık 25,550,000 varil petrol üreten Türkiye Petroller Anonim Ortaklığı, seperatörlerin ayrıştırma verimlerinde olabilecek %0.99'luk bir artışla yılda yaklaşık 27,800,000 $  veya daha fazla kar artışı elde edebileceği hesaplanmaktadır.

Abstract:
Two-phase horizontal gravity separators are widely used in the petroleum industry. Design of these separators are based on empirical correlations and the design approaches described by the international standard API 12J (American Petroleum Institute). Other literature provides different design approaches for defining the length and diameter of separator However, there is no method clearly describing the determination of the position of diverter plate neither in literature nor in API standards.
In this study, the main sizes of a separator were determined for a specific oil-gas mixture using the empirical correlations from API and literature. To analyze the effects of the position of the diverter and perforated plates on the separation efficiency, two-phase flow simulations were conducted using CFD software ANSYS CFX. The CFD simulations were carried out for two different diverter plate positions. The diverter plate was located at 100 mm and 170 mm from the inlet. Additionally, simulation was also performed with perforated baffle plates when the diverter plate is positioned at 170 mm from the inlet. To estimate the effects of these different configurations on separation efficiency, CFD simulations results were compared.
It has been observed that perforated plates and position of the inlet diverter affect the separation efficiency. When the inlet diverter is located at 100 mm from the inlet, the separation efficiency of 98.5% is obtained. When the inlet diverter is located at a distance 170 mm from the inlet, the separation efficiency increases to 99.32%. When the perforated plates are assembled into the separator, the separation efficiency increases further. A petroleum company, which produces about 25,550,000 barrels of oil per year, can save 252,945 barrels of oil every year if the separation efficiency increases by 0.99%. This provides 27,823,950 $ extra profit per year.