Sviluppo di una procedura CFD per la progettazione e certificazione di slug catcher per la separazione gas-liquido

A slug-catcher is a device used in the field of oil & gas application. It is composed of piping system employed to separate and sever liquid and gas mixture coming out from an oilfield. Design of manufacturing plants is still obtained following simplified models (process design), approximated and adjusted according to the coefficients and parameters coming more from experience than from real experimental tests. Nevertheless, the costs of implementation, design and transport are considerable. The process design in use was too approximated for the design of these kind of structures; the variability of basic elements and parameters, in fact, was not taken into account. For this reason it has been decided to try to introduce the employment of CFD for the design and the certification of these systems. This was also due to the continuous increase of the requests, from the buyers of these structures, for a certification that could show the effective functioning of the product purchased. The aim of this research and thesis was to develop a CFD procedure to assist and advise the design and certification of a slug-catcher through the use of a CFD model of two-phase flow, but also through the study of the various design geometries by a CFD analysis. The software utilized for this work is the opensource openFOAM

Uno slug-catcher è un'applicazione dell' oil & gas composto da un sistema di tubazioni che viene usato per separare una miscela di fase liquida e gassosa che fuoriesce da un giacimento petrolifero. Lo studio e la progettazione di tali apparecchiature si fonda tuttora sull'utilizzo di modelli semplificati (process design), verosimilmente approssimati e corretti secondo coefficienti e parametri frutto più di una esperienza sul campo che di un vera ricerca sperimentale. Cionondimeno i costi di realizzazione, sia quelli inerenti la progettazione, ma ancor più quelli di costruzione e trasporto sono ingenti. Ad una prima analisi è subito apparso chiaro come il “process design” attualmente in uso fosse approssimativo per la progettazione di tali strutture; la variabilità di alcuni parametri fondamentali, infatti, non viene presa in considerazione. Per questo motivo si è deciso di provare ad introdurre l'utilizzo della CFD nella fase di progettazione e certificazione di tali sistemi. Ciò è stato anche dovuto al continuo aumento di richieste, da parte dei commitenti di queste strutture, di una certificazione che potesse provare il reale funzionamento del prodotto acquistato. Scopo di questo lavoro di tesi è stato quello di sviluppare una procedura CFD che potesse indirizzare e coadiuvare lo studio, la progettazione e l'eventuale certificazione di uno slug-catcher mediante l'utilizzo di un modello CFD di flusso bifase, ma anche e non solo, attraverso lo studio, sempre CFD, delle varie geometrie di progettazione. Il software usato per tale lavoro è l'opensource OpenFOAM .