مدل‌سازی عددی و ارزیابی عملیات پیگ‌رانی در خط لوله به روش sph با رویکرد بهینه‌سازی عملکرد پیگ

با توجه به اهمیت عملیات پیگ‌رانی در خط لوله برای مقاصدی همچون نظارت-تمیزکاری که منجر به افزایش عمر مفید شبکۀ انتقال و مدیریت و بهینه‌سازی مصرف انرژی در صنایع نفت-گاز می‌شود، ارائۀ مدل‌های مطالعاتی دقیق در این حوزه از اهمیت بالایی برخوردار بوده‌ و به‌عنوان یک نیاز پژوهشی قلمداد می‌گردد. با‌ توجه به مزیت‌های روش‌های بدون شبکه‌‌بندی، در ‌این پژوهش برای اولین بار مدلی برای ارزیابی جریان پیرامون پیگ با بهره‌گیری از روش هیدرودینامیک ‌ذرات‌ هموار (sph) و با استفاده از مدل k-ε استاندارد برای شبیه‌سازی آشفتگی جریان ارائه و عملکرد مدل بر اساس نمونه آزمایشگاهی ارزیابی و اعتبارسنجی گردیده است، نتایج حاصل نشان داد که میزان میانگین خطای مدل sph نسبت به مدل آزمایشگاهی کمتر از 5% بوده که بیانگر دقت بالا و عملکرد قابل ‌قبول مدل پژوهش بوده است. پس از اعتبارسنجی عملکرد مدل پژوهش، شبیه‌سازی جریان پیرامون پیگ ساکن و متحرک مدل‌سازی شده و نتایج حاصل با نتایج عددی موجود مورد مقایسه و ارزیابی قرار گرفته است، علاوه بر این با بهره‌گیری از الگوریتم فراابتکاری گرگ‌های خاکستری (gwo) مطالعاتی بر پارامتر قطر نسبی پیگ کنارگذر برای دستیابی به مقادیر بهینه این پارامتر پیاده‌سازی شده است، نتایج حاصل از مدل بهینه‌یابی نشان داد که میزان قطر نسبی بهینۀ پیگ کنارگذر برابر با d⁄d=0.418 بوده است. نتایج حاصل از این پژوهش نشان ‌می‌دهد که مدل ارائه‌شده دارای دقت ‌قابل ‌قبول در مدل‌سازی جریان پیرامون پیگ کنارگذر در لوله بوده ‌است، همچنین می‌تواند به‌عنوان یک مدل مرجع بر پایۀ روش sph برای مدل‌سازی جریان‌ پیرامون پیگ کنارگذر متحرک جهت ارزیابی و انجام مطالعات عملیات پیگ‌رانی در خط ‌لوله به‌کارگیری ‌شود.

numerical modeling and evaluation of pigging in pipeline using sph method with performance optimization approach

due to importance of pigging operations for purposes such as monitoring-cleaning, which leads to an increase in the service life of pipeline networks, management, and optimization of energy consumption in oil and gas industries, providing accurate numerical models is a research need that has been very vital. considering advantages of meshless methods, for the first time in this research a model is presented for evaluating the flow around the pig using the smooth particle hydrodynamics (sph) method and the standard k-ε model to simulate the turbulence of the flow. besides, the performance of the model based on the experimental study has been evaluated and validated. the results showed that the average error rate of the sph model compared to the laboratory model was less than 5%, which indicated the research model’s high accuracy and acceptable performance. after validating the performance of the research model, the simulation of the flow around the stationary and mobile pig was modeled, and the results were compared and evaluated with the existing numerical results. in addition, by using a meta-heuristic algorithm of gray wolves optimization (gwo), studies wereconducted on the relative diameter parameter of the bypass pig to achieve optimal values of this parameter. the results of the optimization model showed that the optimal relative diameter of the bypass pig was equal to d⁄d=0.418. the results of this research showed that the presented model had an acceptable accuracy in modeling the flow around the bypass pig in the pipe, and it could also be used as a reference model based on the sph method for modeling the flow around the bypass pig.