Estudo numérico da aplicação do sistema gerador de nitrogênio para remoção de depósitos de parafina

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bibo.pageEnd62 p.
dc.contributor.advisor-co1Dutra, Julio Cesar Sampaio
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0000-0001-6784-4150
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5331990513570911
dc.contributor.advisor1Silva, Wellington Betencurte da
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0003-2242-7825
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6900925458823632
dc.contributor.authorCavalcante, Rafael Ferreira
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0009-0005-5585-071X
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/2615634585069482
dc.contributor.referee1Estumano, Diego Cardoso
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0003-4318-4455
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5521162828533153
dc.contributor.referee2Abreu, Luiz Alberto da Silva
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0002-7634-7014
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/2157391120883842
dc.date.accessioned2024-08-13T22:41:56Z
dc.date.available2024-08-13T22:41:56Z
dc.date.issued2024-04-24
dc.description.abstractOffshore oil exploration has significant challenges, including the formation of hydrate and paraffin wax deposits, causing billionaire losses to the oil and natural gas industry. The nitrogen generating system (SGN) is a thermal and chemical technique applied to remove these deposits, employing an exothermic chemical reaction that promotes paraffin wax melting. Pipe-in-pipe (PIP) systems with thermal insulation layers are common in this scenario, aiming to optimize the system’s thermal efficiency. This dissertation conducts to a numerical study of an SGN application in a multilayer PIP system with paraffin wax blockage, to investigate the efficiency and feasibility of the technique in removing the deposit without compromising the PIP’s insulation materials. The mathematical formulation yields to a nonlinear transient two dimensional heat conduction model with chemical reaction and phase change. The solution of the transient problem employs the explicit Euler method for time integration, with spatial derivatives computed directly from the temperature nodal values. The results demonstrate that the SGN’s chemical reagents are quickly consumed, generating a high amount of heat, sufficient to remove the paraffin wax deposit. The simulation reaches a liquid fraction of 0.95. The results also show that the temperature of the thermal insulation layers exceeds their ideal working temperature, but remains below their melting point, reaching 140 ◦C in the innermost insulation layer. Additionally, the results indicate that the released heat is strongly dependent on the pH at which the reaction occur
dc.description.resumoA exploração de petróleo offshore apresenta desafios significativos, incluindo a formação de depósitos de hidratos e parafinas, que causam prejuízos bilionários para a indústria de óleo e gás natural. O sistema gerador de nitrogênio (SGN) é uma técnica térmica e química aplicada na remoção desses depósitos, empregando uma reação química exotérmica que promove a fusão da parafina. Os sistemas Pipe-in-pipe (PIP), com camadas de isolamento térmico, são comuns nesse cenário, visando otimizar a eficiência térmica do sistema. Nesta dissertação foi realizado o estudo numérico de uma aplicação de SGN em um sistema PIP com camadas de isolamento térmico, apresentando bloqueio de parafina, visando avaliar a eficácia e viabilidade da técnica em remover o depósito sem comprometer os materiais isolantes do PIP. A formulação matemática resulta em um modelo de condução de calor bidimensional transiente não linear, incorporando reações químicas e mudança de fase. A solução do problema transiente é realizada a partir do método de Euler explícito e as derivadas espaciais são computadas a partir do cálculo direto de seu gradiente a partir dos valores nodais de temperatura. Os resultados obtidos demonstraram que os reagentes químicos do SGN são rapidamente consumidos, gerando calor suficiente para remover o depósito de parafina. A simulação realizada atingiu uma fração líquida de parafina igual a 0.95. Os resultados também demonstraram que a temperatura das camadas de isolantes térmicos excede sua temperatura ideal de trabalho, mas permanecem abaixo do ponto de fusão, atingindo um máximo de 140 ◦C na camada isolante mais interna. Os resultados que o calor liberado é fortemente dependente do pH em que a reação é realizada
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/17679
dc.languagepor
dc.language.isopt
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Engenharia Química
dc.publisher.departmentCentro de Ciências Agrárias e Engenharias
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química
dc.rightsopen access
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
dc.subjectEngenharia química
dc.subjectEquações diferenciais - Soluções numéricas
dc.subjectIndústria offshore de petróleo
dc.subjectCera de parafina
dc.subjectExploração de petróleo offshore
dc.subjectSistema gerador de nitrogênio (SGN)
dc.subjectSistemas Pipe-in-pipe (PIP)
dc.subjectCondução de calor não linear
dc.subjectOffshore oil exploration
dc.subjectNitrogen generation system (SGN)
dc.subjectPipe-in-pipe systems (PIP)
dc.subjectNonlinear heat conduction
dc.subject.cnpqEngenharia Química
dc.titleEstudo numérico da aplicação do sistema gerador de nitrogênio para remoção de depósitos de parafina
dc.title.alternativeNumerical study of the application of the nitrogen generating system for paraffin deposit removal
dc.typemasterThesis
foaf.mboxrafaferreira150@gmail.com
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