در بخش نمک‌ها که نمودار‌های تکمیلی آن در زیر آمده است نیز می‌تواند نتیجه گرفت که انتخاب نمک بستگی به شرایط عملیاتی یعنی دما و فشار خط لوله دارد. بازدارنده‌های مختلف با درصد وزنی یکسان در میدان گازی لاوان مورد مقایسه قرار گرفتند که خود نمودار‌ها نتایج را به طور واضح نشان می‌دهند.
۱- با توجه به اینکه قدرت بازدارندگی کلرید سدیم و متانول بسیار نزدیک به هم می‌باشد، امّا غلظت نمک تزریقی در جریان ورودی به خط لوله بدلیل بالا بودن دمای جریان در آن نقاط افزایش یافته به طوریکه پس از رسیدن به نقاط سرد خط لوله رسوب می کند. به عبارت دیگر این گونه ممانعت کننده‌ها در جائیکه احتمال تشکیل هیدرات افزایش می‌یابد با غلظت کمتری وارد عمل می‌شوند. همچنین نسبت به سایر ممانعت کننده‌ها دارای خاصیت خورندگی بیشتری می‌باشند.
۲- با توجه به مطالب فوق می توان نتیجه گرفت که گلایکول‌ها و الکل‌ها بدلیل خورندگی کمتر، عدم رسوب گذاری و عدم واکنش‌های جانبی دارای کارایی بیشتری نسبت به نمک‌ها می‌باشند. همچنین الکل‌ها (متانول) بدلیل قدرت بازدارندگی بیشتر با درصد جرمی برابر در فاز آب و مقرون به صرفه بودن آن از لحاظ اقتصادی نسبت به گلایکول‌ها با در نظر گرفتن شرایط عملیاتی فرایند می‌توانند به عنوان بازدارنده برتر در صنعت مورد استفاده قرار گیرند.
۳- گلایکول‌ها نسبت به نمک‌ها برتری بیشتری دارند. در گلایکول‌ها به ترتیب DEG<Methanol<MEG و در نمک‌ها به ترتیبNa₂SO₄<KBr<KCL<NaCL دارای برتری بیشتری نسبت به هم هستند.
نمودار ‏۴‑۲۶ : مقایسه بازدارنده‌های نمکی تشکیل هیدرات‌گازی میدان لاوان با ۱۰ درصد وزنی
نمودار ‏۴‑۲۷ : مقایسه بازدارنده‌های نمکی تشکیل هیدرات‌گازی میدان لاوان با ۲۰ درصد وزنی
نمودار ‏۴‑۲۸ : مقایسه بازدارنده‌های نمکی تشکیل هیدرات‌گازی میدان لاوان با ۳۰ درصد وزنی
نمودار ‏۴‑۲۹ : مقایسه بازدارنده‌های نمکی تشکیل هیدرات‌گازی میدان لاوان با ۴۰ درصد وزنی
نمودار ‏۴‑۳۰ : مقایسه بازدارنده‌های نمکی تشکیل هیدرات‌گازی میدان لاوان با ۵۰ درصد وزنی
نمودار ‏۴‑۳۱ : مقایسه بازدارنده‌های نمکی تشکیل هیدرات‌گازی میدان لاوان با ۶۰ درصد وزنی
فصل پنجم
نتیجه گیری و پیشنهادات
با توجه به تحلیل‌های آماری صورت گرفته روند رو به رشدی در پژوهش‌های ایرانیان در دهه اخیـر علـی الخصـوص در سالهای ۲۰۱۱ و ۲۰۱۲ مشاهده می‌گردد. با این وجود همچنان خلاءهایی در برخی زمینه مشاهده مـی‌گـردد. در ایـن مطالعه مشاهده شد که بیشترین فعالیت‌های انجام شده مرتبط با هیدرات گازی در ایران، مربوط به تعادلات فازی و سینتیک تشکیل و تجزیه هیدرات می‌باشد. در بخش کاربردهای نوین هیدرات گازی نیز روند فزایندهای مشاهده می شود، امّا در بخش‌هایی نظیـر اکتشاف و بهره‌برداری از منابع طبیعی هیدرات فعالیتی صورت نگرفته است که باتوجـه بـه ظرفیـت عظـیم ایـن منـابع، توجـه بیشتری در این خصوص لازم است. نکته جالب در پژوهش‌های هیدرات در منابع خارجی این است که بیشتر این پژوهش‌ها توسط محققین ایرانی صورت گرفته است، ایران رتبه نخست ذخایر گاز طبیعی جهان را داراست پس بیشتر از سایر کشورها باید سرمایه گذاری در بخش‌های مختلف جلوگیری از هیدرات انجام دهد و این امر سبب شده تا محققین ایرانی پیشتاز علوم هیدرات باشند. علت بعدی این امر نیز به خاطر افزایش شدید هیدرات در لوله‌های گاز به خاطر موارد زیر می‌باشد :
چهار فصل بودن ایران
ناهمواری زمین و کوهستانی بودن ایران
هزینه‌های بالای واحد‌های نم زدایی
تکنولوژی‌های پایین
نم زدایی گاز
TEG بیشترین استفاده را در نم­زدایی گاز طبیعی دارد. این ماده با معیارهای ذکر شده تطابق دارد و نسبت به دیگر گلایکول­ها دارای مزیت­هایی است. در مقایسه، DEG کمی ارزان­تر از TEG است. با این حال، از آنجا که فشار بخار بالایی دارد، مقدار اتلاف آن نیز زیاد است. TEG تمایل کمتری برای ترکیب با آب دارد، در نتیجه کاهش دمای شبنم آن کمتر است. تترا اتیلن­گلایکول­ (TREG) گران­تر و گرانرو­تر از TEG است. گرانروی بالا به معنای هزینه­ های زیاد پمپاژ است. از سوی دیگر، TREG فشار بخار کمتری دارد و در نتیجه اتلاف آن نیز کمتر خواهد بود. این روش در بعضی مواقع عملی نبوده و از لحاظ اقتصادی هم مقرون به صرفه نیست. برای مثال در خطوط لوله دریایی انتقال جریان‌های سه فازی گاز طبیعی، نصب یک واحد نم‌زدایی در ابتدای خط لوله(روی سکو) بسیار مشکل، پرهزینه و در بعضی مواقع غیر ممکن است.

از لحاظ اقتصادی جایی که خصوصیات آبگیری مهیا باشد استفاده از خشک کننده‌های مایع ترجیح داده می‌شوند. دستگاه‌های مربوط به خنک کننده‌های مایع برای عملیات و نگه داری راحت تر می‌باشند و می‌توان آنها را به صورت خودکار در مدار قرار داد. به طور مثل می‌توان سیستم گلایکول را برای یک چاه تولیدی به کار گرفت.
مواد جاذب الرطوبت مایع را می‌توان برای گازهای ترش بکار برد به شرطی که در طراحی مواردی از قبیل حلالیت گازهای اسیدی در مواد جاذبه الرطوبت را مدنظر قرار داد.
خشک کننده‌های جامد عملاً در کارخانه‌های بازیافت مایعات هیدروکربوری که دارای شرایط نقطه شبنم خیلی پایین هستند به کار برده می‌شوند.
در شرایط غیرتبرید استفاده از گلایکول باعث می‌شود که جداسازی با مشکل مواجه شود بنابراین در اینگونه موارد از مواد تقلیل دهنده نقطه تشکیل هیدرات(مواد بازدارنده از تشکیل هیدرات) استفاده می‌شوند.
مقاومت های انتقال جرم و حرارت هیدرات
انتقال حرارت، انتقال جرم و واکنش تشکیل هیدرات عواملی می‌باشند که در کنار تعادل ترمودینامیکی اثرات بسیار مهمی بر سرعت تشکیل و رشد هیدرات ایفا کرده و به همین دلیل در بررسی تشکیل هیدرات تئوری‌های مختلفی ارائه گردیده‌اند. مقاومت‌های مربوط به انتقال جرم از فاز گاز به سطح مشترک، سطح مشترک به فاز مایع، از فاز مایع به سطح بیرونی هیدرات و از سطح بیرونی به سطح در حال رشد ذره هیدرات در کنار مقاومت مربوط به واکنش بر روی سطح جامد نشان از پیچیده بودن مطالعه تشکیل هیدرات می‌باشند. در بررسی پیش رو با دلایل متعدد نشان داده شده است که از میان مقاومت‌های ذکر شده، مقاومت انتقال جرم در سطح مشترک گاز- مایع محدود کننده سرعت تشکیل هیدرات در زمان مرحله رشد خواهد بود. برای این منظور مطالعه جامعی بر روی نتایج کارهای به چاپ رسیده انجام شده و مدلی مشابه با آنچه اسکوبوگ پیشنهاد نموده است، حاصل گردید. مدل ارائه شده بر اساس ضریب انتقال جرم محلی مربوط به سطح مشترک گاز- مایع بوده و تمایز آن با مدل اسکوبوگ در محاسبه غلظت در فاز مایع است که مقدار غلظت مولکول‌های گاز در فاز مایع با بهره گرفتن از فرض تعادل پیشنهاد گردیده است.
نرخ تشکیل هیدرات توسط مکانیسم انتقال جرم کنترل شده و هر چه انتقال حرارت سریعتر انجام گیرد هیدرات تشکیل شده پایدارتر است.
در بررسی مقاومت‌های موجود در تشکیل هیدرات و بررسی آن نشان داده شده که فرایند تولید هیدرات از گازهای موجود در گاز طبیعی فرآیندی است که توسط انتقال جرم مربوط به سمت مایع در سطح مشترک گاز- مایع کنترل می‌گردد و سایر مقاومت‌ها در مسیر تشکیل هیدرات در برابر این مقاومت قابل صرف نظر کردن می‌باشند. نتیجه این بررسی نشان داد که مدل پیشنهادی اسکوبوگ دارای فرضیات مناسبی بوده امّا مقدار نیروی محرکه فرض شده در مدل اسکوبوگ می‌بایست تصحیح گردد. نیروی محرکه برای تشکیل هیدرات را می‌توان به اختلاف مقدار بین غلظت‌های مولکول‌های گاز در شرایط آزمایش و مقدار غلظت همین مواد در شرایط تعادلی مرتبط دانست.
مقاومت‌های انتقال حرارت لوله متأثر از پارمتر‌های دمایی خود لوله در داخل و بیرون از آن است. هرچند سهم مقاومت‌‌های درون لوله کم است امّا با ایجاد اختلاف دما عامل هسته زدایی و رشد کریستال‌ها را می‌توان به تأخیر انداخت. ایجاد اختلاف دما خود با روش‌های داخل و خارج از لوله صورت می‌گیرد که روش‌های بیرونی بخاطر کنترل دقیق‌تر و ایمنی لوله بهتر می‌باشند. افزایش دمای لوله می‌تواند ما را از شرایط تشکیل دور کند ولی توجه به پارامترهای اتلاف گرما هرچند سهم ناچیزی باشد نیز حائز اهمیت می‌باشد.
مدل سازی قطاعی از لوله دارای هیدرات
با بهره گرفتن از محاسبات تبخیر ناگهانی از نتایج به دست آمده مشاهده می‌شود که با به کار بردن روش مینیمم سازی در محاسبات تعادل فازی سیستم‌های حاوی هیدرات‌های گازی هم می‌توان به نتایج دقیقی دست یافت. در این حالت سرعت محاسبات افزایش یافته و مشکلات ناشی یک فاز در طول محاسبات از بین می‌رود و می‌توانیم در شبیه سازی از یک ترکیب شونده گازی درون لوله استفاده کنیم. این سیستم نسبت به ترکیب شوندگان دیگر دارای کمترین درصد خطای ممکن یعنی ۴/۲% می‌باشد، از آنجایی که حجم کمتری گاز در قطاع مدل شده داریم و بیشتر گاز از متان تشکیل شده است می‌توان به دقت بالای شبیه سازی اشاره نمود.
معادلات حاکم جرم، انرژی و حرارت در یک زمان حل شدند که دقت بالای همگرایی ۰۱/۰ در حل‌کننده خطی و غیر خطی به صحیح بودن مدل ارائه شده، دقت در مرزها و شرایط اولیه، اجرای صحیح شبیه سازی را تصدیق می‌کند.
در این تحقیق، به مدلسازی جریان آرام سیال نیوتنی که حاوی ذرات جامد آب به صورت یخ می‌باشد، با بهره گرفتن از بسته نرم‌افزاری کامسول پرداختیم. برای بررسی صحت نتایج مدلسازی، از نتایج تجربی موجود در تحقیقات قبلی گلیز و همکارن در سال ۱۹۹۹ و ۲۰۱۳، استفاده گردید. نتایج بدست آمده از این مقاله می‌تواند برای نظارت و کنترل ته نشست ذرات جامد در هنگام جریان دو فاز گاز و جامد در طول لوله‌های انتقال گاز، پالایشگاه‌ها و میدان‌های گازی و حتی چاه‌های افقی تولید نفت مورد استفاده قرار گیرد. این نتایج به شرح زیر می‌باشند:
نتایج مدلسازی کسر‌حجمی فاز پراکنده، غلظت فاز پیوسته و غلظت فاز پراکنده در مقطع پایین لوله با نتایج تجربی مقایسه شدند که نتایج از دقت خیلی خوبی برخوردار بودند که تاییدی بر پژوهش بود.
شبیه سازی گرافیکی برای اولین بار به خوبی لایه‌های ته نشین شده ذرات جامد را نشان داد.
نتایج حاصل از مدلسازی نشان میدهد که از یک زمان به بعد، به شرایط پایا میرسیم، این موضوع بدان معناست که نرخ ته‌نشین شدن ذرات جامد در کف لوله، برابر با نرخ برخواستن ذرات از کف لوله حاوی جریان می‌باشد.
مشاهده می‌شود که غلظت ذرات جامد در ورودی لوله برابر با غلظت متوسط ذرات می‌باشد که وقتی به سمت انتهای لوله حرکت می‌کنیم، از غلظت ذرات جامد در بالای لوله کاسته شده و در عوض غلظت ذرات ته‌نشین شده افزایش می‌یابد. فقط در قسمت خروجی لوله است که بدلیل آشفتگی جریان، سرعت جریان افزایش یافته و غلظت ذرات جامد دچار کاهش ناگهانی می‌شود.
اگر سرعت متوسط جریان ورودی به لوله کاهش یابد، مقدار نیروهای پراکنده کننده کاهش یافته و نهایتاً غلظت بیشتر ذرات جامد در کف لوله را سبب می‌شود. این توانایی کمتر جریان با سرعت پایینتر را در جابجایی ذرات جامد نشان میدهد. کاهش بیشتر سرعت ورودی متوسط سبب می‌شود تا ذرات جامد یک لایه ته‌نشین شده لغزنده را در کف لوله تشکیل دهند، در حالیکه لایه بالایی از یک مخلوط ناهمگن مایع-گاز تشکیل شده است.
سرعت فاز پیوسته(گاز) عامل اصلی هسته زایی در جداره‌های لوله شناسایی شد و می‌توان گفت سرعت تأثیر زیادی در رشد کریستال‌ها به اندازه دما و فشار ندارد.
فشار در طول لوله به صورت یکنواخت در حال کاهش است و همواره سبب تشکیل هیدرات می‌شود ولی در شکل۴-۷ دیده شد که افت ناگهانی فشار به رشد و تشکیل هیدرات بیشتر کمک می‌کند.
کف لوله همواره دارای فشار کمتری است که موجب کاهش دما در کف لوله می‌شود. دما نیز در طول لوله در حال کاهش است. کاهش دما شرایط تشکیل هیدرات را بهبود می‌بخشد پس باید با راهکارهایی مناسب سعی بر افزایش دمای کف لوله نمائیم.
تغییرات غلظت نیز برای فاز جامد در کف لوله همواره در حال افزایش است و در بالای لوله به شدت کاهش می‌یابد. نیروی گرانش تأثیر زیادی بر ته نشین شدن ذرات جامد دارد و به جامد اجازه حرکت بالک به صورت مستقیم در داخل لوله را نمی دهد. انتخاب عمق مناسب لوله در خاک در اینجا اهمیت بسزایی دارد.
شبکه انتقال گاز
استفاده از نرم افزار PipePhase برای اولین بار در تحقیقات داخلی نشان داد که دارای قدرت خوب محاسباتی برای شبیه سازی هیدرات و سایر مباحث شبکه‌های گازرسانی، انتقال، توپکرانی و… است.
با کاهش فشار مقدار ناچیزی از هیدرات تشکیل شده و عملاً راندمان واکنش پایین است که برای جبران کاهش فشار، کاهش دما اثر مثبتی بر روند افزایش تشکیل هیدرات دارد.
درست است افزایش فشار خود از عوامل تشکیل هیدرات می‌باشد امّا در یک نتیجه گیری برای اولین بار اثبات می‌شود که افت ناگهانی فشار بسیار مهمتر از افزایش فشار برای تشکیل هیدرات می‌باشد.
پایین آمدن ناگهانی دما در ابتدای خط و افت دما در انتهای خط، میزان تشکیل هیدرات را در انتهای خطوط انتقال گاز افزایش میدهد و برای جلوگیری از تشکیل باید وسایل گرمادهی بیشتر در انتهای خط قرار بگیرند.
بخاطر کاهش فشار و دما، آنتالپی یا مقدار گرمای واکنش در خط باید کاهش یابد امّا شبیه سازی نشان داد که انتهای شبکه که هیدرات تشکیل می‌شود این مقدار به خاطر گرمازا بودن واکنش تشکیل هیدرات در حال افزایش است.
مقدار دانسیته به خاطر افزایش جرم در حجم (ذخیره شدن مولکول‌های گاز درون آب) و ویسکوزیته در مناطقی که هیدرات وجود دارد افزایش می‌یابد. دستگاه دانسیته متری با اندازه گیری مقدار دانسیته جریان می‌توان در خط لوله به راحتی نواحی تشکیل هیدرات را پیدا کرد و در آن مناطق از بازدارنده یا هیترهای گرمایی استفاده کرد.
سرعت در لوله‌هایی که هیدرات نداریم کاهش ناچیزی دارد امّا در مناطقی که هیدرات وجود دارد به خاطر بسته شدن مقطع پایینی لوله و فشار زیادی که در قبل از هیدرات و خروجی بعد از هیدرات داریم افت شدید فشار باعث بالارفتن سرعت در خط می‌شود. مرحله هسته زایی بسیار طولانی است امّا در مرحله رشد قالب‌های هیدرات به صورت شعایی درون لوله آن هم بصورت منقطع و ناپیوسته بودن قالب‌ها به خاطر همین افت فشار موجب کاهش سطح مقطع لوله و افزایش سرعت خواهد شد.
ناحیه فازی منحنی هیدرات می‌تواند به انتخاب بازدارنده با غلظت یا درصد وزنی صحیح در جلوگیری از تشکیل هیدرات به ما کمک نماید.
در نمودار ۴-۲۳ تا ۴-۲۵ نشان داده شد که می‌توانیم با تزریق بازدارنده منحنی تشکیل هیدرات را جابجا کنیم و مانع از تشکیل هیدرات شویم.
انتخاب بازدارنده برتر
بازدارنده‌های ترمودینامیکی به مقدار قابل توجهی به سیستم اضافه می‌شوند(اغلب بیشتر از ۵۰%وزنی) و شرایط تعادل ترمودینامیکی سیستم را به سمت کاهش دمای تشکیل هیدرات تغییر میدهد. الکل‌ها، گلایکول‌ها و نمک‌ها نمونه‌هایی از این نوع بازدارنده می‌باشند. ‌بازدارنده‌های سنتیکی مواد شیمیایی هستند که نرخ تشکیل هیدرات را کاهش میدهند و اجازه میدهند که هیدرات‌های کوچک که تشکیل شده امّا از به هم چسبیدن کریستال‌ها به یکدیگر و تشکیل ذرات بزرگتر جلوگیری می‌کند. نرخ تزریق این نوع بازدارنده‌ها در حدود ۱-۱/۰% وزنی می‌باشد که در مقایسه با بازدارنده‌های ترمودینامیکی بسیار ناچیز است. پلی وینیل پیرولیدن و پلی وینیل کپرولاکتون نمونه‌هایی از این نوع بازدارنده می‌باشند در ادامه انواع مختلف از بازدارنده‌ها، میزان اثر و نرخ مصرف هرکدام را بیان می‌کنیم.
کاربردی‌ترین روش برای جلوگیری از تشکیل هیدرات، اضافه کردن مقدار قابل توجهی از الکل‌ها(متانول)، گلایکول‌ها(اتیلن گلایکول، مونو و تری اتیلن گلایکول) و یا نمک‌ها(کلرید سدیم و کلرید کلیسیم) در غلظت‌هایی به اندازه کافی بالا(به عنوان نمونه۶۰-۱۰% وزنی برای متانول) به جریان آب/گاز می‌باشد.این مواد شیمیایی بازدارنده‌های ترمودینامیکی نامیده می‌شوند و باعث تغییرمکان هندسی نقطه تشکیل هیدرات به سمت چپ نمودار فازی هیدرات شده و بر روی شرایط ترمودینامیکی حاکم بر سنتیک تشکیل هیدرات اثر می‌گذارند این بازدارنده‌ها به این صورت عمل می‌کنند که نقطه تشکیل هیدرات را به نقطه‌ای با دمای پایین تر یا فشار بالاتر، در خارج از ناحیه‌ایی که دما و فشار به صورت ترمودینایکی برای تشکیل هیدرات پایدار باشد، منتقل می‌کنند.
فرایند انتخاب بازدارنده‌های ترمودینامیکی اغلب در برگیرنده مقایسه بسیاری از فاکتورها از قبیل هزینه عملیاتی و سرمایه گذاری، خواص فیزیکی(دانسیته و ویسکوزیته)، سمّی بودن و ایمنی، جلوگیری از خوردگی، ظرفیت آب زدایی گاز و… می‌باشد. به هرحال فاکتور اصلی در انتخاب بازدارنده‌های ترمودینامیکی، بازیابی و احیاء این نوع بازدارنده‌ها می‌باشد که آیا ماده شیمیایی مصرف شده می‌تواند بازیابی و مجدداً تزریق شود و یا خیر؟ اغلب وقتی متانول به عنوان بازدارنده مورد استفاده قرار می‌گیرد، یک هزینه قابل توجهی در کنار هزینه زیاد متانول مصرفی که ناشی از واحد احیا می‌باشد، همراه می‌شود. در بسیاری از موارد نیز از تشکیل توپی‌های هیدرات به واسطه اضافه کردن گلایکول‌ها(معمولا اتیلن گلایکول)به دلیل هزینه پایین، ویسکوزیته پایین و حلالیت کم در هیدروکربن‌های مایع استفاده می‌شود، امّا به منظور اثر بیشتر گلایکول‌ها باید با نرخی بیشتر از ۱۰۰% وزنی آب اضافه شوند و از آنجایی که گلایکول‌ها بازدارنده‌های گرانی هستند، برای واحد احیاء نیازمند هزینه سرمایه گذاری بیشتری هستند. مشکل بازدارنده‌های ترمودینامیکی(متانول و مونو اتیلن گلایکول) نه فقط دانسیته نسبتاً پایین است بلکه این مشکل نیز وجود دارد که اینگونه مواد شیمیایی علاوه بر فاز آب در فاز هیدروکربنی نیز حل می‌شوند و به طور طبیعی نمی‌توانند به اندازه کافی با فاز آب تماس داشته باشند چرا که در تماس با فاز آب قادر به مصرف آب می‌باشند و این عمل است که باعث جلوگیری از تشکیل هیدرات می‌شود، بنابراین مقدار قابل توجهی از این نوع بازدارنده‌ها باید به سیستم تزریق شود که دیگر در فاز هیدروکربنی حل نشود.
مایعات یونی و نمک‌ها مانند NaCL،KCL،KBr و… با ایجاد برهمکنش با دو قطبی‌های آب موجب جلوگیری از تشکیل هیدرات می‌شوند. مکانیزم عملکرد این بازدارنده‌ها بدین صورت می‌باشد که با جذب مولکول‌های آب مانع از چسبیدن مولکول‌های آب به گاز و تشکیل هیدرات می‌شوند. جهت خارج شدن نمک و یا مایعات یونی از ساختار می‌بایستی دما کاهش یابد، از اینرو استفاده از این بازدارنده‌ها منجر به افت دمای تشکیل هیدرات می‌شود.
تزریق بازدارنده‌های نمکی با درصد وزنی مختلف در محدوده مناسبی از تشکیل هیدرات با نرم افزار CSMHYD بدست آمد.