16083

16083

مد‌ل‌سازي و بهينه‌سازي ايستگاه افزايش فشار گاز طبيعي

كارشناسي ارشد

مهندسي هوافضا - جلوبرندگي

فروردين ماه 1395

فروردين ماه 1395

دكتر سپهر صنايع

مكانيك

چكيده تحقيقات پايان‌نامه حاضر، حول سه محور مدل‌سازي تجهيزات اصلي ايستگاه افزايش فشار گاز طبيعي ، بازيابي حرارت خروجي از آن و بهينه‌سازي پارامترهاي طراحي سيستم بازياب حرارت صورت پذيرفته‌است. مصرف روزافزون گاز طبيعي در جهان، هزينه‌‌هاي عملكردي و سرمايه‌گذاري بسيار بالا در سيستم‌هاي انتقال گاز، افزايش روزافزون نگراني‌ها پيرامون پديده‌ گرمايش زمين و ذخاير عظيم گاز طبيعي در كشور، هريك بيان‌گر اهميت پژوهش در اين زمينه مي‌باشد. در بخش مدل‌سازي، از معادلات شبه پايا مربوط به كمپرسورها استفاده‌شده است. مدل‌سازي ترموديناميكي توربين گاز دو‌محوره، با روش انطباق ترموديناميكي با استفاده از نقشه‌هاي عملكردي اجزا موتور صورت گرفته‌است. مدل ارائه‌شده توانايي پيش‌بيني عملكرد توربين گاز در شرايط طرح و خارج از طرح را دارد. در بخش بازيابي حرارت، با ارائه مدل ترموديناميكي مستقل از نوع بازياب تك‌فشاره، اثر كاهش بازده توربين بخار و پمپ‌هاي كندانسور در شرايط خارج از طرح نيز در نظر گرفته شده‌است. بعد از مدل‌سازي عملكرد سيستم بازياب حرارت از دو جنبه‌ي اگزرژي و اقتصادي مورد بررسي و بهينه‌سازي قرارگرفته است. بهينه‌سازي براي سه ايستگاه موجود با شرايط عملكردي و محيطي متفاوت به صورت دوهدفه انجام شده‌است. توابع هدف به گونه‌اي تعريف شده‌اند كه عملكرد سيستم بازياب حرارت در شرايط خارج‌ از طرح نيز ديده شود. متغيرهاي تصميم بهينه‌سازي عبارتند از فشار بخار طراحي، فشار بخار عملكرد، اختلاف دماي پينچ و نزديكي، اختلاف دماي گاز ورودي و بخار خروجي در سوپرهيتر و فشار كندانسور. تابع هدف اول در بهينه‌سازي، هزينه سرمايه‌گذاري اوليه بازيابي انرژي و هزينه عملكرد سالانه آن و تابع هدف دوم، ميانگين بازده اگزرژي سيستم بازياب حرارت در حالت طراحي و عملكرد در نظر گرفته‌شده ‌است. همچنين كيفيت بخار خروجي از توربين بخار و دماي گاز خروجي از بازياب حرارت به عنوان قيود بهينه‌سازي مطرح شده¬اند. نتايج بهينه‌سازي نشان مي‌دهد شرايط محيطي و نحوه‌ي عملكرد خارج از طرح توربين گاز اثر بسيار زيادي بر نحوه‌ي طراحي سيستم بازيابي حرارت خواهند داشت. در انتها سه ايستگاه از نظر زمان بازگشت سرمايه و مزاياي زيست‌محيطي مورد بررسي قرار گرفته‌اند. نتايج اين بخش نشان مي‌دهد بازيابي بهينه¬ي انرژي به طور ميانگين 12 درصد به بازده حرارتي مجموعه تجهيزات ايستگاه‌ها مي‌افزايد؛ زمان بازگشت سرمايه‌‌گذاري نيز با بالا رفتن درصد بارگذاري توربين گاز كاهش پيدا خواهد كرد؛ و مزاياي زيست¬محيطي به شرايط عملكردي و محيطي ايستگاه وابسته مي¬باشد. ايستگاه دهق با 3.0519 سال بهترين عملكرد از نظر بازگشت سرمايه و ايستگاه فراشبند با ذخيره¬ي 6.2891 ده¬هزار تن در سال بهترين عملكرد از نظر مزاياي زيست¬محيطي را به خود اختصاص داده¬اند. واژه‌هاي كليدي: مدلسازي ترموديناميكي، ايستگاه افزايش فشار، بازياب حرارت، بهينه‌سازي