19117

۱۹۱۱۷

مدل سازي يك توربين گاز زميني به روش تجميع مراحل

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

۱۳۹۴-۱۳۹۷

۱۳۹۷/۲/۱۶

دكتر سيد مصطفي حسينعلي پور - دكتر غلامرضا شهرياري مقدم

مكانيك

يكي از كاربردهاي توربين گاز، به حركت درآوردن كمپرسور و يا پمپ براي انتقال سيال است كه بخصوص در صنعت نفت بسيار مورداستفاده قرار مي¬گيرد. در كشور ايران نيز توربوكمپرسورهاي زيادي براي انتقال گاز در خطوط اصلي و همچنين تزريق گاز در چاه¬ها مورداستفاده قرار مي¬گيرد. افت كارايي و عملكرد توربين گاز در شرايط خارج از طراحي، از مشكلات اساسي آن است كه به‌منظور بهبود آن ابتدا بايد رفتار توربين گاز را به‌طور كامل شناسايي كرد. براي شناخت رفتار توربين گاز باآنكه مي¬توان از آزمايش¬هاي واقعي استفاده كرد، اما مدل¬سازي هزينه و زمان كمتري لازم دارد، لذا امروزه از مدل¬سازي¬هاي رايانه¬اي توربين گاز در شناخت رفتار آن جهت بهبود عملكرد و يا نظارت بر آن، بسيار استفاده مي¬شود. از ميان روش¬هاي مدل¬سازي، روش¬هاي ترموديناميكي باوجود دقت كمتر، با سرعت بيشتري اين كار را انجام مي¬دهند. در كار حاضر توربوكمپرسور DU80 شامل يك توربين گاز سه محوره و دو كمپرسور گاز متصل به آن، به صورت ترموديناميكي مدل-سازي شده است. در اين نوع مدل¬سازي هر قسمت از توربين گاز به صورت يك حجم¬كنترل در نظر گرفته شده است و روابط ترموديناميكي براي هريك از آن¬ها نوشته شده است. جهت افزايش دقت، هر قسمت از كمپرسور يا توربين كه ويژگي متفاوتي دارد به‌صورت حجم كنترل مجزا در نظر گرفته شد. درنهايت با برقراري معادلات سازگاري بين حجم كنترل¬ها در شرايط پايا، توربوكمپرسور در شرايط خارج از طراحي مدل¬سازي شد كه صحت¬سنجي نتايج آن با داده¬هاي مرجع، درصد خطاي قابل قبولي كمتر از شش درصد را نشان داده است. در انتها با كامل شدن مدل¬سازي، تغييرات پارامترهاي مهمي همچون دبي هواي ورودي، دماي خروجي محفظه احتراق و بازده توربين گاز، با دماي محيط و دور توربين توان بررسي گرديده است. تحليل نتايج نشان مي¬دهد كه با افزايش دبي گاز يا فشار خروجي كمپرسور گاز، دور كمپرسور گاز و بار مصرفي افزايش مي¬يابد و به تبع آن دبي هواي ورودي، دبي سوخت و سرعت دوراني كمپرسور هوا افزايش مي¬يابد. واژه‌هاي كليدي: مدل¬سازي ترموديناميكي، توربوكمپرسور سه محوره، تزريق گاز، DU80

1397/04/05

Thermodynamic Modeling of an Industrial Gas Turbine by Integrated Steps Method

3/18/2020 12:00:00 AM

One of the applications of gas turbine is driving a compressor or pump to transfer fluids especially in oil and gas industry. In Iran, the majority of turbocompressors are also used to compress the gas for pipeline transportation and also to inject gas into wells. Gas turbine Performance loss in off design conditions is one of the main problems which in order to improve it the behavior of gas turbines must be identified. Although rig tests can be used to identify the behavior of gas turbines, modeling of the process saves the costs and time. Thereby, modeling is widely used todays to imitate the behavior of gas turbines for the purpose of improving or monitoring the performance. Among the available modeling techniques, thermodynamic method is quick and relatively less precise. In the present work, a ‘DU80’ turbocompressor with three shaft gas turbine and two connected gas compressors is modeled thermodynamically. In this type of modeling, every component of gas turbine is considered as a control volume and thermodynamic equations are written for them. In order to increase the accuracy, each part of the compressor or turbine with different characteristics was considered as a separate control volume. Ultimately by establishing matching equations between the control volumes at the steady state, the turbocompressor was modeled in off design conditions. The result shows less than six percent error when validated with reference data which is acceptable. As the final stage of modeling, changes in influential parameters of gas turbine such as the inlet air mass flow rate, the outlet temperature of combustion chamber and the gas turbine efficiency versus ambient temperature and power turbine rotational speed have been investigated. Result analysis shows that by increasing gas compressor flow rate or outlet pressure, gas compressor rotational speed and load would increase and inlet air flow rate, fuel flow rate and air compressor rotational speed would increase subsequently. Key words: Thermodynamic modeling, Three shaft turbocompressor, Gas injection, DU80