شماره ركورد
34863
پديد آورنده
محدثه معينيان
عنوان
شبيهسازي تجميعي خط انتقال گاز و ايستگاه به منظور بهينهسازي چيدمان توربين گاز ارتقايافته
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك گرايش طراحي كاربردي
سال تحصيل
1399
تاريخ دفاع
1404/11/27
استاد راهنما
مرتضي منتظري
استاد مشاور
ندارد
دانشكده
مكانيك
چكيده
شبكه انتقال گاز طبيعي نقش بسيار مهمي در تأمين گاز مصرفكنندگان خانگي و صنعتي ايفا ميكند. يكي از چالشهاي سيستمهاي انتقال گاز، كاهش توان خروجي توربينهاي گاز در ارتفاعات يا دماهاي محيطي بالا است. اين مسئله را ميتوان با اعمال تغييرات در طراحي فعلي توربين و ارائه طرحهاي ارتقا براي بهبود عملكرد آنها برطرف نمود. در اين رساله، مدلسازي و شبيهسازي تجميعي خط انتقال گاز و ايستگاه به منظور بهينهسازي چيدمان توربينهاي گاز ارتقايافته ارائه شده است.
مطالعه چيدمان توربينها در ايستگاههاي شبكه مستلزم مدلسازي و شبيهسازي همزمان تمامي اجزاي سيستم انتقال گاز شامل خطوط لوله، كمپرسورها و توربينهاي گاز است كه در اين تحقيق با عنوان «مدلسازي تجميعي» معرفي شده است. براي مدلسازي خط لوله، با استفاده از رويكرد آنالوژي الكتريكي، سه مدار الكتريكي شامل يك مدار براي حالت پايا و دو مدار براي حالت گذرا پيشنهاد شده است. استفاده از دو مدار در حالت گذرا به منظور در نظر گرفتن شرايط مرزي متفاوت در خطوط اصلي و شاخههاي تقاضا (انشعابات) صورت گرفته است. در مدلسازي كمپرسور گاز، توربين گاز و طرحهاي ارتقاء، از منحنيهاي مشخصه تجهيزات واقعي، روابط ترموديناميكي و دادههاي تجربي استفاده شده است.
در ادامه، نتايج شبيهسازي تجميعي براي يك نمونه خط انتقال گاز كشور با در نظر گرفتن توربين گاز ملي 25 مگاوات ارائه شده و تاثير استفاده از طرحهاي ارتقاي اين توربين شامل ارتقا براي هواي گرم (HAS ) و ارتقاي توان (PC ) با هدف تامين نياز مصرفكننده به عنوان راهحل مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنين، رويكردي يكپارچه براي بهينهسازي چيدمان توربينهاي پايه و ارتقايافته در ايستگاههاي تقويت فشار سيستم انتقال گاز ارائه شده است. نتايج نشان ميدهد كه با استفاده از تركيب توربينهاي پايه و HAS در مناطق گرم ميتوان از نظر اقتصادي 9/10 درصد، از نظر مصرف انرژي 47/1 درصد و از نظر كاهش آلايندهها 9/9 درصد بهبود نسبت به چيدمان توربينهاي پايه به تنهايي مشاهده نمود. همچنين طرح ارتقاي PC در تمامي جنبهها نسبت به توربين پايه برتري دارد و در تمامي ايستگاهها پيشنهاد شده است.
در نهايت، با بهرهگيري از مدلسازي تجميعي، استفاده از مخلوط هيدروژن و گاز طبيعي به عنوان سوخت توربينهاي گازي ايستگاههاي تقويت فشار به عنوان يك گزينه ارتقايي جديد بررسي شده و اثر آن بر عملكرد خط انتقال مورد مطالعه قرار گرفته است. نتايج نشان ميدهد كه با بهكارگيري اين روش در مطالعه موردي، مصرف سوخت و انتشار دياكسيدكربن تا حدود 50 درصد كاهش مييابد كه مستلزم تأمين حدود 160 هزار تن هيدروژن در سال است. اين رويكرد، در صورت بررسيهاي تكميلي، ميتواند به عنوان راهكاري مؤثر براي كاهش آلايندگي و همچنين كمك به رفع ناترازي انرژي در شبكههاي انتقال گاز مطرح شود.
تاريخ ورود اطلاعات
1405/03/04
عنوان به انگليسي
Integrated Simulation of Gas Transmission Pipeline and Station to Optimize Upgraded Gas Turbine Configurations
تاريخ بهره برداري
2/16/2027 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
محدثه معينيان
چكيده به لاتين
The natural gas transmission network plays a crucial role in supplying gas to residential and industrial consumers. One of the key challenges in gas transmission systems is the reduction of gas turbine output power at high altitudes or elevated ambient temperatures. This problem can be mitigated by introducing modifications in the current turbine design and developing upgrade solutions to improve performance. In this thesis, an integrated modeling and simulation framework of the gas transmission pipeline and compressor station is developed to optimize the configuration of upgraded gas turbines.
Studying the turbine configuration within network stations requires simultaneous modeling and simulation of all major components of the gas transmission system, including pipelines, compressors, and gas turbines—an approach termed "Integrated modeling” in this research. For pipeline modeling, based on the electrical analogy approach, three electrical circuits are proposed: one for the steady-state and two for transient conditions. The use of two transient circuits aims to represent different boundary conditions, including main pipelines and demand branches. For compressor, gas turbine, and upgrade modeling, real characteristic maps, thermodynamic equations, and experimental data are employed.
Integrated simulation results are presented for a case study on a national gas transmission line using the 25 MW national gas turbine (IGT25). The effects of turbine upgrade schemes—Hot Ambient Solution (HAS) and Power Concept (PC)—have been analyzed as practical solutions for meeting the consumer gas demand. Furthermore, an integrated optimization approach is proposed to determine the optimal configuration of base and upgraded turbines in gas pressure boosting stations. The results indicate that combining base turbines with the HAS configuration in hot regions improves economic performance by 10.9%, reduces fuel consumption by 1.47%, and decreases emissions by 9.9% compared to configurations using only base turbines. In addition, the PC upgrade offers superior performance in all aspects and is recommended for all stations.
Finally, through integrated modeling, the implementation of a hydrogen–natural gas blend as a new upgrade concept for gas turbine fueling in gas transmission stations is investigated. The case study results show that applying this method leads to reductions of up to 50% in fuel consumption and CO₂ emissions, requiring approximately 160,000 tons of hydrogen per year. This concept can provide an effective solution for emission reduction and contribute to addressing the energy imbalance in national gas transmission networks.
كليدواژه هاي فارسي
شبكه انتقال گاز طبيعي , توربين گاز ارتقايافته , مدلسازي تجميعي سيستم انتقال گاز , بهينهسازي چيدمان توربين گاز , سوخت هيدروژن در توربين گاز
كليدواژه هاي لاتين
Natural Gas Transmission Pipelines , Upgraded Gas Turbine , Integrated Simulation , Configuration Optimization , Gas Turbine with Hydrogen
Author
Mohadeseh Moeinian
SuperVisor
Morteza Montazeri-Gh