28929

شبيه سازي كيفيت گاز طبيعي در خط انتقال

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

1399

1402/6/29

دكتر سيد حسن هاشم آبادي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

صنعت نفت و گاز يكي از مهم‌ترين صنايع مهم ايران است. در اين ميان گاز كاربردهاي فراواني در بخش‌هاي صنعتي كشور دارد و مصرف كنندگان فراواني متقاضي استفاده از انرژي آن هستند. جهت انتقال گاز طبيعي از پالايشگاه به مصرف كننده، نياز شبكه انتقال و توزيع مي‌باشد. با استفاده از دستگاه‌ها و كنتور‌هاي مختلف مي‌توان مقدار گاز عبوري را محاسبه كرد اما كيفيت آن در قسمت‌هاي مختلف شبكه، تحت عواملي چون دما، فشار و .... تغيير مي‌يابد. شاخص‌هايي مانند عدد متان و شاخص Wobbe براي آناليز كيفيت گاز مد نظر مي‌باشد. استفاده از دستگاه كروماتوگرافي گازي دقيق‌ترين راه اندازه‌گيري كيفيت گاز است؛ البته خريد و نگهداري اين دستگاه بسيار پرهزينه مي‌باشد. از اين رو در برخي نقاط شبكه از دستگاه‌هاي ديگر چون آنالايزر نقطه شبنم، دانسيته سنج و دستگاه گاز Q1 استفاده مي‌شود. در شبكه انتقال و توزيع گاز مي‌توان با استفاده از تكنولوژي و به كارگيري نرم‌افزارهاي تخصصي در صنعت، به مدل‌سازي و شبيه‌سازي اقدام كرد تا در وقت و هزينه صرفه‌جويي شود. با اين ديدگاه در اين تحقيق و بر حسب نيازهاي ذكر شده به بررسي نرم‌افزارها جهت شبيه‌سازي شبكه انتقال و توزيع گاز و پيش‌بيني كيفيت آن پرداخته شده است. در نرم‌افزار متلب مدل‌سازي و شبيه‌سازي شبكه انتقال و توزيع گاز انجام شد كه نتايج قابل قبولي از آن به دست آمد. براي اعتبار‌سنجي از داده‌هاي مقالاتي از كشورهاي چين و نروژ بهره گرفته شد. معادلات بررسي شده عبارتند از: پيوستگي، مومنتوم، انرژي، جرم جزئي كه به ترتيب براي محاسبات فشار، دبي، دما و تركيب درصد استفاده مي‌شود. در اين تحقيق معادله حالت GERG-2008 انتخاب شد. براي حل دستگاه معادلات جبري غيرخطي حاصل از گسسته سازي دستگاه معادلات PDE حاكم به روش تفاضل محدود انجام شد. از روش نيوتون رافسون كه يك روش تكرار محور مي‌باشد، براي حل عددي استفاده شد و نتايج مطلوب با روش كاملاً ضمني به دست آمد. در اين پژوهش ابتدا اعتبار سنجي مدل‌سازي انجام شده با دو مورد از طرح تك لوله صورت گرفت. سپس در طرح دوم، اعتبارسنجي با استفاده از شبكه‌اي از لوله‌هاي متصل به هم كه تطابق خوبي از آن حاصل شده بود، به اجرا درآمد. در قسمت بعدي اين پژوهش از داده‌هاي شركت انتقال گاز ايران استفاده شد. اين شبكه از جنوب كشور (پالايشگاه‌هاي بيد‌بلند خليج فارس و فاز 1، 2 و 3 پارس‌جنوبي) آغاز شده و به استان‌هاي گيلان و مازندران امتداد مي‌يابد. پس از اين اقدامات با استفاده از رابط گرافيكي نرم‌افزار متلب، نرم‌افزار شبيه‌سازي كيفيت گاز طبيعي در شبكه انتقال طراحي شد. با حل معادلات حاكم آناليز گاز در هر نقطه از شبكه قابل پيش‌بيني است. در تغييرات اندك دما از حل معادله انرژي صرف‌نظر مي‌شود. پروفايل فشار درون لوله را غالباً مي‌توان به صورت خطي در نظر گرفت.

1402/07/30

Simulation of natural gas quality in the transmission line

9/19/2024 12:00:00 AM

The oil and gas industry is one of the most important industries in Iran. Meanwhile, gas has many applications in the country's industrial sectors and many consumers are requesting to use its energy In order to transfer natural gas from the refinery to the consumer, transmission and distribution network is needed. By using different devices and meters it is possible to calculate the amount of passing gas but its quality changes in different parts of the network under factors such as temperature, pressure, etc. Indexes such as methane number and Wobbe index are considered for gas quality analysis. Using a gas chromatography device is the most accurate way to measure gas quality; Of course, buying and maintaining this device is very expensive. Therefore, in some parts of the network, other devices such as dew point analyzer, density meter and Q1 gas device are used. In the gas transmission and distribution network, modeling and simulation can be done by using technology and specialized software in the industry to save time and money. With this point of view, in this research and according to the mentioned needs, the software for simulating the gas transmission and distribution network and predicting its quality has been investigated. Modeling and simulation of gas transmission and distribution network was done in MATLAB software that acceptable results were obtained from it. Data from articles from China and Norway were used for validation. The investigated equations are: continuity, momentum, energy, partial mass, which are used for pressure, flow, temperature and percentage composition calculations, respectively. In this research, GERG-2008 equation of state was chosen. To solve the system of nonlinear algebraic equations resulting from the discretization of the system of governing PDE equations, the finite difference method was used. The Newton-Raphson method, which is an iterative method, was used for numerical solution and favorable results were obtained by the fully implicit method. In this research, firstly, validation of the modeling was done with two cases of single pipe design. Then, in the second scheme, validation was carried out by using a network of connected pipes from which a good match was obtained. For the final part of this research, the data of Iran Gas Transmission Company was used. This network started from the south of the country (Persian Gulf Bidbland refineries and phases 1, 2 and 3 of South Pars) and extends to Gilan and Mazandaran provinces. After these actions, by using the graphic user interface of MATLAB software the simulation software of natural gas quality in the transmission network was designed.

كيفيت گاز طبيعي , نرم افزار , مدل سازي , شبيه سازي , شبكه انتقال گاز طبيعي

Natural gas quality , Software , Modeling , Simulation , Natural gas transmission network

Mohammad Farokhnejad

Seyed Hassan Hashemabadi