پایان نامه:بررسی راهکارهای علمی برای افزایش راندمان فرایندی انتقال گاز توسط خطوط لوله |
 |
فهرست علائم و نشانه های اختصاری به کار رفته در متن
| واحد – مقدار | توضیح | علامت |
| m | عمق دفن لوله | ∆x |
| Kj/Kg.K | ظرفیت گرمایی ویژه گاز | Cp |
| m | قطر درونی | Di |
| m | ضخامت پوشش درونی | e1 |
| m | ضخامت لوله | e2 |
| m | ضخامت پوشش بیرونی | e3 |
| – | ضریب اصطکاک | ff |
| m | ارتفاع اولیه خط لوله از سطح دریا | H1 |
| m | ارتفاع ثانویه خط لوله از سطح دریا | H2 |
| W/m².K | ضریب جابهجایی هوا | hair |
| W/m².K | ضریب انتقال حرارت جابهجایی گاز | hgas |
| 0.23 | ثابت بدون بعد | k17 |
| W/m.K | ضریب هدایت حرارتی پوشش درونی | kci |
| W/m.K | ضریب هدایت حرارتی پوشش بیرونی | kco |
| W/m.K | ضریب هدایت حرارتی لوله | kpipe |
| W/m.K | ضریب هدایت حرارتی خاک | ksoil |
| m | طول معادل | Lm |
| 106 Kg/day | دبی جرمی گاز طبیعی | mg |
| kpa | فشار ورودی | P1 |
| kpa | فشار خروجی | P2 |
| 101.56 kpa | فشار استاندارد | Ps |
| MMSCMD | دبی حجمی | Q |
| m².K/W | مقاومت هوا | Rair |
| m².K/W | مقاومت کل | Req |
| m².K/W | مقاومت پوشش درونی | Rinside-coating |
| m².K/W | مقاومت پوشش بیرونی | Routside-coating |
| m².K/W | مقاومت خاک | Rsoil |
| K | دمای خروجی | T2 |
| K | دمای هوا | Tair |
| 288.9 K | دمای استاندارد | Ts |
| K | دمای خاک | Tsoil |
| W/m².K | ضریب انتقال حرارتی کلی خط لوله | U |
| – | ضریب تراکم پذیری میانگین گاز | Zavg |
| – | چگالی نسبی | γ |
| Kg/(m.s) | گرانروی | μ |
| – | ضریب ژول-تامپسون | |
| – | زاویه خط لوله با افق |
فهرست مطالب
عنوان……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….صفحه
فصل اول : پیشدرآمدی اجمالی بر صنعت انتقال گاز کشور و جهان ………………………………………………………………………….. 1
1-1 مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2
1-2 اشکال مختلف گاز و مفاهیم اصولی آن ………………………………………………………………………………………………………… 3
1–2–1 گازطبیعی ………………………………………………………………………………………………………………………………………. 3
1–2–2 گاز زغالسنگ ………………………………………………………………………………………………………………………………… 4
1–2–3 گاز تولیدی در كارخانجات گاز …………………………………………………………………………………………………………. 5
1–2–4 اكتشاف…………………………………………………………………………………………………………………………………………. 5
1–2–5 تولید گازطبیعی………………………………………………………………………………………………………………………………. 5
1–2–6 مصرف گازطبیعی ……………………………………………………………………………………………………………………………. 5
1–2–7 واردات و صادرات گازطبیعی ……………………………………………………………………………………………………………. 6
1–2–8 ذخیره سازی گازطبیعی (موجودی) و تغییر در موجودی ………………………………………………………………………… 6
1-3 میادین و ذخایر گاز طبیعی ……………………………………………………………………………………………………………………….. 6
1-3-1 میادین مناطق خشكی ……………………………………………………………………………………………………………………….. 8
1-3-2 میادین گازی فعال دریایی …………………………………………………………………………………………………………………. 8
1-3-3 میادین مشترك گازی ……………………………………………………………………………………………………………………….. 8
1-3-4 میدان گازی پارس جنوبی …………………………………………………………………………………………………………………. 9
1- 4 تولید گاز طبیعی …………………………………………………………………………………………………………………………………. 10
1- 5 مصرف گازطبیعی …………………………………………………………………………………………………………………………………. 13
1–5–1 بخش خانگی، تجاری و عمومی ……………………………………………………………………………………………………….. 14
1–5–2 بخش صنعت ………………………………………………………………………………………………………………………………. 15
1–5–3 بخش حمل و نقل …………………………………………………………………………………………………………………………. 15
1–5–4 بخش كشاورزی ……………………………………………………………………………………………………………………………. 16
1–5–5 بخش پالایشگاهی …………………………………………………………………………………………………………………………. 16
1–5–6 بخش نیروگاهی ……………………………………………………………………………………………………………………………. 16
1–5–7 بخش پتروشیمی ……………………………………………………………………………………………………………………………. 17
1-6 انتقال گاز طبیعی و خطوط سراسری انتقال آن در ایران ………………………………………………………………………………….. 20
1–6–1 خط لولهی دوم سراسری انتقال گاز شمال و شمال شرق كشور ………………………………………………………………..
20
1–6–2 خط لولهی سوم شمال و شمال غرب كشور …………………………………………………………………………………………. 21
1–6–3 خط لولهی چهارم سراسری انتقال گاز ……………………………………………………………………………………………….. 21
1–6–4 خط لولهی پنجم سراسری انتقال گاز ………………………………………………………………………………………………….. 21
1–6–5 خط لولهی ششم سراسری انتقال گاز ………………………………………………………………………………………………….. 22
1–6–6 خط لولهی هفتم سراسری انتقال گاز ………………………………………………………………………………………………….. 22
1–6–7 خط لولهی هشتم سراسری انتقال گاز …………………………………………………………………………………………………. 23
1–6–8 خط لولهی نهم سراسری(صادراتی) ……………………………………………………………………………………………………. 23
1–6–9 خط لولهی دهم سراسری انتقال گاز …………………………………………………………………………………………………… 23
1–6–10 گاز رسانی ………………………………………………………………………………………………………………………………….. 24
1–6–11 شبكه گذاری گاز طبیعی ………………………………………………………………………………………………………………… 24
1-7 صادرات و واردات گاز طبیعی ………………………………………………………………………………………………………………….. 28
1–7–1 صادرات گاز طبیعی به كشور تركیه ………………………………………………………………………………………………….. 28
1–7–2 صادرات گاز طبیعی به اروپا ……………………………………………………………………………………………………………. 29
1–7–3 صادرات گاز طبیعی ایران به پاكستان ……………………………………………………………………………………………….. 32
1–7–4 صادرات گاز طبیعی ایران به هند ……………………………………………………………………………………………………… 33
1–7–5 صادرات گاز طبیعی به كشور ارمنستان ……………………………………………………………………………………………… 35
1–7–6 صادرات گاز طبیعی به كویت ………………………………………………………………………………………………………….. 35
1–7–7 صادرات گاز طبیعی به امارات …………………………………………………………………………………………………………. 36
1–7–8 صادرات گاز طبیعی به كشور عمان …………………………………………………………………………………………………. 37
1–7–9 واردات گاز از کشور ترکمنستان ……………………………………………………………………………………………………….. 37
1-8 خطوط لوله، چالشها و مزایا …………………………………………………………………………………………………………………… 39
فصل دوم : پدیده ها و عوامل تاثیرگذار بر راندمان انتقال گاز طبیعی از درون خط لوله ………………………………………………… 41
2-1 مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 42
2-2 تاثیرات جنس و پوشش خطوط لوله انتقال گاز طبیعی بر راندمان انتقال آن …………………………………………………………. 42
2–2–1 پوشش خارجی خط لوله ………………………………………………………………………………………………………………… 43
2–2-2 پوشش درونی لوله ………………………………………………………………………………………………………………………… 47
2–2-2-1 داده های اقتصادی در مورد تاثیرات FEC …………………………………………………………………………………… 48
2–2-3 استفاده از پوششهای جامد برای حفاظت و تعمیر خطوط لولهی گاز ………………………………………………………. 52
2–2-3-1 پوششهای بر پایهی پلی یورتانها و پلی اورهها …………………………………………………………………………… 54
2–2-3-2 انواع سامانههای پوشش دهی صددرصد جامد …………………………………………………………………………….. 55
2–2-3-3 تقویت پوشش لولهها با لایه های کامپوزیتی ………………………………………………………………………………… 57
2-3 ایستگاه های تغییر فشار …………………………………………………………………………………………………………………………… 59
2–3-1 كاهش مصرف انرژی در ایستگاه های تقویت فشار با كاهش دمای گاز خروجی از کمپرسور ……………………….. 60
2–3-2 راندمان کمپرسورها و تاثیر اجزای همراه گازی بر این راندمان ………………………………………………………………… 66
2-4 آثار اجزاء همراه با گاز طبیعی (N2 ,Co2 ,H2S و …) درون خطوط لوله ……………………………………………………………… 67
2–4-1 بررسی خلوص و موارد مصرف صنعتی نیتروژن استحصالی ……………………………………………………………………. 70
2–4-2 مشکلات ناشی از حضور H2S و Co2 همراه با گاز طبیعی ………………………………………………………………………. 71
2-5 تاثیر تشکیل هیدراتهای گازی به هنگام عبورگاز بر راندمان انتقال ………………………………………………………………….. 73
2–5-1 ساختمان هیدراتها ……………………………………………………………………………………………………………………….. 74
2–5-2 مشکلات ناشی از تشکیل هیدراتها …………………………………………………………………………………………………. 75
فصل سوم : اصول انتقال گاز طبیعی بهوسیلهی خط لوله …………………………………………………………………………………………. 77
3-1 قواعد کلی حاکم بر عبور جریان تک فاز از درون خط لوله ……………………………………………………………………………… 78
3–1–1 رابطه تجربی شرکت EXXON ………………………………………………………………………………………………………… 79
3-1-2 روش API (انجمن نفت آمریکا) ……………………………………………………………………………………………………….. 79
3–1–3 معادلهی PanHandle B …………………………………………………………………………………………………………………… 80
3-2 روابط ارائه شده برای تخمین راندمان کاری خطوط لوله ………………………………………………………………………………… 80
3-2-1 معادلهی AGA ………………………………………………………………………………………………………………………………. 87
3-2-2 معادلهی Weymouth ………………………………………………………………………………………………………………………. 88
3–2–3 معادلات Pan-Handle (A & B) ………………………………………………………………………………………………………. 89
3–2–4 معادلهی IGT ………………………………………………………………………………………………………………………………… 91
3–2–5 روش Carr-Kobayashi-Burrows ……………………………………………………………………………………………………. 92
فصل چهارم : بررسی تاثیر پارامترهای عملیاتی و طراحی بر تغییرات راندمان انتقال گاز طبیعی ……………………………………… 95
4–1 مطالعهی حالت موردی …………………………………………………………………………………………………………………………… 96
4-2 پارامتر فشار …………………………………………………………………………………………………………………………………………. 99
4–2–1 فشار خروجی (P2) ………………………………………………………………………………………………………………………… 99
4–2–1–1 تغییرات دبی ………………………………………………………………………………………………………………………… 101
4–2–1–2 تغییرات دمای ورودی …………………………………………………………………………………………………………… 103
4–2–2 فشار ورودی (P1) ……………………………………………………………………………………………………………………….. 104
4–2–2–1 تغییرات دبی ……………………………………………………………………………………………………………………… 105
4–2–2–2 تغییرات دمای ورودی …………………………………………………………………………………………………………. 106
4-3 پارامتر طول ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 108
4-4 پارامتر دبی …………………………………………………………………………………………………………………………………………. 109
4-5 پارامتر قطر …………………………………………………………………………………………………………………………………………. 110
4-6 پارامتر چگالی نسبی …………………………………………………………………………………………………………………………….. 111
4-7 پارامتر ارتفاع خروجی خط لوله از سطح زمین …………………………………………………………………………………………… 112
4-8 اجزای همراه گاز طبیعی (H2S ، N2 ، CO2) ………………………………………………………………………………………………. 113
4-9 پارامتر دما ………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 115
4–9–1 دمای ورودی ……………………………………………………………………………………………………………………………… 115
4–9–2 ضرایب هدایت حرارتی لوله و پوششهای آن …………………………………………………………………………………… 117
4–9–3 دمای سطح خاک ………………………………………………………………………………………………………………………… 118
4–9–4 عمق دفن لوله …………………………………………………………………………………………………………………………….. 119
4–9–5 ضخامت لوله و پوششهای آن ………………………………………………………………………………………………………. 119
فصل پنجم : نتیجهگیری و پیشنهاد …………………………………………………………………………………………………………………….. 121
5-1 بحث و نتیجهگیری ………………………………………………………………………………………………………………………………. 122
5-2 ارائه پیشنهاد برای ادامه کار در آینده…………………………………………………………………………………………………………. 125
منابع و مراجع ……………………………………………………………………………………………………………………………………..……….. 126
فهرست جدولها و شکلها
عنوان………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..صفحه
شکل 1-1 تحولات میزان مصرف منابع اصلی انرژی در سال 1973 و انتهای 2009 …………………………………………………………. 2
جدول 1-1 اجزاء تشکیل دهندهی گاز طبیعی …………………………………………………………………………………………………………… 4
جدول 1-2 ذخایر گاز طبیعی کشف شده بر حسب میلیارد مترمکعب ………………………………………………………………………….. 7
جدول 1-3 ذخایر گاز طبیعی کشور در سال 1387 (برحسب تریلیون مترمکعب) …………………………………………………………….. 8
جدول 1-4 میادین مشترک گاز طبیعی با کشورهای همسایه ……………………………………………………………………………………….. 9
جدول 1-5 تولید گاز طبیعی طی سالهای 87 – 1380 برحسب میلیون مترمکعب ………………………………………………………….. 10
جدول 1-6 درصد تولید گاز طبیعی در ایران نسبت به کل گاز تولیدی در خاورمیانه ……………………………………………………….. 11
جدول 1-7 درصد تولید گاز طبیعی در ایران نسبت به کل گاز تولیدی در دنیا ……………………………………………………………….. 12
جدول 1-8 درصد تولید گاز طبیعی در دنیا به تفکیک مناطق جغرافیایی و راهبردی ………………………………………………………… 13
جدول 1-9 میزان مصرف گاز طبیعی در بخشهای مختلف بر حسب میلیون مترمکعب طی 8 سال …………………………………… 14
جدول 1-10 درصد مصرف گاز طبیعی در ایران نسبت به کل گاز مصرفی در خاورمیانه ………………………………………………….. 17
جدول 1-11 درصد مصرف گاز طبیعی در ایران نسبت به کل گاز مصرفی در جهان ……………………………………………………….. 18
جدول1-12 درصد مصرف گاز طبیعی در جهان به تفکیک مناطق جغرافیایی و راهبردی …………………………………………………. 19
جدول 1-13 احداث خطوط لولهی انتقال گاز طبیعی طی سالهای 87-1380 بر حسب کیلومتر بر سال …………………………….. 20
جدول 1-14 میزان شبکه گذاری خطوط لوله انتقال گاز طبیعی در ایران به تفکیک استانها تا سال 1388 ……………………………. 26
جدول 1-15 میزان شبکه گذاریهای لولههای پلی اتیلنی در خطوط لولهی انتقال گاز به تفکیک استانها تا سال 1388 …………… 27
جدول 1-16 هزینه صدور گاز ایران به اروپا (دلار/میلیون بی تی یو) با خط لوله(دلار/میلیون BTU) ………………………………… 30
جدول 1-17 هزینه صدور گاز ایران به اروپا (دلار/میلیون بی تی یو) با روش LNG و GTL(دلار/میلیون BTU)………………… 30
جدول 1-18 قیمت گاز طبیعی در اتحادیهی اروپا طی سال های 1990 الی 2001 (دلار/میلیون BTU) ……………………………….. 31
شکل 1-2 مسیر خط لولهی پیشنهادی ایران-پاکستان-هند ………………………………………………………………………………………… 34
جدول 1-19 واردات گاز طبیعی ایران از ترکمنستان برحسب میلیون متر مکعب در سال …………………………………………………. 38
شکل 2-1 دبی خط لوله برای حالت پوشش داده شده و بدون پوشش ………………………………………………………………………… 49
شكل 2-2 ساختار سه بعدی پلی یورتانها از چپ به راست: الاستومرهای پلی یورتانی، پوششهای سخت یورتانی …………… 56
جدول 2-1 مقایسهی تعمیر گاز به روش قدیمی و متداول با روش لایه های کامپوزیتی …………………………………………………… 58
شکل 2-3 درصد سهم پیامدهای منفی ناشی از حضور پودر سیاه در راندمان شبکه های انتقال گاز ………………………………………. 72
شکل 2-4 منحنی تشکیل هیدرات بهصورت تفکیکی ……………………………………………………………………………………………….. 74
شکل 3–1 مقاومت های حرارتی موثر بر خط لوله گاز طبیعی مدفون در خاک ……………………………………………………………….. 84
جدول 3-1 ثوابت معادلهی (3-34) ……………………………………………………………………………………………………………………… 86
جدول 3-2 ثوابت معادلهی کار- کوبایاشی- بروس ………………………………………………………………………………………………… 93
جدول 4-1 داده های عملیاتی مربوط به یک روز کاری در ایستگاه تقویت فشار 1 ……………………………………………………………. 96
جدول 4-2 داده های عملیاتی مربوط به یک روز کاری در ایستگاه تقویت فشار 2 …………………………………………………………… 97
جدول 4-3 درصد مولی اجزاء تشکیل دهندهی گاز طبیعی ………………………………………………………………………………………… 97
جدول 4-4 درصد متفاوت متان در حوزه های گازی کشور ………………………………………………………………………………………… 98
جدول 4-5 مشخصات فیزیکی و عملیاتی مربوط به خط لوله مورد مطالعه…………………………………………………………………….. 98
جدول 4-6 تصحیحات طول خط لوله به ازای انواع انشعابات و اتصالات …………………………………………………………………… 108
جدول 5-1 خلاصهای از نتایج بهدست آمده در مورد نحوه تغییر راندمان حین تغییر پارامترهای تاثیرگذار……………………………. 124
فهرست نمودارها
عنوان……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….صفحه
نمودار 1-1 درصد ذخایر گاز طبیعی در کشورهای عمدهی دارنده مخازن گازی تا انتهای سال 2009 ……………………………………. 7
نمودار 1-2 تولید گاز طبیعی سه کشور ایرن ، قطر و عربستان طی چهل سال اخیر بر حسب میلیون متر مکعب در سال …………… 11
نمودار 1-3 تولید گاز طبیعی کشور ایرن نسبت به روسیه، آمریکا و کانادا طی چهل سال اخیر بر حسب میلیون متر مکعب در سال ………….. 12
نمودار 1-4 تولید گاز طبیعی بر حسب مناطق جغرافیایی و راهبردی …………………………………………………………………………… 12
نمودار 1-5 مصرف گاز طبیعی سه کشور ایرن، قطر و عربستان طی چهل سال اخیر بر حسب میلیون متر مکعب در سال ………… 17
نمودار 1-6 مصرف گاز طبیعی کشور ایرن نسبت به روسیه، آمریکا، ژاپن و کانادا طی چهل سال اخیر بر حسب میلیون متر مکعب در سال …. 18
نمودار 1-7 مصرف گاز طبیعی بر حسب مناطق جغرافیایی و راهبردی …………………………………………………………………………. 19
نمودار 1-8. تولید و مصرف گاز طبیعی کشور ایرن طی چهل سال اخیر بر حسب میلیون متر مکعب در سال …………..…………….. 19
نمودار 1-9 میزان شبکه گذاری خطوط لولهی انتقال گاز طبیعی در ایران به تفکیک استان ها تا سال 1388 …………………………. 25
نمودار 2-1 كاهش متوسط دمای گاز در مسیر بر اثر خنک كاری برحسب درجه سانتیگراد………………………………………………. 63
نمودار 2-2 روند تغییرات افزایش هزینه برق، صرفه جویی در هزینه گاز مصرفی و خالص صرفه جویی ایستگاه اقلیم……………… سردسیر با افزایش خنك كاری در دبی گاز عبوری MMSCMD 60 ………………………………………………………………………………….. 65
نمودار 2-3 تعیین میزان خنك كاری بهینه براساس محاسبات اقتصادی با دبی گاز عبوری MMSCMD 60……………………………… در ایستگاه اقلـیم سردسیر …………………………………………………………………………………………………………………………………….65
نمودار 2-4 منطقهی تشکیل هیدرات بر حسب دما و فشار …………………………………………………………………………………………. 75
نمودار 4-1 تغییرات راندمان بر حسب فشار خروجی (ورودی به ایستگاه 2) در دو مقیاس متفاوت برای راندمان …………………….. 100
نمودار 4-2 تغییرات راندمان بر حسب فشار خروجی در دبیهای متفاوت بر اساس محاسبات معادلهی Weymouth ……………….. 102
نمودار 4-3 تغییرات راندمان بر حسب فشار خروجی در دبیهای متفاوت بر اساس محاسبات معادلهی IGT …………………………. 102
نمودار 4-4 تغییرات راندمان بر حسب فشار خروجی در دماهای متفاوت بر اساس محاسبات معادلهی Weymouth ………………… 103
نمودار 4-5 تغییرات راندمان بر حسب فشار خروجی در دماهای متفاوت بر اساس محاسبات معادلهی IGT ………………………….. 104
نمودار 4-6 تغییرات راندمان بر حسب فشار ورودی (خروجی از ایستگاه 1) در دو مقیاس متفاوت برای راندمان …………………… 105
نمودار 4-7 تغییرات راندمان بر حسب فشار ورودی در دبیهای متفاوت بر اساس محاسبات معادلهی Weymouth ………………… 106
نمودار 4-8 تغییرات راندمان بر حسب فشار ورودی در دبیهای متفاوت بر اساس محاسبات معادلهی IGT ………………………….. 106
نمودار 4-9 تغییرات راندمان بر حسب فشار خروجی در دماهای متفاوت بر اساس محاسبات معادلهی Weymouth .……………….. 107
نمودار 4-10 تغییرات راندمان بر حسب فشار خروجی در دماهای متفاوت بر اساس محاسبات معادلهی IGT ………………………… 107
نمودار 4-11 تغییرات راندمان بر حسب طول خط لوله …………………………………………………………………………………………….. 109
نمودار 4-12 تغییرات راندمان بر حسب دبی حجمی خط لوله …………………………………………………………………………………….. 110
نمودار 4-13 تغییرات راندمان بر حسب قطر لوله ……………………………………………………………………………………………………… 111
نمودار 4-14 تغییرات راندمان بر حسب دانسیته نسبی ……………………………………………………………………………………………. 111
نمودار 4-15 تغییرات راندمان بر حسب ارتفاع از سطح دریا ورودی به ایستگاه تقویت فشار شماره 2 ………………………………. 112
نمودار 4-16 تغییرات جزء مولی سولفید هیدروژن و تاثیر این تغییرات بر راندمان انتقال ………………………………………………… 114
نمودار 4-17 تغییرات جزء مولی نیتروژن و تاثیر این تغییرات بر راندمان انتقال …………………………………………………………….. 114
نمودار 4-18 تغییرات جزء مولی سولفید دی اکسید کربن و تاثیر این تغییرات بر راندمان انتقال ………………………………………. 114
فرم در حال بارگذاری ...
|
[یکشنبه 1399-09-30] [ 11:34:00 ق.ظ ]
|
