دانلود مقاله گاز طبیعی وشاخه های اصلی این صنعت

بخشی از مقاله

گاز طبيعي وشاخه هاي اصلي اين صنعت

گاز طبيعي :
گاز طبيعي عمدتا از متان CH4 تشکيل شدهاست ولي هيدروکربن هاي اتان ( C2H6) ، (پروپان ( C3 (H8) و حتي بوتان (C4H10) نيز مي توانند در گاز طبيعي وجودداشته باشند . گاز طبيعي همچنين شامل هيدروژن ، نيتروژن ، کربن ديوکسيد وهليم به مقدار کم است .
مقدار هليم در گاز طبيعي مي تواند تا 3 درصد حجم مولي برسد .گاز هليم داراي ارزش تجارتي فراواني است گاز طبيعي به طور کلي مي تواند به صورت هاي زير در يک مخزن يافت شود .
1- گاز آزاد : در اين حالت گاز به صورت آزاد وجدا از نفت در قسمت هاي بالاي نفت وجوددارد .

شكل 2-ساختار پلي اتيلن

2- گاز حل شده در نفت : دراين حالت گاز در نفت حل شده است ميزان گاز حل شده در نفت بيشتر به شرابط فيزيکي مخصوصا فشار ودما بستگي داردو پس از استخراج نفت در سطح زمين به علت کاهش فشار گاز حل شده در آن توسط يک جدا ساز جدا مي شود .مقدار گاز حل شده مي تواند از چند فوت مکعب تا چندين هزار فوت مکعب ( در شرايط استاندارد ) در هر بشکه نفت تغيير کند .
3- مخزن گاز خالص : در طبيعت مخازني يافت مي شوند که داراي نفت نيستند و فقط شامل گاز تنها مي باشند .دما و فشاري که اولين ذرات گاز از نفت خارج مي شود را نقطه حباب مي نامند . دما در يک مخزن تقريبا ثابت است ولي با توليد نفت فشار مخزن کم مي شود .فشار نقطه حباب را گاهي فشار سير شده نيز مي گويند .اگر فشار مخزن از فشار سير شده بيشتر باشد نفت گاز بيشتري را در خودنگه ميدارد .مقدار فشار سير شده مي تواند از فشار مخزن تا فشار يک اتمسفر تغيير کند .

4- گاز حل شده در آب : در شرايط مخازن و فشارهاي حوالي psi 5000 حدود 20 فوت مکعب گاز در يک بشکه آب ميتواند حل شده باشد . هر گاه گاز در آب نمک دار حل شده باشد ميزان انحلال پذيري آن کم شود .روي هم رفته انحلال پذيري گاز در آب حدود 6% انحلال پذيري گاز در نفت است. در شرايط يکساني با توجه به اينکه آب در مخزن ممکن است تا 50 درصد حجم خالي مخزن باشد مقدار گاز حل شده در آب مي تواند قابل ملاحظه باشد .

5- گاز مايع شده :در عمق 6000 پايي مخزن ودر فشارهاي خيلي بالا گاز مي تواند به صورت مايع باشد وعملا از نفت قابل تشخيص نيست . يک بشکه گاز طبيعي مايع معادل 100000 بشکه گاز در شرايط استاندارد حجم است .

6- گازميعاني : گاز ميعاني که به طور خلاصه معمولا با GC نشان داده مي شود چيزي بدين نفت وگاز است که در زير زمين به شکل مايع ولي شامل 5000 تا scf/bbl 100000 گاز مي باشد 1000+1m3=6/29bb1) ليتر ) يک کيلو ليتر ) . گاز ميعاني معمولا داراي درجه API بالاي 45 است .

توضيح : bbl : بشکه نفت
متان 3/72
اتان 4/14
کربن ديوکسيد 5/0
نيتروژن 8/12

تا خالصيهاي باقي مانده شبيه هيدروژن سولفيد ، نيتروژن و يا کربن ديوکسيد ارزش گاز طبيعي را کاهش مي دهند .
عقيده عمومي بر اين است که نفت ( petroleum ) شامل نفت خام وگاز طبيعي در اثر تجزيه بقاياي لاشه ها واجساد گياهان وجانوران ته نشين شده در رسوبات دريايي يا ساير رسوبات آبي توسط باکتريها طي ميليونها سال پيش منشاء يافته است .تبديل اين مواد به نفت وگاز در اثر شرايط خاص اعماق زمين وفشار و گرماي آن وبه تدريج صورت گرفته است .فرض مي شود که پس از تشکيل نفت وگاز با کمک نيروهاي طبيعي از درون خلل وفرج لايه هاي زير زمين مهاجرت کرده اند ونهايتا اين حرکت با تغيير شکل وخصوصيات يک صخره و يا شکل طبقات آن متوقف گشته است .

شكل 3- ساختار كريستالي

واحد اندازه گيري گاز طبيعي

معمولا مقدار گاز طبيعي را بر اساس حجم آن در شرايط استاندارد بيان مي کنند .
شرايط استاندارد دماي ( 15/5 C) 60F و فشار يک اتمسفر است . در بعضي موارد از دماي c20 يا F68 براي شرايط استاندارد استفاده مي شود . در اين جزوه از دماي 60F براي تعريف استاندارد استفاده شده است . حجم يک فوت گاز در شرايط استاندارد با scf نشان داده ميشود هر 1000 فوت مکعب را با حرف M نشان مي دهند به عنوان مثال 150000Ft3= 150 Mcf است .گاهي مقدار گاز طبيعي را بر اساس مقدار نفت خام بر حسب تن که مي تواند همان ميزان انرژي گرمايي را توليد کند بيان مي کنند . به طور تقريبي 100 متر مکعب گاز طبيعي معادل 824/0تن نفت خام ارزش گرمايي دارد .

چگالي نسبي گاز طبيعي

چگالي گاز ها بر خلاف چگالي مايعات که با چگالي آب مقايسه مي شود ، باچگالي هوا مقايسه مي گردد .اگر چگالي نسبي گاز با نشان داده شود .

در رابطه بالا گاز چگالي گاز و هوا چگالي هوا در شرايط يکسان است .هر گاه از رابطه گاز ايده آل استفاده شود مقدار برابر نسبت وزن مولکولي گاز به وزن ملکولي هواست به عنوان نمونه آناليز يک گاز طبيعي در زير نشان داده شده است .
جزء درصد حجمي ( درصد مولي )
متان 3/72
اتان 4/14
کربن ديوکسيد 5/0
نيتروژن 8/12

ناخالصيهاي باقي مانده شبيه هيدروژن سولفيد ، نيتروژن و يا کربن ديوکسيد ارزش گاز طبيعي را کاهش مي دهند .
عقيده عمومي بر اين است که نفت ( petroleum ) شامل نفت خام وگاز طبيعي در اثر تجزيه بقاياي لاشه ها واجساد گياهان وجانوران ته نشين شده در رسوبات دريايي يا ساير رسوبات آبي توسط باکتريها طي ميليونها سال پيش منشا گرفته است .

تبديل اين مواد به نفت وگاز در اثر شرايط خاص اعماق زمين و فشار گرماي آن و به تدريج صورت گرفته است فرض مي شود که پس از تشکيل نفت و گاز با کمک نيروهاي طبيعي از درون خلل و فرج لايه هاي زمين مهاجرت کرده اند ونهايتا اين حرکت با تغيير شکل وخصوصيات يک صخره و يا شکل طبقات آن متوقف گشته است .

بخش برآمده صخره را طاقديس و بخش فرورفته آن را ناوديس مي نامند . شکافي که از لغزش صخره اي بر صخره ديگر به وجود آمده است گسل است يکي از سنگهاي لايه شني بستر يک مخزن است . گاز در زير قله طاقديس محتوي گاز و در دامنه طاقديس زير گاز نفت و در نقطه اي ديگر آب وجود دارد . همچنين بين گسل و گنبد نمکي هم نفت به دام افتاده است .

اکتشاف و حفاري :

در روزگاران آغازين صنعت نفت ، روشهاي علمي اکتشاف تقريباً ناشناخته بود و کشف ذخاير نفت و گاز بدون طرح و برنامه علمي و عمدتاً تصادفي صورت مي گرفت .
امروزه روشهاي زمين شناسي – ژئوفيزيکي و ژئو شيميايي به طور مجزا و يا اغلب تواماض براي کتشاف به کار برده مي شوند . اگر چه هيچ يک از روش هاي فوق مستقيماً وجود نفت يا گاز را نشان نمي دهند ولي در بهترين حالت با اين روش ها مي توان ساختمان لايه هاي زير زميني را مشخص کرده و مکانهايي را که احتمالاً گاز يا نفت وجود دارد معين نمود .

روشهاي زمين شناسي

تکنيک هاي زمين شناسي شامل مطالعه و بررسي در سطح زمين با نمونه گيري از رگه صخره ها و تجزيه و تحليل نمونه ها جهت مشخص نمودن قدمت و شکل صخره و شرايطي که تحت ان شگل گرفته است مي باشد . ارتباط بين ساختمان صخره ها شناخته شده ممکن است باعث شناسايي ساختمان سطح زير زمين شود .
وقتيکه اطلاعات زمين شناسي در خصوص قدمت ، نوع و تاريخچه يک صخره حاکي از احتمال ذخاير نفتي باشند روشهاي ژئوفيزيکي براي شناسايي شکل طبقات زير زمين جهت پيدا کدن رگه هاي نفت خيز به کار مي رود .

روشهاي ژئوفيزيکي

روشهاي ژئوفيزيکي شامل اندازه گيري تغييرات نيروي جاذبه زمين (جاذبه سنجي)، اندازه گيري نيرو و تغييرات نيروي مغناطيسي زمين (مغناطيس سنجي) و اندازه گيري زمان برگشت امواج ضربه اي منعکس شده از طبقات زير زمين توسط انفجار متمرکز در سطح زمين (لرزه نگاري)مي باشد . تکنيکهاي لرزه نگاري امروزه به طور گسترده اي به کار مي رود زيرا بهترين تصوير را از ساختمان صخره هاي زير زميني ارائه مي دهند .
از انواع مختلف ساختمان زير زمين که مي توانند با تکنيکهاي فوق بدست آيند شامل ناوديس هاي نسبتاً قوس دار ، طاقديس ها ، چينه ها و گسل ها يعني جايي که لايه هاي صخره جابجا شده اند مي باشند .

روشهاي ژئوشيميايي

گاهي اوقات تکنيهاي ژئوشيميايي اطلاعات تکميلي با ارزش در خصوص امکان وجود ذخاير نفتي و گازي بدست مي دهد . ترکيب باکتريايي و شيميايي خاک برفراز و اطراف مخازن گاز و نفت در اثر فرار تدريجي نفت به سطح زمين تغيير مي يابد بنابراين تجزيه و تحليل آزمايشگاهي نمونه هاي خاک يک منطقه مي تواند مشخص کننده وجود نفت يا گاز در لايه هاي زير آن باشد .

قبل از اينکه محل حفاري انتخاب شود کليه اطلاعاتي که از طريق تکنيکهاي فوق الذکر بدست مي آيد مي بايست مانند اجزا يک معما کنار هم گذاشته شود وقتي که محل حفاري انتخاب و دکل آن زده شد . دهها هزار دلار خرج اتمام چاه خواهد شد . معهذا با همه اين تدابير مقدماتي ، تنها از ده چاه حفر شده کمتر از يک مورد به نفت و يا گاز مي رسد و از ميان چهل چاه تنها کمتر از يک مورد به ميدان جديد نفتي برخورد مي کند . پس از انتخاب جايگاه مناسب براي حفاري يا اخذ اجازه نامه استخراج ، حفاري با دکل و وسايل لازمي که جهت حفاري و نفوذ در صخره هاي آن محل مناسب است آغاز مي شود .

حفاري يا به روش قديمي تر يعني با کابل انجام مي شود و يا به روش چرخشي که امروزه به صورت گسترده اي جايگزين روش اول شده است صورت مي گيرد . اين دو روش گاهي اوقات در کنار هم استفاده مي شوند . در روش حفاري به وسيله کابل صخره ها توسط ضربات يک مته قلمي شکل که به وسيله کابل از طريق صفحه متحرک آويزان است خرد مي شود .

يک ميله فلزي که اصطلاحاً ميله حفاري ناميده مي شود نيروي کافي را جهت خرد کردن صخره به مته اي منتقل مي کند که دائما در حال بالا و پائين رفتنتوسط يک صفحه متحرک است . نهايتاً قدرت خردکنندگي مته به وسيله ذرات سائيده شده در سوراخ ايجاد شده کاهش مي يابد و لوله هاي حفاري مي بايست بيرون کشيده شده و تميز شوند قطعات و تکه هاي صخره توسط آب و يک چمچه که وسيله اي است شبيه يک لوله دراز که انتهايش مي تواند جهت ورود خرده صخره و لجن باز شود بيرون کشيده مي شود وقتي که سرواخ مته تميز شد لوله ها به داخل فرستاده مي شوند و حفاري مجدداً شروع مي گردد . حفاري با کابل را مي توان در حفره هاي خشک و روغن کاري نشده و يا در حفره هايي که نسبتاً با گل حفاري و آب پر شده اند بسته به خصوصيات ساختماني صخره ها ، انجام داد.

حفاري چرخشي

تکنيهاي حفاري چرخشي در دهه هاي 1880 و 1890 توسعه يافتند و اولين بار به صورت موفقيت آميزي در حوزه نفتي مشهور به اسپيندل تاپ (Spindel top) در جنوب غربي تگزاس آمريکا کار گرفته شد .
در حفاري چرخشي تشکيلات حفاري توسط عمل چرخش يک مته که در انتهاي لوله حفاري سوار شده است در زمين نفوذ مي کند . چرخش توسط يک لوله مربع شکل که اصطلاحاً کلي (Kelly) ناميده مي شود به مرحله عمل در مي آيد . اين لوله مربع شکل از مرغک يک صفحه دوار در سطح دکل حفاري عبور مي کند . مادامي که مته چرخان در حال تراشيدن صخره به سمت پائين است جهت تميز کردن و روغنکاري آن ، سيالي حاوي خاک رس و مواد شيميايي که اصطلاحاً گل حفاري ناميده مي شود به سمت پائين و بالا جريان داده مي شود . گل حفاري باعث پوشاندن ديواره هاي چاه و حفاظت ترکيبات سست شده و طبقات صخره اي داراي رگه هاي آب را آب بندي نموده و از ايجاد حفره هاي انحرافي جلوگيري مي نمايد . به جاي گل حفاري از گاز يا هوا با فشار زياد نيز استفاده مي کنند .

لوله گذاري

همانطور که حفاري ادامه داشته و در حال پيشرفت است چاه مي بايستي جهت جلوگيري از نفوذ آب صخره ها و ايجاد حفره هاي انحرافي لوله گذاري شود . براي فرستادن لوله بداخل چاه مي بايست ابتدا کليه وسايل حفاري از داخل آن بيرون کشيده شود . سپس لوله به داخل چاه رانده شده و از بالا توسط تلمبه با فشار سيمان به دداخل لوله فرستاده شود به طوريکه سيمان از پائين وارد جداره بين لوله و چاه شده و به سمت بالا بيايد و فاصله بين جداره خارجي لوله و بدنه چاه را پر نمايد پس از عمل سيمان کاري و محکم شدن لوله عمل حفاري به وسيله مته اي کوچکتر از داخل لوله از سر گرفته مي شود روشهاي توسعه يافته نويني اخيراً در حفاري به وجود آمده است که شامل تکنيک توربيني است بدينوسيله که چرخش مته به وسيله يک توربين با نيروي محرکه گل حفاري در حال چرخش انجام مي گيرد .

توليد
تکميل چاه :

پس از حفاري چاه مي بايست آن را جهت توليد تکميل نمود . براي تکميل چاه اقداماتي در خصوص محصور کردن گاز در دهانه چاه و جلوگيري از ورود آب و مواد خورنده به داخل لوله گاز مي بايست انجام شود . ميزان توليد مي بايست کنترل شده و در خصوص جداسازي مايعات و کثافات از گاز توليد شده تدارک لازم به عمل آيد .

براي محصور کردن گاز و حفاظت از حالت ايجاد شده در داخل چاه در اثر حفاري معمولاً يک لوله نهايي هم توسط سيمان در داخل چاه تعبيه مي شود .اگر اين لوله يا آستر بخواهد در محل سيمان شود مي بايست از داخل سوراخ شود .اگر ساختمان و شکل لوله نهايي ضعيف باشد و يا بخوبي محکم نشده باشد براي محکم کردن آن پس از سوراخ کردن مي بايست شن معدني با فشار به داخل فرستاده شود .

يکي از روشهاي تکميل که براي چاههاي گاز بسيار مورد پسند افتاده است که بجاي به کار بردن لوله نهايي جداري براي استخراج گاز ، همان لوله داخل چاه را سيمان کنند . اگر سوراخ و شکل چاه تنگ باشد مي توان با ريختن اسيد و يا فرستادن مايع با فشار زياد که از سطح زمين به داخل پمپ مي شود وضع را بهبود بخشيد . تمام روشهاي فوق باعث باز شدن راه عبور جريان گاز در حفره اطراف مخزن گشته به طوريکه سيال داخل حفره ها به راحتي در لوله هاي چاه جريان مي يابد . آخرين محله از عمليات تکميل چاه سوار کردن تجهيزات در سر چاه مي باشد . لوله جداري بسيار سنگين سرچاه که نگهدارنده لوله اصلي چاه نيز بوده ، شيرهاي کنترل اصلي و نيز مسير کنار گذر و تجهيزات ديگر جهت عبور گاز که مجموعه اين وسايل را اصطلاحاض درخت کريسمس مي نامند (Christmass tree) تجهيزات سر پچاه را تشکيل مي دهند .

با سوار کردن شير ها و بستهاي مربوطه بر روي مجموعه کنترل کننده تحت عنوان درخت کريسمس باعث کنترل جريان گاز داخل لوله تعبيه شده در چاه يا بين لوله و لايي يا هر دو مي شود.
بهره برداري

وقتي که چاه تکميل شد آزمايشاتي جهت تشخيص قابليت توليدي چاه و مخزن مربوطه و قابليت چاه در خصوص ارسال گاز به سيستم جمع آوري گاز فشار قوي صورت مي گيرد سيستم فشار قوي جمع آوري گاز از شبکه لوله هايي که گاز را از چاههاي مختلف يک ميدان جمع آوري مي کنند تشکيل مي شود . وسايل و تجهيزات براي جداسازي مايعات ، پاکسازي گاز نيز سر چاه نصب مي گردد . در خلال دور توليد يک ميدان ، کارکرد چاه دائماً کنترل شده و چاهها متناوباً آزمايش مي شوند و گاز توليد شده پيوسته اندازه گيري مي گردد . علاوه بر اينها عمليات بهره برداري همچنين شامل کنترل خوردگي و ساير اقدامات براي جداسازي مايعات جمع شده ، پارفين و کثافات گاز نيز مي شود . چنانچه شرايط پائين چاه تغيير کند يک چاه مکن است دوباره تکميل شود . تکنيکهاي شبيه سازي (Simulation) که در کامل کردن چاه به کار مي رود ممکن است در خصوص احياء قابليت توليد چاه مجدداً به کار گرفته شود .

عمليات بهره برداري جهت کنترل دقيق نياز به دستگاههاي تنظيم کننده فشار و اندازه گيري گاز دارد .

پالايش گاز :

گاز توليد شده از چاه و يا از دستگاه تفکيک کننده ممکن است شامل شن ريزه ، گل رس ، هيدروکربن هاي مايع ، سولفيد هيدروژن و گاز هاي غير قابل اشتعال باشد . اين ناخالصيهاي گاز مي بايست قبل از انتقال گرفته شود . گاز از چاهها و مناطق مختلف به وسيله سيستم جمع آوري به واحد مرکزي پالايش برده مي شود که در آنجا با انجام تغييرات مناسب مطابق با احتياجات و شرايط ارسال در مي آيد .

تنظيف کننده هايي (Scrubbers) براي جدا کردن ذرات ناخالص به کار مي رود . اين کار به صورت مکانيکي توسط سرند يا غربال و يا عبور دادن گاز ها از روي مايعات انجام مي شود . دستگاه نم زدايي (Dehydrator) جهت گرفتن بخار آب از گاز و خشک کردن آن به کار مي رود . بيشتر دستگاههاي خشک کننده شامل جاذب الرطوبه جامد و مايعات جاذب آن مي باشند . اگر چه امروزه دستگاههايي که در دماي کم بخار آب را متراکم و مايع مي سازند مورد توجه فراوان قرار گرفته است . گوگرد موجود گاز توسط دستگاههاي شيرين کننده گرفته شده و اکثراً به عنوان محصول جانبي به بازار عرضه مي شود . ساير تجهيزات خالص کننده نيز جهت گرفتن گازهايي که داراي ارزش زيادي در بازار هستند مورد استفاده قرار ميگيرد . اين گاز ها شامل نيتروژن ، دي اکسيد کربن و هليم مي باشند .

مخصوصاً گاز توليدي کمتر باشد باز هم ممکن است بازيافت آن ضروري باشد .
اگر نسبت هيدروکربنهاي مايع شدني در گاز طبيعي بالا باشد به وسيله دستگاههاي جداکننده (Trapping) عمل جداسازي تا مرحله بعدي ادامه مي يابد . نتيجه اين جداسازي گاز هاي پروپان و بوتان خالص – گاز نفتي مايع شده (LPG) و بنزينطبيعي مي باشد که هرکدام به نوبه خود محصولات با ارزشي مي باشند . سر انجام پس از کليه عمليات فوق الذکر گاز طبيعي تميز و خشک که عمدتاً شامل متان مي باشد جهت ارسال به بازار مصرف به خط لوله انتقال مي يابد .

انتقال :

شرکتهاي انتقال گاز از طريق خط لوله را از مناطق توليدي و پالايشگاه ها به مناطق بازار مصرف انتقال مي دهند . شرکتهاي خطوط لوله ممکن است گاز را از يک يا چند ميدان يا پالايشگاه خريداري نمايند . خطوط لوله از جنس فولاد با مقاومت زياد و معمولاً به قطر بيش از 12 اينچ ساخته مي شود و تحت فشار 500 الي 1000 پوند بر اينچ مربع کار مي کنند .

1- سيستم توزيع گاز (گاز رساني):
هر سيستم گاز رساني شامل يک يا چند شبکه لوله کشي است که از منابع مختلف تامين گاز نظير ايستگاههاي دروازه شهري (City gate station) گاز را به مصرف کننده نهايي مي رساند .
منبع اوليه گاز براي اغلب سيستمهاي توزيع خط لوله گاز طبيعي مي باشد که از طريق يک يا چند ايستگاه انشعاب گيري گاز موسوم به ايستگاه دروازه شهري تغذيه مي شوند . کار اصلي اين ايستگاهها عبارت از اندازه گيري و تقليل فشار گاز خط لوله و آماده نمودن جهت اتصال به سيستم گاز رساني مي باشد .

وقتي که گاز وارد ايستگاههاي دروازه هاي شهري مي شود جهت حذف کثافات يا روغن کمپرسور وارد شده در گاز آن را از يک صافي عبور مي دهند . در اکثر ايستگاههاي دروازه شهري از دستگاه اندازه گيري روزنه اي (Orifice meter) استفاده به عمل مي ايد . اگر چه گفتني است که ساير انواع اندازه گيري به تنهايي يا الحاق شده با اندازه گير روزنه اي نيز براي اين منظور به کار برده مي شود . کاهش و کنترل فشار توسط دستگاههاي مکانيکي موسوم به تنظيم کننده فشار (Prassure regulator) انجام مي گيرد . منظور از کنترل در اينجا عبارت از کنترل شدت جريان گاز در ايستگاه مي باشد به نحوي که فشار گاز خروجي ايستگاه در حد مطلوبي (250psi) ثابت نگه داشته شود . بر اثر کاهش فشار گاز انتقال يافته از خطوط لوله به ايستگاه دروازه شهري سيستم گاز رساني که توسط تنظيم کننده فشار انجام مي گيرد غالباً سرماي قابل ملاحظه اي ايجاد مي شود بدين جهت گاز را قبل از کاهش فشار معمولاً گرم مي نمايند تا زا سرمازدگي و يخ بستن و تشکيل هيدرواتهاي يخي در شبکه لوله کشي پائين دستي جلوگيري به عمل آيد .

قبل از اينکه گاز از ايستگاه به سيستم گاز رساني ارسال گردد مقدار معيني از ماده مخصوصي که داراي بوي نافذي مي باشد به ان تزريق مي شود . وجود چنين ماده بوداري در گاز به مصرف کننده اخطار مي نمايد تا در مواردي که بر اثر بي احتياطي گاز نسوخته در محلي جمع شود قبل از اينکه مقدار گاز به مرحله انفجار برسد يا خطر گاز زدگي و خطرات ديگري ايجاد نمايد اقدام لازم را انجام دهد . بدين صورت است که وقتي گاز اندازه گيري شده ، بودار شد و کاملاً تميز شده از ايستگاه جريان پيدا مي کند توسط شبکه تغذيه وارد ايستگاه هاي تقليل فشار ناحيه اي (D.R.S يا T.B.S) مي گردد . گاز پس از عبور از اين ايستگاهها با فشار psi60 وارد خطوط اصلي شبکه توزيع (Distribution network)مي گردد که به صورت حلقه اي loop و بعضاً شاخه اي طراحي شده اند . چنين گازي آماده مصرف در وسايل گاز سوز براي مشترکين مي باشد .

گاز مصرف کنندگان توسط خطوط شاخه اي که در کوچه ها و خيابانهاي فرعي با قط 2 اينچ يا 63 ميلي متر لوله گذاري مي گردد و از طريق خطوط انشعاب (Service line)پس از تقليل فشار توسط Service regulator بر حسب نوع و ميزان مصرف تامين مي گردد . تغذيه مصرف کنندگان ويژه و تجاري عمده داخل شهرها از طريق خطوط شبکه تغذيه 250psi و يا خطوط شبکه اصلي توزيع 60psi يا خطوط شاخهاي مي باشد که با نصب يک ايستگاه تقليل فشار در محل بر اساس ميزان مصرف حداکثر ساعتي در حد اشباع و فشار مورد نظر معمولاً 2 يا 15 و يا 30 پوند بر اينچ مربع گاز آنان تامين مي گردد .

گاز رساني به صنايع در جاده هاي اطراف شهر ها يا از طريق خطوط شبکه تغذيه 250psi و يا خطوط شاخه اي مستقل و با نصب ايستگاههاي تقليل فشار جداگانه اي براي هر مشترک در فشار هاي مورد نياز 2 يا 15 يا 30 پوند بر اينچ مربع و حداکثر مصرف ساعتي حد اشباع تامين مي گردد .
نوسانات زمين هم فاز با امواج زلزله قرا گيرند ؛ تجربه ؛ کشش و خرابي کمتري را در اين مورد بر روي لوله نشان داده است .
آمار هاي به دست آمده از خرابي لوله توسط زلزله در ژاپن صحت و سقم اختلاف مقدار خرابي در موقع هم فاز يا غير هم فاز بودن اين گونه نوسانات زمين با امواج زلزله اي را تاکيد کرده است ؛ لرزش ناشي از زلزله ممکن است به صورتهاي مختلف باعث خراب شدن لوله زير خاک شود :

الف: به صورت کشش ديناميکي بزرگي (large dynamic tension)که سبب کشيدگي در نقاط اتصال مي گردد .
ب: به صورت فشردگي (compaction)که سبب شکستگي و يا چين دار شدن لوله مب گردد .
ج: به صورت بريدگي (shear) که سبب ترک يا شکستگي در نقاط اتصال بشود .
د: به صورت خمش (Bending)که سبب شکستگي مي گردد .

از تحقيقات تجربي در مورد رفتار ديناميکي لوله هاي موجود در زير خاک در خلال زلزله نتايج زير به دست آمده است :
1- ارتعاش طبيعي لوله در خاک در نتيجه نيروي اينرسي اش قابل شناسايي نيست و لوله مشابه خاک در برگبرنده اطرافش ارتعاش مي کند.
2- کشش محوري (axial strain) در راستاي مستقيم لوله موثر است اما کشش خمش (bending strain) در بخشهاي منحني شکل لوله ها زياد است . کشش محيطي (circumferential strain) در نتيجه تغيير شکل خمش در انحنا لوله ها مورد اهميت قرار مي گيرد .

3- هنگام لغزش خاک نيروي چسبندگي بين لوله و خاک پيرامونش به غلظت خاک احاطه کننده لوله و سفتي (stiffness)سطح لوله وابسته است .
4- سرعت موج زلزله اي اندازه گيري شده در طول سطوح مختلف زمينهاي غير موات همواره بالاي 1000M/SEC بوده است .
5- نوع جنس لوله عامل بسيار مهمي در طراحي سيستم لوله گذاري در زمين مي باشد . اگر جنس لوله به مقدار کمي نرم باشد اين نرمي باعث مي شود که لوله حرکت زمين محيطش را پيروي کند و در نتيجه ميزان به وجود آمدن خرابي در خلال زلزله هاي شديد بسيار کمتر خواهد شد .
درحال حاضر هيچ گونه مقررات تدوين شده اي در مورد طراحي خطوط لوله زير زميني که مقاوم در برابر زلزله باشد ؛ وجود ندارد .

تاريخچه پيدايش گاز

قرنها پيش چيني ها گاز را از چاههاي کم عمق و سطحي بوسيله ني خيزران يا هندي لوله کشي کرده و از سوزاندن آن جهت جوشاندن آب دريا و توليد نمک استفاده مي کردند..
گاز طبيعي ترکيبي از گازهاي متان واتان وپروپان وبوتان مي باشد..

تفاوت گاز طبيعي وگاز مايع گاز همراه نفت در ميزان ترکيب گازهاي فوق مي باشد يعني در گاز طبيعي ميزان متان واتان بيشتراز پروپان وبوتان است وبرعکس..
همراه گاز طبيعي که از چاهها استخراج مي شود مواد ديگري مانند آب و دي اکسيد کربن واسيدهاي مختلف وهمچنين گوگرد که بصورت سولفيد هيدروژن است استخراج مي شود که اين سولفيد بسيار خورنده بوده و مانند اسيد عمل مي کند وباعث خورندگي ولوله هاي گاز وسوراخ شدن آنها مي گردند..

گاز طبيعي در ايران

حجم کلي گازهاي تثبيت شده همراه وغير همراه قابل بهره برداري ايران برابر 600 تريليون متر مکعب يا 17تريليون فوت مکعب است که مقام ايران در دنيا بعد از شوروي سابق در رتبه اول
قرار داده است .ايران هنوز منابع کشف نشده بسياري دارد .

سيستم توزيع گاز

گاز توسط خط خط لوله انتقال با فشار حداکثرPSI1050 و فشار حداقل PSI350-300 وارد ايستگاه ورودي گاز شهر CGمي گردد پس از تقليل فشار به PSI 250 توسط خطوط
اصلي شبکه تغذيه و يا حلقه کمربندي وارد ايستگاههاي تقليل فشار TBSياDRS مي گردد.
گاز پس از عبور از اين ايستگاهها با فشار 60PSI براي شبکه هاي فولادي و 4 بار براي شبکه هاي PE وارد شبکه توزيع که بصورت حلقه اي (LOOP) ويا شاخه اي طراحي شده اند مي گردد
وسپس وارد خطوط شاخه اي که در کوچه ها و خيابانهاي فرعي با قطر 12 اينچ و يا 63 ميلي متر
لوله گذاري شده مي گردد و از طريق خطوط انشعاب گاز مصرف کنندگان پس از تقليل فشار توسط
رگلاتور بر حسب نوع و ميزان مصرف تامين مي گردد..

تاريخچه لوله پلي اتيلن

تا چندي قبل جهت شبکه هاي گازرساني از لوله هاي فولادي استفاده مي گرديد ليکن با پيشرفت علم در اين زمينه تحولي ايجاد گرديده است ..
با وجود قابليت هاي لوله هاي فولادي استفاده از اين لوله ها در گاز رساني معضلاتي را به همراه داشت که يکي از مهمترين آنها خوردگي و پوسيدگي لوله هاي فلزي در اثر مرور زمان بود که جهت جلوگيري از اين معضل را ه حل هاي متفاوتي در زمان اجرا و نيز بهره بر داري به کار گرفته مي شود که مهمترين آنها عايقکاري لوله هاي فولادي قبل و در حين اجرا و نيز حفاضت کاتديک لوله ها در حين بهره برداري مي باشد. حفاضت از زنگ
به موازات آن و از حدود 40 سال قبل برخي از شرکتهاي معتبر دنيا ، از لوله هايي با جنس پلي اتيلين جهت شبکه هاي توزيع گاز استفاده نمودند و با پيشرفت علم تا کنون در نوع لوله هاي مورد استفاده تغييراتي صورت گرفته است بطوريکه لوله هاي پلي اتيلن که در حال حاضر مورد استفاده قرار مي گيرند از قابليت هاي بسيار بالايي برخوردار مي باشند و برعکس لوله هاي فولادي خورده نمي شوند و نمي پوسند..
در کشور عزيز ما ايران نيز مطالعات اوليه استفاده از لوله هاي پلي اتيلن از سالها قبل آغاز گرديد و اولين شبکه پلي اتيلن کشور در دو نکته از شهر کرج اجرا گرديد و پس از آن وبا توجه به مزاياي پلي اتيلن استفاده فراگير از اين تکنولژي در سطح کشور آغاز گرديد. .
يکي از محدوديتهاي لوله هاي پلي اتيلن آن است که حداکثر فشار مجاز بهره بر داري يا عملياتي آنها محدود مي باشد بطوري که در حال حاضر و با توجه به مشخصات فني لوله هاي مورد استفاده و نيز مشخصات خطوط گاز از نظر فشار در کشور ما ، از لوله هاي پلي اتيلن در شبکه هاي توزيع با فشار 60 پوند استفاده ميگردد . با فشار 1000 پوند و خطوط تغذيه با فشار 250 پوند فولادي مي باشند.

تاريخچه :

شرکت گاز دو فرانس مسئول انتقال و توزيع گاز در سطح فرانسه است . تقاضاي رو به رشد گاز همراه با ورود گاز طبيعي توسط خطوط انتقال با فشار 70 BAR به نزديک شهرها از سال 1946 اين شرکت را راهنمايي کرده تا تکنيک توزيع گاز 4Bar را توسعه دهد .
در ابتدا لوله هاي فولادي پوشش دار در شبکه توزيع با فشار 4BAR استفاده شدند اگر چه کاربرد فولادي رضايت بخش و از خواص مکانيکي خوبي براي اين منظور برخوردار است ولي استفاده از انها مشکلات متعددي به ويژه از نقطه نظر حفاظت از زنگ در برداشت و با توجه به اين امر تصميم گرفته شد جهت کاهش هزينه پروژه به دنبال موادي بروند که خواص فيزيکي خوبي داشته باشد و تحت تاثير خوردگي قرا نگيرد .
تستهاي اوليه روي PVC حدود 25 سال پيش انجام گرفت . اگر چه با مشکلات به ويژه شکنندگي و تردي آنها در خطوط انشعاب مواجه شدند که سبب توقف مطالعات در سال 1971 بر روي اين ماده شد اما هم زمان مطالعات بر روي ماد پلاستيکي ديگر به نام پلي اتيلن آغاز گرديد.

در تستهاي آزمايشگاهي و عملياتي استفاده از پلي اتيلن براي انشعابات کوچک از 20 الي 40 ميلي متر در سال 1975 به تائيد رسيد .
در همان زمان شرکت گازدوفرانس در حال توسعه تکنيک جهاني براي ساختمان سيستمهاي توزيع گاز (خطوط اصلي و انشعابات) با استفاده از لوله هاي پلي اتيلن تا قطر 125 ميلي متر و کاربرد اتصالات الکترو فيوژن روشهاي تعميرااتي TIEING غيره بود .

اين تکنيک در سال 1979 هنگامي که شرکت گاز دوفرانس استفاده از آن را در سطح فرانسه همه گير کرد عملي شد . از آن موقع به بعد استفاده از لوله هاي پلي اتيلن به شدت گسترش يافته است . اين امر در حقيقت جواب کاملي براي توسعه سيستمهاي 4BAR و همچنين افزايش فشار شبکه هاي فشار ضعيف به روش جايگزيني با لوله هاي پلي اتيلن در لوله هاي قديمي مي باشد در سال 1985 طول لوله هاي پلي اتيلن براي خطوط اصلي و انشعابات حدود 33000 کيلومتر و تعداد اتصالات الکتروفيوژن به کار رفته حدود 3/1 ميليون عدد بود .
علل استفاده از فشار 4 بار در شبکه هاب پلي اتيلن :

1- سابقه :
قبلاً توليد کنندگان گاز اقدام به ذخيره کردن گاز در مخازن (GAS HOLDER) مي کردند . سپس از طريق شبکه چدني فشار ضعيف (10 BAR) گاز ذخيره ده توزيع مي شد . اين يک اصل بديهي در طراحي است که در صورت موجود بودن گاز با فشار بالا و توزيع با اين فشار در شبکه ها قطر لوله کاهش و باعث سهولت عمليات اجرايي و به وجود آمدن يک شبکه ايمني خواهد شد که از نظر اقتصادي سود آور و مقرون به صرفه است .
فاکتور مهم ديگر پائين بودن قيمت گاز ، باعث افزايش رشد مصرف ، در نتيجه افزايش در خواص گاز گرديد . شبکههاي فشار ضعيف (10 ميلي بار ) جواب گوي اين رشد مصرف نبودند .
بنابراين مي بايست به طريقي جهت افزايش ظرفيت شبکه اقدام شود . جهت حل اين موضوع شرکت گاز دوفرانس فرانسه تصميم گرفت شبکههاي جديد خود از سيستم فشار متوسط (19/4 BAR) استفاده نمايد . کاربرد اين فشار در سيستمهاي شبکه جديد بنا به دلايل بهينه تشخيص داده شد :

ايمني safety ، کيفيت خدمات SERVIEC QUALITY
اقتصادي بودن COMPREHENSIVE ECONOMY
سازگاري ADAPTABILITY TO EVULUTION
با توجه به اين معيار ها توانايي شبکه ها با فشار متوسط که همانا 4BARبراي شبکه هاي توزيع و 19BAR براي شبکه هاي تغذيه است به اثبات رسيد .
2- مشخصات شبکه هاي فشار متوسط :

DESCRIPTION OF THE M.P GAS DISTRIBUTION SYSTEM
شبکه هاي فشار متوسط از سال 1996 تا کنون در فرانسه به کار گرفته شده و شامل فشارهاي زير است .
1-2) شبکه تغذيه با 19 بار 19BAR BASIC GRID:
فشار گاز در ايستگاه ورودي شهر (CITY GATE STSTION) به 19BAR تقليل يافته سپس از طريق شبکه تغذيه که به صورت حلقه طراحي شده اند ايستگاههاي تقليل فشار درون شهري (TBS) با فشار خروجي 4BAR تغذيه مي شوند .
- اکثر لوله هاي شبکه تغذيه از نوع فولادي با پوشش پلي اتيلن است .
- صنايع و مصرف کنندگان عمده نيز از طريق اين خطوط گاز رساني مي شوند .
2-2) شبکه توزيع با فشار 4BAR:
4BAR DISTRIBUTION NETWORKS
هر يک از ايستگاههاي تقليل فشار درون شهري گاز را با فشار 4BAR وارد سيستم شبکه توزيع مي شوند.

مزاياي تکنولوژي پلي اتيلن

1- سبکي وزن (LIGHT WEIHT):
سبکي لوله هاي پلي اتيلن بدين معني است که حمل و نقل آنها آسان در نتيجه لوله گذاري در کنال به سرعت انجام مي پذيرد .
2- انعطاف پذيري : (FLEXIBILITY)

از آنجايي که لوله هاي پلي اتيلن کاملا انعطاف پذير هستند مي توان آنها را بهخ صورت حلقه (COIL) و يا رول و درام (DRUM) با طولهاي بلند در محل کار مورد استفاده قرار داد .
يکي ديگر از مزاياي انعطاف پذيري لوله گذاري آنها در زمينهاي شني و سنگلاخي بدون استفاده از زانويي مي باشد . وقتي که خاصيت انعطاف پذيري يا عامل ازدياد طول (ELONGATION ) لوله يک جا در نظر گرفته شود مي توان بدين نتيجه رسيد که اين دو عامل پلي اتيلن را يک ماده مناسب و سازگار با مسايل و مشکلات حرکات زميني مي سازد . به عنوان مثال در موقع زلزله و حرکات زمين مقاومت خوبي از خود نشان مي دهد .
3- مقاومت در مقابل خوردگي (RESISTANCE TO COROSION)

لوله هاي پلي اتيلن اين حسن را دارد کهاحتياجي به نصب سيستم حفاظت از زنگ که براي لوله هاي فولادي به کار مي رود را ندارد . بنابراين مخارج و هزينه نگهداري خيلي پائين است . صرف نظر از بعضي هيدرو کربنهاي سنگين و سيالات پلي اتيلن مقاومت بي نظيري در برابر عوامل شيميايي دارد .

4- تعميرات ساده و سريع :
اگر يک قسمت از لوله پلي اتيلن صدمه ببيند هيچ مشکلي براي جايگزيني آن قسمت با ساقه لوله پلي اتيلن جديد و اتصالات اکلتروفيوژن وجود ندارد و اين مي تواند در کمتر از يک روز انجام شود .
اين بدان معني است که قطع گاز مشترکين در صورت بروز حادثه کاهش مي يابد .

5- کنش سريع يا اقدام سريع :
در صورت بروز حادثه با روش فشرده کردن (SQUEEZED) به سرعت مي توان جريان گاز را قطع نمود .

6- آموزش ساده و سريع :
دوره آموزش پايه اي کارگران براي ساختن و کار گذاري شبکه و يا راه اندازي و نگهداري خيلي ساده و کوتاه است .

7- کارآيي شبکه :
بالغ بر20 سال تجربه ثابت کرده است و تکينک اتوماتيک الکترو فيوژن در حين عمليات اجرايي با يک موفقيت کامل و از درجه اطمينان بالايي برخوردار است .

8- طول عمر لوله و اتصالات (WORKING LIFE):
لوله هاي پلي اتيلن به همراه اتصالات شان باي حداقل عمري حدود 50 سال تحت شرايط نرمال با فشار 4BAR طراحي شده اند .

مشخصات فني لوله‌هاي پلي‌اتيلن

براي ساخت لوله و اتصالات منطبق بر مشخصات فني شركت ملي گاز ايران مواد پلي‌اتيلن با مشخصات ذيل بايد مورد استفاده قرار گيرد.
دانسيته نرمال: 0 . 930 – 0 . 950 gr / ml
نمونه‌ها بر اساس i so 1872 تهيه و اندازه‌گيري دانسيته بر اساس i so 1183 در 23 درجه سانتي‌گراد انجام مي‌شود. .
شاخص سياليت ذوب بر اساس i so 292 روش A اندازه‌گيري مي‌شود و مقدار آن 0. 4-1. 1 gr / 10min مي‌باشد .
لوله‌هاي سياه و اتصالات بايد طبق مشخصات زير حاوي كربن سياه باشند
ميزان كربن سياه 2.0-2.5% درصد وزني
دانسيته كربن سياه 1.5-2 g / ml
لوله‌ها ـ ابعاد

قطر خارجي و ضخامت بايد منطبق بر iso 4437.2 باشد
دو‌پهن شدن :
براي لوله‌هاي حلقه‌اي D max = 1. 06 d e De قطر خارجي نرمال است
براي لوله‌هاي مستقيم D max = 1. 02 d e

ابعاد نوار از جدول صفحه بعد مي‌كند

علامت‌گذاري

تمامي لوله‌ها بايد در طول لوله داراي دو نوار باشد كه در دو سمت مخالف لوله مواردي از قبيل سازنده: نوع رزين ضخامت و سريال فشار در آن درج شده باشد .
استاندارد جوشكاري در شبكه‌هاي گازرساني پلي‌اتيلن :
استاندارد فشار عملياتي لوله‌هاي P. E
حداكثر فشار عملياتي مطابق با استاندارد DIN كشور آلمان به شرح زير است :
الف) براي خطوط لوله كه از استاندارد DIN 8974 SERIES (PN6) پيروي مي‌كند . فشار مجاز حداكثر يكبار مي‌باشد .
ب) براي خطوط لوله كه از استاندارد DIN 8974 SERIES (PN10) پيروي مي‌كند . فشار مجاز حداكثر 4 بار مي‌باشد .
استاندارد حمل و نقل و تحويل لوله‌هاي P. E
شرايط فني لوله‌هاي پلي‌اتيلن به هنگام حمل و نقل و تحويل بايستي با استاندارد DIN 8075 مطابقت داشته باشد .
استاندارد اتصالات P. E

سازگاري اتصالات با استانداردهاي ذيل الزامي و اجتناب‌ناپذير است .
استاندارد حفاظت لوله‌هاي P. E در مقابل عوامل مخرب
استاندارد آزمايشات غير مخرب جوشها و آزمونهاي آلرتاسونيك
استاندارد جوشكاري (Tapping Saddles) به خطوط اصلي
استاندارد آزمايش فشار خطوط P. E
استاندارد نحوة اجراي آزمايش فشار خط لوله P . E
استاندارد جوشكاري لوله‌ها و اتصالات P. E
استاندارد ماشين‌هاي جوشكاري خاص لوله‌ها و اتصالات

ماكزيمم فشار مجاز بهره‌برداري (MAOP) :
ماكزيمم فشار مجاز بهره‌برداري براي هر سيستم لوله پلي‌اتيلن به مواد اولية (RESIN) استفاده شده (MRS) ، شاخص SDR لوله‌ها و شرايط بهره‌برداري بستگي دارد . حداقل مقدار فاكتور طراحي Fd مي‌‌بايست مساوي يا بزرگتر از 2 باشد و همچنين موارد ذيل را به عنوان حداقل شرايط لازم بايد در نظر داشت :
الف) نوع گازي كه انتقال مي‌يابد ( براي مثال : گاز طبيعي ، گاز صنعتي يا توليد شده ، گاز مايع و غيره …) و وجود احتمالي مايعات .
ب) دماي پيش‌بيني شده در سيستم بهره‌برداري شبكه .
ج) شكل لوله

توصيه مي‌‌شود موارد زير نيز در نظر گرفته شود :
د) سرعت اشاعه ترك كه بستگي به قطر لوله و حداقل دماي بهره‌برداري دارد .
ه) موقعيت لوله و ورود گاز به ساختمانهاي مجاور در زمان وقوع نشتي گاز .
ـ راهنماهاي ملي (دستور العملهاي ملي هر كشور) نيز مي‌بايست در نظر گرفته شود . MAOP به شرح ذيل بيان مي‌شود :

مگاپاسكال ـ MPA حداقل تنش مورد نياز : MRS =
نسبت ابعاد استاندارد قطر خارجي لوله به ضخامت لوله S DR =
2 ≥ = فاكتور طراحي Fd =

1- آماده سازي لوله هاي پلي اتيلن قبل از عمليات جوشکاري
آماده سازي لوه ها شامل بازرسي و تميز کاري و برش و خمکاري لوله ها قبل از جوشکاري (عمليات اتصال) مي باشد .
1-1 بازرسي لوله ها
هرشاخه لوله قبل از آماده سازي بايد بازرسي گردد لوله هائي که داراي هر نوع عيب از قبيل کج بودن ، دو پهن بودن دهانه برآمدگي ، شيار ، فرو رفتگي ، خراش و حفره باشند بايستي کنار گذارده شوند تا توسط مهندس يا نماينده او و در صورت لزوم مهندس بازرس شرکت ملي گاز بررسي و دستور وازده شدن ، تعمير و يا برش آنها جهت از بين بردن نقص داده شود .
1-2 تميز کردن لوله ها
قبل از اتصال لوله ها بايستي سطوح داخلي و خارجي آنها با وسايل مناسب از خاک و ساير مواد خارجي تميز شوند .
1-3 برش لوله ها
برش لوله بايستي توسط وسايل مخصوص برش که مورد تائيد مهندس يا بازرس مي باشد انجام گيرد . مقطع بريده شده بايد عمود بر محور طولي لوله باشد . استفاده از برشهاي فارسي بر (MITER) جهت لوله و اتصالات مجاز نمي باشد .

1-4 جهت و انحراف لوله
1-4-1 کماني شدن لوله
کماني شدن لوله براي تغيير جهت مجاز خواهد بود . شعاع کماني شدن به صورت تقريبي از قطر لوله بوده که با در نظر گرفتن پيشنهادات سازنده آ توسط مهندس يا نماينده او تعيين مي گردد .