بخشی از مقاله
چکیده
امروزه از گاز طبیعی به عنوان سوختی پاک و با ارزش به طور وسیعی در مصارف گرمایشی و صنعتی کشور استفاده می گردد که این امر مستلزم انتقال گاز از پالایشگاه های گاز به ایستگاه های تقلیل فشار در مبادی شهرها است. از این رو آگاهی و پیش بینی وضعیت خطوط، از ضروری ترین نیازهای شبکه انتقال گاز کشور می باشد. در این مطالعه ابتدا معادلات جریان معرفی گردیده و سپس با استفاده از معادله عمومی جریان پارامترهای لازم از جمله فشار بالا دستی محاسبه گردیده است.
و در ادامه شبیه سازی از خطوط انتقال گاز با استفاده از نرم افزار Pipe Line Studio صورت گرفته است. در نتیجه خروجی نمودارها در نرم افزار Matlab ترسیم گردیده و معادلات جریان مورد مقایسه قرار گرفته اند. از نتایج این تحلیل، معادله پن هندل - B - به عنوان معادله ای دارای شرایط محدوده سرعت مناسب، و کمترین افت فشار شناخته شد. و در ادامه با توجه به افت فشار کم در این معادله، صرفه جویی در هزینه های لازم در نحوه استفاده از کمپرسورهای تقویت فشار را در پی خواهد داشت.
-1 مقدمه
انتقال از طریق خط لوله ساده ترین راه حل است اما نیاز به نصب یک شبکه از خطوط لوله می باشد. رشد انتقال گاز طبیعی توسط خط لوله، منجر به ایجاد یک شبکه بزرگ خط لوله در سرتاسر جهان شده است اگر چه سیستم ها در حالت واقعی، درشرایط ناپایا - گذرا - کار می کنند اما هنوز هم مشکلات بسیاری از طراحی ها، مدلسازی در حالت پایا است. گاز طبیعی - NG - امروزه به دلیل کاهش انتشار گازهای گلخانه ای، جایگزین پاکیزه ای در میان سوخت های فسیلی است1]و.[2 به همین دلیل، مصرف جهانی آن در سراسر جهان در حال افزایش است و انتظار می رود تا سال 2030 دو برابر شود.
[3] اسیاداکز1 و پینکوز [4] 2 الگوریتم محاسبات دقیق تر را برای سیستم های گاز ارائه دادند که با این وجود شامل محدودیت هایی هم بود. ابیسیکرا 3 و همکاران [5] بررسی تأثیر استفاده از منابع مختلف گاز در توزیع فشار و کیفیت گاز در یک شبکه، با استفاده از تحلیل جریان در طول خطوط پرداختند که مطالعه آنها محدودیت ها و مزایایی را در بر داشت. اخیرا مریم حمیدی و همکاران در سال 1387یک مطالعه واقعی زنجیره تامین گاز طبیعی را مورد بررسی قرار دادند .
آنها با استفاده از مفاهیم مربوط به صنعت گاز طبیعی و روابط میان اجزاء شبکه انتقال و توزیع، یک زنجیره عرضه شش سطح معرفی کردند و زنجیره تأمین تعریف شده شامل یک مسئله یک هدفه، چند دوره ای و هم چنین یک محصول، که به عنوان یک مدل برنامه ریزی غیر خطی عدد صحیح ترکیبی که به راحتی خطی می شود، فرموله کردند. هدف آنها در این مدل کاهش هزینه های مستقیم یا غیر مستقیم توزیع می باشد. آنها شش گروه از محدودیت از جمله ظرفیت، ورودی و خروجی متعادل، رضایت تقاضا، شبکه تداوم جریان، و محدودیت نسبت به متغیرهای دوتایی را مد نظر قرار دادند و یک الگوریتم راه حل مشکل سلسله مراتبی ارائه دادند در هر مرحله یک بخش از مشکل با استفاده از روش و معادلات دقیق حل می شد خروجی های این بخش به عنوان ورودی ها به بخش بعدی منتقل می شد.
در نهایت، آنها با استفاده از مدل پیشنهادی و رویکرد راه حل آن در دو خط نتنها گاز را مورد بررسی قرار دادند بلکه اولویت صرفه جویی در هزینه را ارائه دادند.[6] استمرکادو و همکاران تکنیکی برای بهینه سازی شبه انتقال گاز ارائه دادند .[7] کاستا و همکاران شبیه سازی شبکه گاز را در حالت پایا انجام دادند.[8] در حوزه مهندسی سازه و تحلیل سازه ها، روش توزیع لنگر4 در سال 1935 بعنوان حل عددی دستگاه معادلات شیب - افت 5 برای اولین بار توسط پروفسور هاردی کراس6 در دانشگاه ایلینویز آمریکا معرفی و ابداع شد.[9] یک سال بعد و در سال [10] 1936 بدلیل مشابهت معادلات و فرمول بندی مساله تحلیل شبکه های انتقال سیالات با دستگاه معادلات در تحلیل سازه ها، مبانی روش ابداعی آقای پروفسور کراس به نام خودش روش هاردی کراس7 در تحلیل شبکه های انتقال آب بکار گرفته شد.[11] تا قبل از دهه 60 میلادی که کاربرد رایانه ها در حل مسایل مهندسی رواج نیافته بود روش هاردی کراس برای حل مسایل با مقیاس کوچک بهترین راه بود.
بعد از دهه 60 میلادی و با رواج کاربرد رایانه در حل مسایل مهندسی، روش هاردی کراس برای حل مسایل بزرگ مقیاس فرموله شد.[12] هدف از این مطالعه ابتدا استفاده از معادلات ریاضی و قوانین بقای مومنتم و انرژی معادله جریان عمومی خطوط انتقال گاز می باشد و سپس توسط نرم افزار فوق الذکر تحلیل و شبیه سازی یک نمونه از شبکه و مقایسه و تحلیل معادلات هیدرولیک جریان توسط معادلات استخراج شده و نرم افزار Pipe Line Studio می باشد. حال در این مطالعه ابتدا شبکه را با استفاده از معادلات عمومی جریان مورد بررسی قرار داده و محاسبه فشار نقطه A را با استفاده از معادلات عمومی جریان استخراج کرده و در ادامه به شبیه سازی شبکه با استفاده از نرم افزار Pipe Line Studio پرداخته شده است.
در نتیجه خروجی نمودارها در نرم افزار Matlab ترسیم گردیده و معادلات جریان مورد مقایسه قرار گرفته اند. از نتایج این شبیه سازی بهینه ترین معادلات جریان مشخص گردیده است. معادله - 1 - را میتوان در سیستم امپریال یا SI برای هر اندازه یا طولی از خط لوله، برای جریانهای آرام، متلاطم جزئی، متلاطم کامل و برای سیستم های با فشار کم، متوسط و بالا مورد استفاده قرار داد. حال در خطوط لوله که بصورت افقی اجرا می گردد تغیرات ارتفاع نخواهیم داشت و درنتیجه معادله بصورت معادله - 2 - می باشد.
-2 معادلات متلاطم کامل
-1-2 معادله ویموث
معادله ویموث بر اساس استاندارد IPS-E -PI- 140 - 1 - ، استاندارد مهندسی برای خطوط لوله انتقال در خشکی - از استانداردهای نفت ایران - [13] مطابق معادله - 1 - است. فرمول ویموث برای محاسبه جریان گاز در خط لوله های با قطر زیاد استفاده می شود 14] و .[15 رابطه - 3 - برای محاسبه یکی از عوامل مجهول خط لوله تا قطر 12 اینچ استفاده می شود. فرمول ویموث در سیستم SI به صورت زیر بیان می شود. استاندارد ها: Q حجم گاز عبوری - ft3/day - ؛ Tb دمای پایه - 273+ c - ، Pb فشار اولیه - kpa - ، Tf دمای متوسط گاز کلوین - - 273 + c، P1 فشار گاز بالا دست - kpa - ، P2 فشار گاز پایین دست - kpa - ، Le طول معادل - km -
-2-2 معادله پن هندل B
از میان دیگر روابط تجربی نیز می توان به فرمول پن هندل1 که برای محاسبه جریان گاز در خط لوله های با قطر زیاد، بخصوص در فشارها و سرعت های نسبتا بالا استفاده می شود؛ اشاره کرد .[15] معادله پن هندل B به طور معمول بر ای جریان های با دبی بالا، قطر بالا - لوله هایی با قطر اسمی بالاتر از 24 اینچ - و سیستم های فشار بالا مناسب است.
