بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله نتایج مدلسازی نشت گاز از لوله آسیبدیده در حالت پایا، یکبعدی و آدیاباتیک با احتساب خواص گاز واقعی با در نظر گرفتن معادله حالت ایجیای ارائه شده و اختلاف آن با حالتی که گاز کامل فرض گردد مورد بررسی قرار گرفته است. آسیبدیدگی لوله بهصورت شکست کامل لوله در نظر گرفته شده است. نتایج نشان میدهد برای شبیهسازی جریان لوله آسیبدیده در خطوط انتقال گاز باید از خواص گاز واقعی استفاده کرد ولی در خطوط شبکه تغذیه و توزیع میتوان از فرض گاز کامل برای شبیهسازی استفاده کرد.
1. مقدمه
خطوط لوله ایمنترین و راحتترین وسیله برای انتقال گازهای خطرناک مانند گاز طبیعی میباشند. با این وجود این خطوط میتوانند در معرض آسیبهایی ناشی از خوردگی و عوامل مکانیکی خارجی قرار بگیرند. در اثر این آسیبدیدگیها، گاز داخل لوله که تحت فشار بالا قرار دارد به سمت ناحیه کمفشار بیرون جاری خواهد شد. در برخی موارد سیستمهای کنترلی از طریق شیرهای موجود در خطوط انتقال از ادامه انتقال گاز جلوگیری کرده و گاز باقی مانده در لوله بهصورت گذرا از لوله خارج میشود. اما در مواردی که چنین شیرهای موجود نباشند جریان گاز پس از مدتی از حالت گذرا به حالت دائمی خواهد رسید. بهمنظور پیشبینی حوادث ناشی از شکست لوله و برآورد هزینههای تلف شده، به دست آوردن دبی گاز خروجی در حالت پایدار از اهمیت زیادی برخوردار است.[1]
با توجه به بالا بودن سرعت جریان گاز در لوله آسیبدیده، وسایل اندازهگیری متداول قادر به محاسبه میزان گاز رها شده نمیباشند. لذا برای محاسبه میزان گاز رها شده بایستی از مدلهای ریاضی مبتنی بر قوانین حاکم بر دینامیک گازها استفاده کرد و با مدل کردن ناحیه شکست مشخصات سیال را هنگام خروج از این ناحیه بهدست آورد. منتیل و همکارانش در سال 1998 مقدار گاز خارج شده در اثر شکست کامل لوله را برای حالت گاز کامل در فشارهای پایین و متوسط و در حالت پایا محاسبه کردهاند.[2]
یوها و همکارانش در سال 2003 مدل و فرضیات پیشنهادی توسط منتیل را با اعمال ضریب تراکمپذیری ثابت 0/9 در معادله حالت، برای فشارهای بالا بررسی کردهاند.[1]تفنگچیها در سال 1388 با استفاده از معادلات جریان در خطوط لوله گاز، روشی برای تخمین گازهای تلفشده در اثر سوراخ شدن خطوط لوله هنگام برخورد با یک وسیله مکانیکی در حالتی که شکست کامل در شبکه وجود داشته باشد را با صرفنظر از افت فشار در شبکه بررسی کرده است.[3]
در کارهای اشاره شده خواص گاز بهصورت گاز کامل و معادله حالت گاز بهصورت ایدهآل در نظر گرفته شده است. با توجه به اینکه در فشار بالا مولکولهای گاز بسیار به هم نزدیک هستند، نیروهای بین مولکولی بسیار مهم و قابل توجه میباشند و استفاده از فرض گاز کامل و معادله حالت گاز ایدهآل میتواند خطای قابل توجهی در نتایج ایجاد نماید و لذا بایستی خواص گاز را بهصورت گاز واقعی و توسط معادله حالتهای دقیقتر در مدلسازیها در نظر گرفت.[4]
توجه به اهمیت گاز طبیعی در جهان و ارزش مادی آن و بنابر درخواست مرکز پژوهش شرکت گاز استان آذربایجان شرقی برای ارائه روشی جهت محاسبه میزان گاز تخلیه شده به محیط از مقطع آسیبدیده لوله، در این مقاله دبی خروجی از مقطع آسیبدیده لوله زمانی که لوله بهصورت کامل شکسته شده است، در حالت پایا با در نظر گرفتن خواص گاز بهصورت گاز واقعی - غیرکامل - و با استفاده از معادله حالت ایجیای1، بهدست آمده و درصد اختلاف آن با حالت گاز کامل، برای فشارهای مختلف خط لوله سنجیده شده است.
2. شبیهسازی جریان گاز در لوله آسیبدیده
جریان گاز داخل لوله بهصورت یک سیال تراکمپذیر، یکبعدی، پایا، آدیاباتیک و با اعمال تنش برشی در دیواره در داخل لوله دایرهای شکل با سطح مقطع ثابت در نظر گرفته شده است. بنابراین آنالیز سیستم شامل معادلات بقای جرم، بقای مومنتوم، بقای انرژی و معادله حالت میباشد که این معادلات بهترتیب بهصورت روابط - 1 - ، - 2 - و - 3 - و - 4 - تعریف شدهاند.[5]
3. تفاوت حالتهای گاز واقعی و گاز کامل در معادلات بقاء
پارامترهایی که در معادلات بقاء باعث تفاوت بین گاز کامل و گاز واقعی میشوند، آنتالپی ویژه در معادله بقای مومنتوم و ضریب تراکمپذیری در معادله حالت میباشند. -1 ضریب تراکمپذیری زمانی که گاز کامل فرض شود، ضریب تراکمپذیری برابر عدد ثابت یک میباشد ولی برای حالت گاز واقعی، انجمن گاز آمریکا یک روش دقیق به نام ایجیای برای محاسبه ضریب تراکمپذیری گاز طبیعی مورد استفاده در خطوط انتقال و توزیع گاز زمانی که درصد مولی اجزاء گاز موجود باشد ارائه کرده است. این روش در حال حاضر روش پذیرفته شده جهانی برای تعیین دقیق حجم استاندارد گاز عبوری در مبادی خرید و فروش محسوب میشود. درصد خطای این روش برای محدوده قابل قبول اجزاء مولی گاز، در محدوده دمای بین 263 K و 350 K و محدوده فشار بین 0 تا 12 مگاپاسکال، %0/1 میباشد.
