بخشی از مقاله
چکیده
یکی از دستگاههای پرمصرفی که در صنعت انتقال گاز کاربرد فراوانی دارد، هیترگازی میباشد. در سالهای اخیر، بحران انرژی در جهان و مشکلات زیستمحیطی ناشی از سوختهای فسیلی لزوم بهینه سازی اینگونه دستگاهها را بیش از گذشته آشکار ساخته است. در این تحقیق ابتدا با در نظر گرفتن ایستگاه تقلیل فشار گاز ماهشهر به عنوان مورد مطالعاتی، به محاسبه تلفات حرارتی هیتر نصب شده در این ایستگاه به عنوان مهمترین عامل پایین بودن بازده این دستگاه پرداخته شده است. در ادامه سیکل فرآیندهای منتج به گرم شدن گاز طبیعی در هیترهای گازی در نرم افزار هایسیس مدل شده است.
بدین ترتیب پیشنهاد استفاده از حرارت اتلافی از دودکش در جهت پیش گرمایش هوای احتراق بررسی گردیده است. در قسمت بعد با استفاده از نرم افزار ترموفلو به مدلسازی یک سیکل ترکیبی برای استفاده از انرژی حرارتی گازهای خروجی در جهت تولید انرژی الکتریکی پرداخته شده است. همچنین تأثیر درصد هوای اضافی و رطوبت نسبی هوای احتراق بر گرمای ویژه ، دمای شعله آدیاباتیک و نقطه شبنم محصولات احتراق مورد بررسی قرار گرفت.
نتایج حاکی از آن است که افزایش دمای هوای احتراق باعث کاهش سوخت مصرفی و افزایش بازده احتراق میشود. همچنین با در نظر گرفتن طرح پیشنهادی به عنوان یک نیروگاه، 168 مگاوات ساعت انرژی الکتریکی در طول یک سال تولید خواهد شد که با فروش این میزان انرژی الکتریکی میتوان درآمد قابل توجهی بدست آورد.
-1 مقدمه
انتقال گاز طبیعی در فشارهای بالا انجام میشود اما با توجه به نیاز مصرف کنندهها به فشارهای پائینتر، لازم است که فشار آن در محل مصرف تقلیل یابد. این امر توسط ایستگاههای تقلیل فشار گاز انجام میگیرد. در اکثر این ایستگاهها، فشار گاز توسط شیر فشارشکن به مقدار مورد نظر کاهش مییابد. فرآیند تقلیل فشار را میتوان یک فرآیند آنتالپی ثابت در نظر گرفت که در آن ضریب ژول - تامپسون - JT - عدد مثبتی است.
یعنی با کاهش فشار دمای گاز طبیعی نیز افت خواهد کرد. با نزدیک شدن دمای گاز به نقطه شبنم، بخار مایعات همراه گاز اعم از آب و هیدروکربنهای سنگینتر به صورت مایع در آمده و در دمای پایین محیط در تأسیسات ایجاد یخ زدگی مینماید .[1] برای اجتناب از ایجاد چنین مشکلاتی گاز طبیعی عبوری از ایستگاه تقلیل فشار، قبل از عبور از شیر فشار شکن، توسط هیتر گازی گرم میشود. از آنجائیکه سالیانه میلیونها متر مکعب سوخت در هیترهای گازی صرف گرمایش گاز طبیعی عبوری از ایستگاههای تقلیل فشار گاز میگردد، لزوم بازنگری در عملکرد این دستگاههای پرمصرف بیش از هر زمان دیگری احساس میگردد.
در این خصوص خلیلی[2] در مطالعهای که بر روی هیترگازی نصب شده در ایستگاه تقلیل فشار گاز شهرکرد انجام شده است به بررسی بازده و تلفات حرارتی این هیتر پراخته است. در تحقیقی دیگر ریاحی [3] با تنظیم مشعل و نصب دمپر بارومتریک باعث کاهش در تلفات دودکش هیتر نصب شده در ایستگاه برون شهری اردبیل شده اند. در مبحث استفاده از انرژی خورشیدی در ایستگاههای تقلیل فشار گاز طبیعی، فرزانه گرد و همکاران[4] اقدامات قابل توجهی در ایستگاه آکند ساری انجام داده اند.
در پژوهش پیش رو، سعی بر آن است که مطالعات بر روی یک مورد خاص - ایستگاه ماهشهر - بیشتر به صورت تئوری انجام گیرد تا بتوان از نتایج و راهکارهای بدست آمده در سایر موارد نیز استفاده نمود. برای این کار ابتدا یک روز به عنوان روز میانگین از ماههای کارکرد هیتر انتخاب شده است. تلفات حرارتی و بازده هیتر در هر ساعت از شبانه روز محاسبه گردیده است. سپس به بررسی پیشنهاداتی در رابطه با کاهش تلفات و استفاده از انرژی حرارتی گازهای خروجی از دودکش هیترهای گازی درجهت پیش گرمایش هوای مورد نیاز احتراق و تولید انرژی الکتریکی از آنها پرداخته شده است.
-2 موازنه انرژی
در هیترهای گازی شعله حاصل از سوزاندن سوخت در مشعل هیتر به همراه محصولات احتراق وارد لوله آتشخوار گردیده و باعث بالا رفتن دمای آن میشود. گرم شدن لوله باعث انتقال حرارت از آن به آب درون محفظه هیتر گردیده و آب گرم شده نهایتاً منجر به گرم شدن گاز درون کویلهای انتقال گاز میشود. با در نظر گرفتن هیتر شکل - 1 - به عنوان یک حجم کنترل، قانون بقای انرژی به صورت زیر خواهد بود.
در رابطه - 2 - ، C P NG گرمای ویژه گاز طبیعی در فشار ثابت - kJ/kg.K - ، mNG دبی جرمی گاز طبیعی - kg/s - ، hin و hout آنتالپی گاز طبیعی در ورودی و خروجی هیتر - kJ/kg - و TNG-1 و TNG-2 به ترتیب دمای گاز طبیعی ورودی به هیتر و دمای گاز طبیعی خروجی از هیتر - K - میباشد. با محاسبات ترمودینامیکی مقدار دقیق گرمای ویژه در فشار ثابت گاز طبیعی به عنوان تابعی از دما بدست میآید .[5]
