بخشی از مقاله
چکیده
اصلی ترین وظیفه ایستگاههای تقلیل فشار, در بخش رگولاتور یا تنظیم کننده فشار گاز صورت می گیرد. که در این بخش، هدف کاهش فشار موجود در شبکه به فشار مورد نیاز مصرف کننده و همچنین ثابت نگهداشتن آن در همان فشارمطلوب می باشد . بطور کلی رگلاتورها از مجموعه قطعاتی تشکیل شده اند که با تنظیم سطح مقطع عبور گاز طبق اثر برنولی، فشار خروجی از روزنه را در مقداری دلخواه ومطلوب حفظ می کنند.
ایستگاههای تقلیل فشار دارای چند خط با ظرفیت مشابه بوده ورگلاتور های ایستگاهها بگونه ای انتخاب می شوند که ظرفیت اسمی خط را تامین نمایند. ازآنجا که فشار طراحی ایستگاهها در یک بازه وسیع صورت می گیرد لذا در شرایط عادی - فشار حد وسط این بازه - رگلاتور over size بوده وبیش از ظرفیت خط را از خط عبور می دهد ودر نتیجه هریک از خطوط بیش از ظرفیت اسمی خود را داشته ودر این صورت سرعت عبور گاز از سایر تجهیزات ایستگاهها بیش از حد مجاز خواهد شدو افت فشار مورد نیاز جهت به سرویس در آمدن خط بعدی ایجاد نمی گردد که منجر به آسیب دیدن تجهیزات و ایجاد صدای نا هنجاری می گردد. لذا استفاده از سیستمی که ظرفیت رگلاتور را در حد مورد نظر محدود نماید مطلوب می باشد.
این امر قبلا با تدابیری به روش پنیو ماتیکی حل شده است و در این مقاله با استفاده از منطق فازی، کنترلری طراحی و پیاده سازی می گردد تا بتوانم میزان دبی عبوری گاز از رگلاتور را در میزان مورد نظر تنظیم کنیم. از ویژگی های این سیستم کنترلی می توان به امکان توزیع گاز عبوری ازخطوط تقلیل فشار در حد ظرفیت هر خط و رفع مشکل اسیب دیدن سایر تجهیزات در اثر عبور گاز بیش از ظرفیت، ایجاد کنترل دبی گاز flow control که تاکنون در ایستگاههای تقلیل فشار وجود نداشته است و تعریف ظرفیت واقعی خطوط مستقل از فشار ورودی اشاره کرد. این مقاله با ارایه یک سیستم عملی مورد نیاز برای کنترل هوشمند ایستگاههای تقلیل فشار گاز سعی کرده است با انتخاب قطعات صنعتی مناسب، برنامه ریزی دقیق و پیشرفته با توجه به امکانات موجود، دستگاهی طراحی کندکه قابلیت پیاده سازی صنعتی در ایستگاه های تقلیل فشار را داشته باشد.
از ویژگی های این دستگاه می توان به هوشمندی و قابلیت برنامه ریزی بودن ، قیمت مناسب ، آموزش سریع و آسان آن به کاربران ، کنترل هرچه بهتر و بیشتر ایستگاههای تقلیل فشار و کاهش مشکلات ناشی از بازبینی های دستی، افزایش دقت و کارایی دستگاه ، الکترونیکی بودن و امکان کنترل داده از دور، زمان تعویض، نصب و راه اندازی بسیار سریع، مقرون به صرفه و اقتصادی بودن ، قابلیت استفاده در انواع ایستگاه ها با تدابیر خاص، امکان کنترل همزمان فشار و دبی عبوری گاز توسط رگلاتور و امکان تغییر فشار تنظیمی رگلاتور برای مواقع با مصرف زیاد را نام برد. دستگاه ساخته شده بصورت Pilot بر روی یکی از ایستگاه های TBS شهر مشهد پیاده سازی و نتایج آن مورد بررسی قرار گرفته است.
نکات برجسته مقاله
• کنترل جریان عبوری گاز از هر خط به میزان طراحی شده
• مانیتورینگ جریان عبوری گاز از هر خط و نمایش آنلاین آن بر روی نمایشگر
• وارد خط کردن سریع و بموقع خط بعدی در صورت افزایش جریان عبوری گاز از حد تعیین شده
• جلوگیری از آسیب رسیدن به تجهیزات خط در اثر افزایش سرعت گاز عبوری
• قابلیت استفاذه بر روی انواع ایستگاه های TBS & CGS
-1مقدمه:
ذخایر زیرزمینی گاز طبیعی معمولا دارای فشار بالاتر از 1000 پوند بر اینچ مربع بوده که پتانسیل لازم جهت انتقال گاز از پالایشگاه تا نقاط مصرف را فراهم می آورد. خطوط فرعی بسیاری با عنوان خط تغذیه از خطوط انتقال منشعب شده که وظیفه آنها انتقال گاز از خطوط پر فشار به شبکه توزیع گاز شهری و روستایی می باشد. در نقاط اتصال انشعابات تغذیه با خطوط انتقال گاز، اولین مرحله کاهش تدریجی فشار جهت تعدیل آن به نقاط مصرف، صورت می پذیرد. اینگونه واحدها را در اصطلاح ایستگاه دروازه شهری یا City Gate Station - CGS - می نامند.
مهمترین وظیفه واحدهای مذکور تقلیل فشار نسبی گاز به 250 پوند بر اینچ مربع میباشد. گاز پس از طی نمودن مسیر خود در خطوط تغذیه، با عبور از ایستگاههای مرز شهری یا Town Boundary Station - TBS - ، فشار آن برای دومین بار تا مرز 60 پوند بر اینچ مربع کاهش یافته و تا هنگام انتقال آن به مبادی مصرف در این محدوده باقی می ماند. آخرین مرحله تقلیل فشار نسبی گاز در شبکه های توزیع گاز شهری، در رگلاتور های خانگی رخ می دهد که فشار نسبی گاز را تا مقدار 1/4 پوند بر اینچ مربع کاهش می دهند. اصلی ترین وظیفه ایستگاههای تقلیل فشار, در بخش رگلاتور یا تنظیم کننده فشار گاز صورت می گیرد. که در این بخش، هدف کاهش فشار موجود در شبکه به فشار مورد نیاز مصرف کننده و همچنین ثابت نگهداشتن آن در همان فشار مطلوب می باشد. رگلاتور به عنوان اساسی ترین دستگاه موجود در ایستگاههای تقلیل فشار بوده و وظیفه کاهش فشار را عهده دار است.
کنترل سیستم بدان معنی است که برخی از کمیتهای مورد نظر یک سیستم، در مقدار معینی باقی مانده و یا طبق یک روال مطلوب تغییر کند. نحوه عملکرد در تمام سیستمهای کنترل به گونه ای است که ابتدا لازم است متغییر مد نظر موجود در فرآیند، اندازه گیری شده و سپس با یک حد مطلوب مقایسه شود. در نتیجه این مقایسه و مکانیزم موجود، فرمان ساخته می شود، سپس توسط اجزایی به عنوان عمل کننده، فرمان ساخته شده، بر سیستم اعمال می شود. در واقع طی این مراحل یک عمل تصحیح در یک سیکل بسته که سیکل کنترل نامیده می شود، صورت می گیرد.
در رگلاتورهای خانگی، زمانی که مصرف گاز در خانه زیاد شود فشار گاز موجود در لوله بعد از رگلاتور کاهش می یابد در این حالت دهانه رگلاتور پس از انجام عمل اندازه گیری و مقایسه باز شده و فشار افزایش می یابد، مجددا به ازای افزایش فشار، رگلاتور به صورت بسته عمل کرده و فشار افت می کند. این عمل چندین بار صورت گرفته و دهانه رگلاتور چندین بار باز و بسته می شود تا فشار در خروجی رگلاتور به حد مطلوب برسد. در ایستگاه های تقلیل فشار، رگلاتور به منظور تنظیم فشار، هر لحظه فشار پایین دست را اندازه گیری نموده و با فشار مورد نظر مقایسه می نماید و نهایتا با اعمال مکانیزم های خاص خود، فشار خروجی را در حد مطلوب حفظ می نماید، و این در حالی است که کماکان فشار و جریان در ناحیه بالادست متغیر می باشد.
در ایستگاه های تقلیل فشار از آرایش به هم بستن موازی رگلاتورهای استفاده می شود . در این نوع چیدمان که در شکل 1 مشاهده می شود، رگلاتورها در خطوط مختلف و به صورت موازی روی ایستگاه تعبیه شده و در ورودی و خروجی خطوط، کلکتور نصب می شود. هر یک از این خطوط معمولا دارای ظرفیتی معادل %50 ظرفیت ایستگاه می باشند. در این نوع به هم بندی، نقطه دریافت فشار Sense برای تمامی رگلاتورها یکسان بوده و از خروجی خط می باشد.
از آنجا که گاز عبوری از خط پر فشار، تعیین کننده فشار گاز در کلکتور یا نقطه اتصال خطوط در خروجی سیستم می باشد، لذا رگلاتوری که دارای نقطه set point کوچکتری بوده، همواره فشار بالاتر از set point خود را از خروجی دریافت نموده و به منظور کاهش فشار خروجی بسته خواهد ماند، لذا رگلاتوری که دارای نقطه تنظیم بیشتری می باشد در سرویس بوده و تا هنگامیکه میزان مصرف از ظرفیت آن زیادتر نباشد و همچنان فشار خروجی آن نیز بیشتر از set point رگلاتورهای مجاور باشد، در سرویس باقی خواهد ماند، در غیر این صورت مادامی که فشار خروجی سیستم به علت ازدیاد مصرف بیش از ظرفیت رگلاتور به سطحی پایین تر از set point یکی از رگلاتورهای مجاور کاهش یابد، آن رگلاتور نیز وارد سیستم شده و مازاد ظرفیت رگلاتور نخست را به عهده می گیرد.
در طراحی این نوع رگلاتورها، فشار و ظرفیت خط، ملاک محاسبه می باشد اما از آنجا که فشار طراحی ایستگاههای تقلیل فشار در حداقل فشار ورودی - بدترین شرایط - صورت میگیرد لذا در شرایط عادی - فشار حد وسط این بازه - رگلاتور over size بوده و بیش از ظرفیت خط را از خط عبور میدهد و در نتیجه هر یک از خطوط بیش از ظرفیت اسمی خود را داشته و در این صورت سرعت عبور گاز از سایر تجهیزات ایستگاهها بیش از حد مجاز خواهد شد و افت فشار مورد نیاز جهت به سرویس در آمدن خط بعدی ایجاد نمی گردد. به عبارت ساده تر می توان گفت طراحی ایستگاه های تقلیل فشار TBS برای فشار ورودی 150 پوند بر اینچ مربع و فشار خروجی 60 پوند بر اینچ مربع میباشد.
