سولفید هیدروژن

 

H2S

 

<1

 

 

 

نیتروژن

 

N2

 

۱-۵

 

 

 

هلیم

 

He

 

<0/5

 

 

 

گاز طبیعی استخراج شده از میادین گازی که همواره با رطوبت و هیدروکربن‌های دیگر همراه است؛ اصطلاحاً «گاز طبیعی مرطوب»[۱] نامیده می‌شود. گاز طبیعی پس از کاهش رطوبت در فرایند نم‌زدایی در پالایشگاه، «گاز طبیعی خشک»[۲] ‌نامیده می‌شود. این گاز از طریق لوله قابل انتقال است[۳].
رفتار فازی گاز طبیعی
رفتار فازی گاز طبیعی، یک منحنی از فشار بر حسب دما می‌باشد که تعیین می‌کند چگونه جریان گاز طبیعی در یک فشار و دمای داده شده از یک فاز گازی و یا دو فاز گاز و مایع تشکیل می‌شود. در شکل (۱-۱) رفتار فازی گاز طبیعی با یک ترکیب مشخص، بصورت نمونه بر روی یک دیاگرام فازی مشاهده می‌شود. قسمت چپ، منحنی نقاط حباب است و ناحیه تک فازی مایع را از ناحیه دوفازی مایع-گاز جدا می سازد. سمت راست منحنی نقاط شبنم بوده و ناحیه دوفازی مایع-گاز را از ناحیه تک فازی گازی جدا می‌سازد. خطوط نقاط حباب و شبنم در نقطه بحرانی با همدیگر تلاقی دارند، جاییکه تفاوت بین خواص گاز و مایع آشکار می‌شود. توجه به این نکته ضروری است که دمای نقطه شبنم در یک فشار داده شده مشخص می‌شود و دو فشار نقطه شبنم در یک دمای داده شده امکان‌پذیر است. این پدیده به عنوان چگالش برگشتی[۳] مشهور است. حداکثر فشاری که در آن امکان تشکیل مایع وجود دارد Pmax فشار چگالش بحرانی[۴] و بالاترین دمایی که در آن امکان تشکیل مایع وجود دارد؛ Tmax دمای چگالش بحرانی[۵] نامیده می‌شود[۳].

شکل ۱-۱ دیاگرام فشار-دمای گاز طبیعی[۳]
رفتار تک فازی گاز طبیعی، تابعی از ترکیبات گاز است و شدیداً متأثر از غلظت هیدروکربن‌های سنگین‌تر بخصوص C6+می‌باشد. حضور هیدروکربن‌های سنگین‌تر، حلقه فازی را افزایش می‌دهد و اغماض از آنها، این پوش فازی را کوچکتر از میزان واقعی پیش‌بینی خواهد کرد[۳].
سیستم خطوط لوله انتقال گاز طبیعی
گاز طبیعی پس از استخراج از ‌چاه‌های گاز، توسط سیستم جمع‌ آوری گاز به پالایشگاه گاز طبیعی منتقل می‌شود. در پالایشگاه پس از حذف گازهای ترش و رطوبت همراه، گاز طبیعی پالایش شده به خطوط لوله انتقال گاز، تحویل داده می‌شود. خطوط لوله انتقال گاز شامل ایستگاه دریافت گاز، لوله‌های فولادی، شیرهای بین‌راهی، ایستگاه‌های تقویت فشار، ایستگاه‌های پیگ‌رانی و ایستگاه‌های تقلیل فشار در نقاط انتهایی می‌باشد. شکل (۱-۲) شماتیک تولید، فرآوری، انتقال و تحویل گاز طبیعی را نشان می‌دهد. یک سیستم خط لوله مشتمل بر موارد زیر است:
نقاط دریافت گاز
ورودی گاز طبیعی به خط لوله انتقال را نقطه دریافت گاز می‌نامند. این نقاط می‌تواند گاز ترش حاصل از ‌چاه‌های گاز طبیعی یا گاز شیرین (پالایش شده) در خروجی پالایشگاه‌های گاز باشد[۴].
لوله‌ها
لوله‌های استفاده شده در صنعت گازرسانی از جنس کربن-استیل منطبق با استاندارد API[6] می‌باشد. این لوله‌ها بصورت دفن شده می‌باشند و در حالت نرمال، گاز با فشار psi 1000-600 را در مسیرهای طولانی انتقال می‌دهند. قطر لوله‌ها می‌تواند از ۶ اینچ تا ۵۶ اینچ باشد[۴].
شکل ۱-۲ شماتیک تولید، فرآوری، انتقال و تحویل گاز طبیعی[۴]
برای جلوگیری از خوردگی لوله‌های مدفون، پوششی از جنس قیر ذغال‌سنگی، اپوکسی یا پلی‌اتیلن روی لوله‌ها کشیده می‌شود. هدف از پوشش، محافظت لوله از تأثیرات رطوبت، خاک خورنده و عوامل مخرب بر ساختار لوله است. شکل (۱-۳) نمونه ای از خط لوله در حال احداث را نشان می‌دهد[۴].
پایان نامه - مقاله - پروژه
شکل ۱-۳ نمونه احداث خط لوله انتقال گاز و دفن لوله‌ها[۵]
ایستگاه‌های ارسال و دریافت پیگ[۷]
برای تمیزکردن خطوط لوله از هیدرات‌ها و ناخالصی‌ها، در دوره‌های زمانی منظم، پیگ‌رانی انجام می‌شود. پیگ وسیله‌ای است دوار که روی لبه‌های آن برس‌های تمیز‌کننده نصب می‌شود و توسط فشار گاز پشت آن حرکت می‌کند. سرعت پیگ معمولاً حدود ۷ کیلومتر در ساعت است. حرکت پیگ درون لوله‌ها بصورت مارپیچ بوده و وظیفه آن تمیزکردن داخل خطوط می‌باشد. برخی از انواع مشهور پیگ‌ها، پیگ هوشمند است که هم مکان خود را در طول خط لوله گزارش داده و هم با ضبط تصاویر، مشکلات به وجود آمده مانند کاهش ضخامت، خوردگی، نشتی و غیره را مشخص می‌کند[۴].
شیرهای [۸] LBV
این شیر‌ها در طول مسیر خط لوله و در فواصل مشخص به هنگام ترکیدگی یا انفجارخط لوله برای مهار تخلیه گاز، تعبیه شده‌اند. شیرهای LBV استفاده شده در خطوط لوله انتقال گاز، از نوع شیرهای توپی می‌باشد. این شیرها دارای یک مسدود کننده جریان به شکل کروی بوده و قطر داخلی سوراخ آن هم اندازه قطر داخلی لوله است تا در هنگام عملیات پیگ‌رانی در خط لوله، پیگ ارسال شده بتواند از این شیر‌ها بدون هیچ مانعی عبور نماید. این شیرها در حالت نرمال باز می‌باشند اما در شرایط اضطراری توسط سیستم کنترل خودکار، با احساس افت فشار ناگهانی در خط لوله بصورت خودکار بسته می‌شوند. یک مرکز کنترل موسوم به مرکز دیسپچینگ گاز، با دریافت سیگنال‌های الکترونیکی از تجهیزات نصب شده روی شیرها، همواره وضعیت باز یا بسته بودن این شیرها را رصد می‌کند. سیگنال‌ها از طریق خطوط تلفن یا سیستم‌های ارتباط ماهواره‌ای ارسال می‌شوند. اگر یک شیر به هر علتی بسته شود، سیگنال ارسال شده به مرکز دیسپچینگ گاز، باعث اعلام هشدار به اپراتورها شده و پس از مرتفع کردن مشکل، شیرها بصورت دستی باز می‌شوند[۴].
ایستگاه‌های تقویت فشار
ایستگاه‌های تقویت فشار بر روی خطوط لوله انتقال گاز، فشار مورد نیاز برای انتقال گاز از یک نقطه به نقطه دیگر را تأمین می‌کنند. تجهیزات این ایستگاه‌ها عمدتاً شامل اسکرابرها، کمپرسورها، مبدل‌های خنک‌کننده، توربین‌های گازی، شیرهای ورودی و خروجی، شیر کنارگذر ایستگاه، شیر‌های آنتی‌سرج، اتاق کنترل و سیستم‌های کنترلی می‌باشد. کمپرسور مورد استفاده در این ایستگاه‌ها اغلب از نوع گریز از مرکز است و نیروی محرکه آن توسط توربین گازی تامین می‌شود. با توجه به محدودیت فشار گاز در خطوط لوله، در فواصل طولانی، ایستگاه‌های تقویت فشار متعددی برای انتقال گاز مورد نیاز است. محل این ایستگاه‌ها معمولاً در فاصله‌های۴۰ تا ۱۰۰ مایلی بر‌روی خطوط لوله انتقال می‌باشد. از فاکتورهایی مانند حداکثر فشار مجاز بهره برداری، عوامل محیطی و توپوگرافی منطقه، جهت تعیین محل دقیق ایستگاه‌های تقویت فشار، استفاده می‌شود[۶].
انواع کمپرسورهای ایستگاه تقویت فشار
کمپرسورهای بکار رفته در سیستم خطوط لوله انتقال گاز می‌تواند از نوع جابجایی مثبت یا از نوع گریز از مرکز باشد. کمپرسور جابجایی مثبت با محبوس کردن حجم مشخصی از گاز در یک محفظه و کاهش حجم، فشار مورد نیاز را ایجاد می‌کنند. سپس گاز پرفشار از طریق شیر خروجی به درون خط لوله رها می‌شود. کمپرسورهای رفت و برگشتی پیستونی در دسته کمپرسورهای جابجایی مثبت قرار دارند. این کمپرسورها حجم ثابتی دارند و می‌توانند نسبت‌ تراکم بالایی را ایجاد نمایند. از سوی دیگر کمپرسورهای گریز از مرکز، فشار مورد نیاز را از طریق نیروی گریز از مرکز حاصل از چرخش پره‌های کمپرسور با تبدیل انرژی جنبشی به انرژی فشاری، ایجاد می‌کنند. به علت انعطاف‌پذیری، کمپرسورهای گریز از مرکز متداول‌ترین نوع کمپرسورها در سیستم‌های انتقال گاز می‌باشند. این کمپرسورها هزینه نصب و نگهداری پایینی دارند و در مقایسه با کمپرسورهای جابجایی مثبت می‌توانند حجم‌های بزرگتری از گاز را تقویت فشار نمایند. همچنین این کمپرسورها در سرعت‌های بالاتری عمل می‌کنند. با این حال نسبت به کمپرسورهای جابجایی مثبت بازده کمتری دارند[۷].
کمپرسورهای جابجایی مثبت دارای انعطاف بیشتری در محدوده فشار می‌باشند، بازدهی بالایی دارند و می‌توانند گاز متراکم شده را در بازه وسیعی از فشار تحویل دهند. همچنین به ترکیب گاز طبیعی حساسیت کمتری دارند. این نوع کمپرسورها دارای محدوده فشاری تا حدود ۳۰۰۰۰ psi می‌باشند. این کمپرسورها می‌توانند بسته به نسبت تراکم مورد‌نیاز، تک‌مرحله‌ای یا چند‌مرحله‌ای باشند. حد نسبت تراکم در هر مرحله برای کمپرسورهای جایجایی مثبت، ۴ می‌باشد زیرا نسبت تراکم بالاتر باعث ایجاد فشار بیش از حد شده و به شیرهای حساس داخل کمپرسور آسیب می‌رساند. یک مبدل حرارتی برای خنک کردن گاز گرم متراکم شده در هر مرحله مورد نیاز است تا قبل از ورود به مرحله بعدی دمای گاز را تا دمای مکش اولیه پایین آورد. توان مورد نیاز برای یک کمپرسور جابجایی مثبت از نمودارهای ارائه شده توسط سازندگان محاسبه می‌شود[۷].
منحنی مشخصه کمپرسور
منحنی مشخصه یک کمپرسور گریز از مرکز که می‌تواند در سرعت‌های مختلف عمل نماید یک منحنی از دبی جریان ورودی در برابر فشار ایجاد شده در درصدهای مختلف سرعت طراحی را نشان می‌دهد. شکل (۱-۴) نمونه منحنی مشخصه کمپرسور گریز از مرکز را نشان می‌دهد.

شکل ۱-۴ یک نمونه منحنی مشخصه کمپرسور گریز از مرکز[۸]
محدوده سمت چپ منحنی خط حداقل پایداری یا خط سرج[۹] نامیده می‌شود که در آن فشار خروجی به حدی می‌رسد که بالاتر از آن موجب ایجاد اختلال در عملکرد کمپرسور می‌شود. محدوده سمت راست به نام خط استون‌وال[۱۰] مشهور است. پدیده سرج هنگامی‌اتفاق می‌افتد که اختلاف فشار بین خروجی و ورودی کمپرسور بسیار بالارفته و در نتیجه انرژی اختلاف فشار خروجی و ورودی بیشتر از مجموع انرژی کمپرسور و انرژی خود سیال در ورودی باشد. در این صورت کمپرسور توان خارج کردن گاز را از داخل خود نداشته و درنتیجه گاز در جهت عکس یعنی از خروجی کمپرسور به ورودی جریان می‌یابد. اگر هیچ کاری صورت نگیرد اختلاف فشار دو طرف کمپرسور کاهش یافته و مجدداً جریان مثبت برقرار می‌شود. تا جاییکه اختلاف فشار دوباره زیاد شده و مجدداً جریان منفی ساخته می‌شود. این چرخه در پریودهای چند ثانیه‌ای تکرار می‌شود که نتیجه آن ایجاد ارتعاشات زیان‌آور برای کمپرسور است. پدیده سرج باعث آسیب به ساختمان کمپرسور، سر و صدای زیاد، تلف شدن انرژی و کاهش بازده کمپرسور می‌شود. کنترلر آنتی‌سرج بوسیله یک شیرکنترل با برقرار کردن جریان برگشتی گاز از یک مسیر خروجی به ورودی کمپرسور عمل کنترل سرج را انجام می‌دهد. این شیر به شیر کنترل آنتی‌سرج ([۱۱]ASCV) مشهور است. با بازکردن این شیر، جریان از طریق یک مسیر ویژه از خروجی کمپرسور به ورودی باز می‌گردد لذا با کاهش اختلاف فشار در دوطرف کمپرسور قادر به ایجاد جریان مثبت در کمپرسور خواهیم بود. در منحنی مشخصه، خط سرج به عنوان پایین‌ترین محدوده عملیاتی مشخص می‌شود. اگر در شرایطی میزان جریان ورودی به کمپرسور کمتر از میزان آن روی خط سرج باشد، این پدیده اتفاق می‌افتد[۷,۸].
استون‌وال خط حداکثر پایداری برای کمپرسور می‌باشد. در نقطه حداقل هد فشار، راهبری کمپرسور می‌تواند همچنان پایدار بماند اما کمپرسور دچار خفگی می‌شود. افزایش جریان در نقطه آنسوی استون‌وال عملاً غیرممکن است و راهبری کمپرسور در آنسوی استون‌وال غیرقابل پیش‌بینی و فاقد کارآیی است. سازندگان عموماً منحنی‌هایشان را قبل از رسیدن به محدوده استون‌وال متوقف می‌کنند. در کمپرسورهای گریز از مرکز با تغییر سرعت چرخش پره‌ها، جریان ورودی و هد حاصله به ترتیب با سرعت چرخش و مربع سرعت چرخش تغییر خواهد‌کرد؛ به‌‌علاوه، توان کمپرسور با مکعب سرعت چرخشی متناسب است[۸].
نقاط برداشت گاز (ایستگاه‌های تقلیل فشار)
برای تامین گاز مشترکین، ایستگاه‌های تقلیل فشار یا ایستگاه ورودی شهر یا بصورت اختصار CGS[12] در نقاط انتهایی انشعابات خطوط لوله انتقال تعبیه می‌شود. این ایستگاه‌ها شامل تجهیزاتی مانند فیلترها، هیترها، تجهیزات اندازه‌گیری، رگولاتورها و واحد بودارکننده گاز می‌باشد. در این ایستگاه‌ها پس از اندازه‌گیری دبی جریان توسط فلومترها و کاهش فشار بوسیله رگولاتورها، ماده مرکاپتان برای بودارکردن گاز جهت مقاصد ایمنی، اضافه می‌شود. در این ایستگاه‌ها فشار گاز تا psi 250 کاهش یافته و وارد شبکه تغذیه شهری می شود. سپس در داخل شهرها توسط ایستگاه‌های کوچکتری بنام ایستگاه‌های [۱۳]TBS فشار گاز از psi250 بهpsi 60 کاهش یافته، برای مصرف مشترکین وارد شبکه توزیع شهری می‌شود[۴].
ایستگاه‌های اندازه‌گیری
ایستگاه‌های اندازه‌گیری، برای اندازه‌گیری گاز در نقاط تحویل به یک کشور یا دریافت از کشور دیگر تعبیه می‌شود. در این ایستگاه‌ها برای اندازه‌گیری جریان گاز در طول خط لوله از فلومترهای توربینی، اریفیسی یا التراسونیک استفاده می‌شود و مبنای محاسبه ارزش اقتصادی گاز مبادله شده، می‌باشند[۴].

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...