پایان نامه بررسی راهکارهای علمی برای افزایش راندمان فرآیندی انتقال گاز توسط خطوط لوله

اختصاصی از کوشا فایل پایان نامه بررسی راهکارهای علمی برای افزایش راندمان فرآیندی انتقال گاز توسط خطوط لوله دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحات:140

پایان نامه کارشناسی ارشد – مهندسی فرآوری و انتقال گاز

فهرست مطالب:
عنوان..............................................................................................................................................................................................صفحه
فصل اول : پیش¬درآمدی اجمالی بر صنعت انتقال گاز کشور و جهان ......................................................................................    1
    1-1  مقدمه ........................................................................................................................................................................    2
    1-2  اشکال مختلف گاز و مفاهیم اصولی آن ........................................................................................................................    3
        1-2-1  گازطبیعی ..........................................................................................................................................................    3
        1-2-2  گاز زغالسنگ ................................................................................................................................................... 4
        1-2-3  گاز تولیدی در کارخانجات گاز .........................................................................................................................    5
        1-2-4  اکتشاف.............................................................................................................................................................    5
        1-2-5  تولید گازطبیعی.................................................................................................................................................    5
        1-2-6  مصرف گازطبیعی ..............................................................................................................................................    5
        1-2-7  واردات و صادرات گازطبیعی ............................................................................................................................    6
        1-2-8  ذخیره سازی گازطبیعی (موجودی) و تغییر در موجودی ....................................................................................    6
    1-3  میادین و ذخایر گاز طبیعی .........................................................................................................................................    6
        1-3-1  میادین مناطق خشکی .........................................................................................................................................    8
        1-3-2  میادین گازی فعال دریایی ..................................................................................................................................    8
        1-3-3  میادین مشترک گازی .........................................................................................................................................    8
        1-3-4  میدان گازی پارس جنوبی ..................................................................................................................................    9
    1- 4   تولید گاز طبیعی     .................................................................................................................................................... 10
    1- 5  مصرف گازطبیعی    .................................................................................................................................................... 13
        1-5-1  بخش خانگی، تجاری و عمومی .......................................................................................................................    14
        1-5-2  بخش صنعت ................................................................................................................................................. 15
        1-5-3  بخش حمل و نقل ...........................................................................................................................................    15
        1-5-4  بخش کشاورزی ..............................................................................................................................................    16
        1-5-5  بخش پالایشگاهی ...........................................................................................................................................    16
        1-5-6  بخش نیروگاهی ..............................................................................................................................................    16
        1-5-7  بخش پتروشیمی ..............................................................................................................................................    17
    1-6  انتقال گاز طبیعی و خطوط سراسری انتقال آن در ایران ...............................................................................................    20
        1-6-1  خط لوله¬ی دوم سراسری انتقال گاز شمال و شمال شرق کشور ..........................................................................    20
        1-6-2  خط لوله¬ی سوم شمال و شمال غرب کشور .......................................................................................................    21
        1-6-3   خط لوله¬ی چهارم سراسری انتقال گاز ..............................................................................................................    21
        1-6-4  خط لوله¬ی پنجم سراسری انتقال گاز .................................................................................................................    21
        1-6-5  خط لوله¬ی ششم سراسری انتقال گاز .................................................................................................................    22
        1-6-6  خط لوله¬ی هفتم سراسری انتقال گاز .................................................................................................................    22
        1-6-7  خط لوله¬ی هشتم سراسری انتقال گاز ................................................................................................................    23
        1-6-8  خط لوله¬ی نهم سراسری(صادراتی) ...................................................................................................................    23
        1-6-9  خط لوله¬ی دهم سراسری انتقال گاز ..................................................................................................................    23
        1-6-10  گاز رسانی .....................................................................................................................................................    24        
        1-6-11  شبکه گذاری گاز طبیعی .................................................................................................................................    24
    1-7  صادرات و واردات گاز طبیعی ...................................................................................................................................    28
        1-7-1  صادرات گاز طبیعی به کشور ترکیه .................................................................................................................    28
        1-7-2  صادرات گاز طبیعی به اروپا ............................................................................................................................    29
        1-7-3   صادرات گاز طبیعی ایران به پاکستان ..............................................................................................................    32
        1-7-4  صادرات گاز طبیعی ایران به هند .....................................................................................................................    33
        1-7-5  صادرات گاز طبیعی به کشور ارمنستان ............................................................................................................    35
        1-7-6  صادرات گاز طبیعی به کویت ..........................................................................................................................     35
        1-7-7  صادرات گاز طبیعی به امارات .........................................................................................................................    36
        1-7-8  صادرات گاز طبیعی به کشور عمان ................................................................................................................    37
        1-7-9  واردات گاز از کشور ترکمنستان .......................................................................................................................    37
    1-8  خطوط لوله، چالش¬ها و مزایا ....................................................................................................................................    39
فصل دوم : پدیده¬ها و عوامل تاثیرگذار بر راندمان انتقال گاز طبیعی از درون خط لوله .........................................................    41
    2-1  مقدمه ......................................................................................................................................................................    42
    2-2  تاثیرات جنس و پوشش خطوط لوله انتقال گاز طبیعی بر راندمان انتقال آن ...................................................................    42
        2-2-1  پوشش خارجی خط لوله .................................................................................................................................    43
        2-2-2  پوشش درونی لوله ..........................................................................................................................................    47
            2-2-2-1  داده¬های اقتصادی در مورد تاثیرات FEC  ................................................................................................    48
        2-2-3  استفاده از پوشش¬های جامد برای حفاظت و تعمیر خطوط لوله¬ی گاز ................................................................    52
            2-2-3-1 پوشش¬های بر پایه¬ی پلی یورتان¬ها و پلی اوره¬ها .......................................................................................    54
            2-2-3-2  انواع سامانه¬های پوشش دهی صددرصد جامد .........................................................................................    55
            2-2-3-3  تقویت پوشش لوله¬ها با لایه¬های کامپوزیتی .............................................................................................    57
    2-3  ایستگاه¬های تغییر فشار .............................................................................................................................................    59
        2-3-1  کاهش مصرف انرژی در ایستگاههای تقویت فشار با کاهش دمای گاز خروجی از کمپرسور .............................    60
        2-3-2  راندمان کمپرسورها و تاثیر اجزای همراه گازی بر این راندمان ...........................................................................    66
    2-4  آثار اجزاء همراه با گاز طبیعی (N2 ,Co2 ,H2S و ...) درون خطوط لوله ........................................................................    67
        2-4-1  بررسی خلوص و موارد مصرف صنعتی نیتروژن استحصالی ...............................................................................    70
        2-4-2  مشکلات ناشی از حضور H2S و Co2  همراه با گاز طبیعی ..................................................................................    71
    2-5  تاثیر تشکیل هیدرات¬های گازی به هنگام عبورگاز بر راندمان انتقال .............................................................................    73
        2-5-1  ساختمان هیدرات¬ها .........................................................................................................................................    74
        2-5-2  مشکلات ناشی از تشکیل هیدرات¬ها ................................................................................................................    75
فصل سوم : اصول انتقال گاز طبیعی به¬وسیله¬ی خط لوله .......................................................................................................    77
    3-1  قواعد کلی حاکم بر عبور جریان تک فاز از درون خط لوله ..........................................................................................    78
        3-1-1  رابطه¬ی تجربی شرکت EXXON ........................................................................................................................    79
        3-1-2  روش API (انجمن نفت آمریکا) .......................................................................................................................    79
        3-1-3  معادله¬ی PanHandle B ....................................................................................................................................    80
    3-2  روابط ارائه شده برای تخمین راندمان کاری خطوط لوله .............................................................................................    80
        3-2-1  معادله¬ی AGA .................................................................................................................................................    87
        3-2-2  معادله¬ی Weymouth ........................................................................................................................................    88
        3-2-3   معادلات Pan-Handle (A & B) ......................................................................................................................    89
        3-2-4  معادله¬ی IGT ...................................................................................................................................................    91
        3-2-5  روش Carr-Kobayashi-Burrows ...................................................................................................................    92
فصل چهارم : بررسی تاثیر پارامترهای عملیاتی و طراحی بر تغییرات راندمان انتقال گاز طبیعی .............................................    95
    4-1  مطالعه¬ی حالت موردی .............................................................................................................................................    96
    4-2  پارامتر فشار .............................................................................................................................................................    99
        4-2-1  فشار خروجی (P2) ..........................................................................................................................................    99
            4-2-1-1  تغییرات دبی ..........................................................................................................................................    101
            4-2-1-2  تغییرات دمای ورودی ...........................................................................................................................    103
        4-2-2  فشار ورودی (P1) .........................................................................................................................................    104
            4-2-2-1   تغییرات دبی .......................................................................................................................................    105
            4-2-2-2   تغییرات دمای ورودی .........................................................................................................................    106
    4-3  پارامتر طول ...........................................................................................................................................................    108
    4-4  پارامتر دبی .............................................................................................................................................................    109
    4-5  پارامتر قطر .............................................................................................................................................................    110
    4-6  پارامتر چگالی نسبی ...............................................................................................................................................    111
    4-7  پارامتر ارتفاع خروجی خط لوله از سطح زمین .........................................................................................................    112
    4-8  اجزای همراه گاز طبیعی (H2S ، N2 ، CO2) .............................................................................................................    113
    4-9  پارامتر دما ..............................................................................................................................................................    115
        4-9-1  دمای ورودی ................................................................................................................................................    115
        4-9-2  ضرایب هدایت حرارتی لوله و پوشش¬های آن ................................................................................................    117
        4-9-3  دمای سطح خاک ..........................................................................................................................................    118
        4-9-4  عمق دفن لوله ...............................................................................................................................................    119
        4-9-5  ضخامت لوله و پوشش¬های آن ......................................................................................................................    119
فصل پنجم : نتیجه¬گیری و پیشنهاد ......................................................................................................................................    121
    5-1  بحث و نتیجه¬گیری .................................................................................................................................................    122
    5-2  ارائه پیشنهاد برای ادامه کار در آینده.........................................................................................................................    125
منابع و مراجع  ................................................................................................................................................................... 126


فهرست جدول¬ها و شکل¬ها
عنوان.............................................................................................................................................................................صفحه
شکل 1-1   تحولات میزان مصرف منابع اصلی انرژی در سال 1973 و انتهای 2009 ...................................................................    2
جدول 1-1  اجزاء تشکیل دهنده¬ی گاز طبیعی ...........................................................................................................................    4
جدول 1-2   ذخایر گاز طبیعی کشف شده بر حسب میلیارد مترمکعب ......................................................................................    7
جدول 1-3  ذخایر گاز طبیعی کشور در سال 1387 (برحسب تریلیون مترمکعب) .......................................................................    8
جدول 1-4  میادین مشترک گاز طبیعی با کشورهای همسایه .....................................................................................................    9
جدول 1-5  تولید گاز طبیعی طی سال¬های 87 – 1380 برحسب میلیون مترمکعب ....................................................................    10
جدول 1-6  درصد تولید گاز طبیعی در ایران نسبت به کل گاز تولیدی در خاورمیانه .................................................................    11
جدول 1-7  درصد تولید گاز طبیعی در ایران نسبت به کل گاز تولیدی در دنیا ..........................................................................    12
جدول 1-8  درصد تولید گاز طبیعی در دنیا به تفکیک مناطق جغرافیایی و راهبردی ..................................................................    13
جدول 1-9   میزان مصرف گاز طبیعی در بخش¬های مختلف بر حسب میلیون متر¬مکعب طی 8 سال ..........................................    14
جدول 1-10  درصد مصرف گاز طبیعی در ایران نسبت به کل گاز مصرفی در خاورمیانه ...........................................................    17
جدول 1-11  درصد مصرف گاز طبیعی در ایران نسبت به کل گاز مصرفی در جهان .................................................................    18
جدول1-12   درصد مصرف گاز طبیعی در جهان به تفکیک مناطق جغرافیایی و راهبردی ..........................................................    19
جدول 1-13  احداث خطوط لوله¬ی انتقال گاز طبیعی طی سال¬های 87-1380 بر حسب کیلومتر بر سال ...................................    20
جدول 1-14  میزان شبکه گذاری خطوط لوله انتقال گاز طبیعی در ایران به تفکیک استان¬ها تا سال 1388 ..................................    26
جدول 1-15  میزان شبکه گذاری¬های لوله¬های پلی اتیلنی در خطوط¬ لوله¬ی انتقال گاز به تفکیک استان¬ها تا سال 1388 ...............    27
جدول 1-16  هزینه¬ی صدور گاز ایران به اروپا (دلار/میلیون بی تی یو) با خط لوله(دلار/میلیون BTU) .......................................    30
جدول 1-17   هزینه¬ی صدور گاز ایران به اروپا (دلار/میلیون بی تی یو) با روش LNG و  GTL(دلار/میلیون BTU).....................    30
جدول 1-18   قیمت گاز طبیعی در اتحادیه¬ی اروپا طی سال های 1990 الی 2001 (دلار/میلیون BTU) ......................................    31
شکل 1-2   مسیر خط لوله¬ی پیشنهادی ایران-پاکستان-هند ......................................................................................................    34
جدول 1-19   واردات گاز طبیعی ایران از ترکمنستان برحسب میلیون متر مکعب در سال ..........................................................    38
شکل 2-1  دبی خط لوله برای حالت پوشش داده شده و بدون پوشش ....................................................................................    49
شکل 2-2  ساختار سه بعدی پلی یورتان¬ها از چپ به راست:  الاستومرهای پلی یورتانی، پوشش¬های سخت یورتانی ...............    56
جدول 2-1   مقایسه¬ی تعمیر گاز به روش قدیمی و متداول با روش لایه¬های کامپوزیتی ............................................................    58
شکل 2-3  درصد سهم پیامدهای منفی ناشی از حضور پودر سیاه در راندمان شبکه¬های انتقال گاز ..............................................    72
شکل 2-4  منحنی تشکیل هیدرات به¬صورت تفکیکی ..............................................................................................................    74
شکل 3-1  مقاومت های حرارتی موثر بر خط لوله گاز طبیعی مدفون در خاک ..........................................................................    84
جدول 3-1  ثوابت معادله¬ی (3-34) .......................................................................................................................................    86
جدول 3-2   ثوابت معادله¬ی کار- کوبایاشی- بروس ...............................................................................................................    93    
جدول 4-1 داده¬های عملیاتی مربوط به یک روز کاری در ایستگاه تقویت فشار 1 ......................................................................    96
جدول 4-2  داده¬های عملیاتی مربوط به یک روز کاری در ایستگاه تقویت فشار 2 .....................................................................    97
جدول 4-3  درصد مولی اجزاء تشکیل دهنده¬ی گاز طبیعی ......................................................................................................    97
جدول 4-4  درصد متفاوت متان در حوزه¬های گازی کشور ......................................................................................................    98
جدول 4-5  مشخصات فیزیکی و عملیاتی مربوط به خط لوله مورد مطالعه................................................................................    98
جدول 4-6  تصحیحات طول خط لوله به ازای انواع انشعابات و اتصالات ..............................................................................    108
جدول 5-1  خلاصه¬ای از نتایج به¬دست آمده در مورد نحوه تغییر راندمان حین تغییر پارامتر¬های تاثیرگذار..................................    124


فهرست نمودارها
عنوان..............................................................................................................................................................................................صفحه
نمودار 1-1  درصد ذخایر گاز طبیعی در کشورهای عمده¬ی دارنده مخازن گازی تا انتهای سال 2009 ...........................................    7
نمودار 1-2  تولید گاز طبیعی سه کشور ایرن ، قطر و عربستان طی چهل سال اخیر بر حسب میلیون متر مکعب در سال ...............    11
نمودار 1-3  تولید گاز طبیعی کشور ایرن نسبت به روسیه، آمریکا و کانادا طی چهل سال اخیر بر حسب میلیون متر مکعب در سال ..............    12
نمودار 1-4   تولید گاز طبیعی بر حسب مناطق جغرافیایی و راهبردی .......................................................................................    12
نمودار 1-5  مصرف گاز طبیعی سه کشور ایرن، قطر و عربستان طی چهل سال اخیر بر حسب میلیون متر مکعب در سال ............    17
نمودار 1-6  مصرف گاز طبیعی کشور ایرن نسبت به روسیه، آمریکا، ژاپن و کانادا طی چهل سال اخیر بر حسب میلیون متر مکعب در سال ....    18
نمودار 1-7  مصرف گاز طبیعی بر حسب مناطق جغرافیایی و راهبردی .....................................................................................    19
نمودار 1-8. تولید و مصرف گاز طبیعی کشور ایرن طی چهل سال اخیر بر حسب میلیون متر مکعب در سال ...............................    19
نمودار 1-9  میزان شبکه گذاری خطوط لوله¬ی انتقال گاز طبیعی در ایران به تفکیک استان ها تا سال  1388 ...............................    25
نمودار 2-1  کاهش متوسط دمای گاز در مسیر بر اثر خنک کاری برحسب درجه سانتی¬گراد.......................................................    63
نمودار 2-2  روند تغییرات افزایش هزینه برق، صرفه جویی در هزینه¬ی گاز مصرفی و خالص صرفه جویی ایستگاه اقلیم.................. سردسیر با افزایش خنک کاری در دبی گاز عبوری MMSCMD  60 ............................................................................................... 65
نمودار 2-3  تعیین میزان خنک کاری بهینه براساس محاسبات اقتصادی با دبی گاز عبوری MMSCMD  60.................................... در ایستگاه اقلـیم سردسیر .......................................................................................................................................................65
نمودار 2-4  منطقه¬ی تشکیل هیدرات بر حسب دما و فشار .......................................................................................................    75
نمودار 4-1  تغییرات راندمان بر حسب فشار خروجی (ورودی به ایستگاه 2) در دو مقیاس متفاوت برای راندمان ..........................    100
نمودار 4-2  تغییرات راندمان بر حسب فشار خروجی در دبی¬های متفاوت بر اساس محاسبات معادله¬ی Weymouth ....................    102
نمودار 4-3  تغییرات راندمان بر حسب فشار خروجی در دبی¬های متفاوت بر اساس محاسبات معادله¬ی IGT ...............................    102
نمودار 4-4  تغییرات راندمان بر حسب فشار خروجی در دماهای متفاوت بر اساس محاسبات معادله¬ی Weymouth .....................    103
نمودار 4-5  تغییرات راندمان بر حسب فشار خروجی در دماهای متفاوت بر اساس محاسبات معادله¬ی IGT ................................    104
نمودار 4-6  تغییرات راندمان بر حسب فشار ورودی (خروجی از ایستگاه 1) در دو مقیاس متفاوت برای راندمان ........................    105
نمودار 4-7  تغییرات راندمان بر حسب فشار ورودی در دبی¬های متفاوت بر اساس محاسبات معادله¬ی Weymouth .....................    106
نمودار 4-8  تغییرات راندمان بر حسب فشار ورودی در دبی¬های متفاوت بر اساس محاسبات معادله¬ی IGT ................................    106
نمودار 4-9  تغییرات راندمان بر حسب فشار خروجی در دماهای متفاوت بر اساس محاسبات معادله¬ی Weymouth .....................    107
نمودار 4-10  تغییرات راندمان بر حسب فشار خروجی در دماهای متفاوت بر اساس محاسبات معادله¬ی IGT ..............................    107
نمودار 4-11  تغییرات راندمان بر حسب طول خط لوله ...........................................................................................................     109
نمودار 4-12  تغییرات راندمان بر حسب دبی حجمی خط لوله ..................................................................................................    110
نمودار 4-13  تغییرات راندمان بر حسب قطر لوله .....................................................................................................................    111
نمودار 4-14  تغییرات راندمان بر حسب دانسیته نسبی ..........................................................................................................    111
نمودار 4-15  تغییرات راندمان بر حسب ارتفاع از سطح دریا ورودی به ایستگاه تقویت فشار شماره 2 .....................................    112
نمودار 4-16  تغییرات جزء مولی سولفید هیدروژن و تاثیر این تغییرات بر راندمان انتقال .........................................................    114
نمودار 4-17  تغییرات جزء مولی نیتروژن و تاثیر این تغییرات بر راندمان انتقال .......................................................................    114
نمودار 4-18  تغییرات جزء مولی سولفید دی اکسید کربن و تاثیر این تغییرات بر راندمان انتقال ..............................................    114
نمودار 4-19  تغییرات راندمان بر حسب دمای ورودی ...........................................................................................................    116
نمودار 4-20  تغییرات راندمان بر حسب ضریب هدایت حراتی بر اساس محاسبات معادله¬ی AGA ..........................................    118
نمودار 4-21  تغییرات راندمان بر حسب دمای سطح خاک ....................................................................................................    118
نمودار 4-22  تغییرات راندمان بر حسب عمق دفن خط لوله ..................................................................................................    119
نمودار 4-23  تغییرات راندمان بر حسب ضخامت لوله و پوشش آن .......................................................................................    120

ﭼﻜﻴﺪه
افزایش راندمان ﺧﻄﻮط ﻟﻮﻟﻪ¬ی گازی به¬منظور رسیدن به حالت بهینه¬ به هنگام انتقال گاز، ﺑﺎ در ﻧﻈﺮ ﮔﺮﻓﺘﻦ اﻧﻮاع عوامل و ﺷﺮاﻳﻂ ﻣﺤﻴﻄﻲ ﻣﻮﺟﻮد، ﮔﻮﻧﺎﮔﻮﻧﻲ حالت¬هایی ﻛﻪ ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﺷﺮاﻳﻂ‬ ﺧﺎص ﻟﻮﻟﻪ و شرایط عملیاتی وﺟﻮد دارد ﻳﺎ به¬وﺟﻮد ﻣﻲآﻳﺪ و ﺑﺎ در¬ﻧﻈﺮ¬ﮔﺮﻓﺘﻦ اﻳﻨﻜﻪ پارامترها و عوامل ﺑﺴﻴﺎر زﻳﺎدی در آن ﻣﻮﺛﺮ ﺑﻮده و ﺑﺎﻳﺪ اﺛﺮات آﻧﻬﺎ در‬¬ﻧﻈﺮ-ﮔﺮﻓﺘﻪ ﺷﻮد، ﺑﺎﻳﺴﺘﻲ صورت پذیرد. در این پژوهش با استفاده از اطلاعات به¬دست آمده از یکی از خطوط لوله¬ی سراسری کشور و معادلات مطرح در زمینه¬ی انتقال گاز به¬وسیله خط لوله، بررسی¬هایی بر¬روی کلیه پارامترهای تاثیرگذار بر راندمان انتقال و نحوه¬ی اثر گذاری این پارامترها بر آن صورت پذیرفته است. راه¬کارهای استنتاج شده از این بررسی¬ها برای افزایش راندمان از دیگر بخش¬های این پژوهش می¬باشد. پارامترهای مهمی همچون فشار، دما، دبی حجمی و قطر لوله و بقیه پارامترهای موثر بر راندمان انتقال گاز نظیر ترکیب سیال و اجزای همراه با گاز طبیعی، طول خط لوله، جنس و ضخامت لوله و پوشش¬های بیرونی و درونی آن، جنس خاک و شرایط محیطی آن و عمقی که در آن خط لوله دفن شده در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفته¬اند و تاثیرات هر یک از این پارامترها (با ثابت فرض کردن باقی پارامترها) بر روی راندمان با استفاده از معادلات مطرح در این زمینه (شامل AGA، ویموث، پن¬هندل B&A و همچنین IGT) بررسی شده است. نتایج حاصله نشان می¬دهد که با انجام راه¬کارهای پیشنهادی، می¬توان به طور متوسط تا میزان حداکثر 30 درصد راندمان فرآیندی انتقال گاز از درون خطوط لوله¬ی انتقال را افزایش داد.

کلمات کلیدی : خطوط لوله¬ی انتقال، راندمان فرآیندی، ایستگاه¬های تقویت فشار، پارامترهای عملیاتی و طراحی