1
2
عنوان :
ایستگاه تقلیل فشار گاز
استاد راهنما :
دانشجویان:
فهرست مطالب
3
مقدمه
ایستگاه های تقویت فشار
آشنایی با ایستگاه های تقلیل فشار
تقسیم بندی ایستگاه تقلیل فشار
ایستگاه های c.g.s
ایستگاه t.b.s
ایستگاه c.g.s & t.b.s
ایستگاه d.r.s
. فیلترها
انواع فیلتر
رگلاتور
شیر های تقلیل فشار
علل استفاده از شیرها تقلیل فشار
انواع شیرهای فشار شکن
شیرهای تقلیل فشار از نوع پایلوت دار
شیرهای تقلیل فشار نئوماتیکی
انواع شیر از نظر اتصال
انواع شیر
انتخاب شیر مناسب
بازیافت انرژی حاصل از فشار شکنی در ایستگاه های تقلیل فشار گاز
4
مزایای استفاده از توربین انبساطی به جای شیرهای فشارشکن
آلودگی صوتی ایستگاه تقلیل فشار
مسائل ایمنی در ایستگاه تقلیل فشار
اهمیت وجود فیلتر در ایستگاه تقلیل فشار
تولید هیدرات در ایستگاه های تقلیل فشار و خطوط انتقال گاز
مقدمه
امروزه صنایع گاز عمدتاً شامل استخراج، فرآوری، انتقال و مصرف می باشد. گاز طبیعی پس از استخراج توسط شبکه جمع آوری و به واحد تصفیه گازهدایت می شود. بعد از عملیات تصفیه، گاز شیرین به داخل شبکه های هدایت گاز تزریق می گردد و چنانچه لازم باشد گاز از مسیر طولانی عبور کند، فشار آن توسط کمپرسورهای مخصوص افزایش می یابد و در نزدیکی شهرها و مراکز صنعتی، مجدداً فشار گاز تا مقدار قابل توجهی کاهش داده میشود.
این افت فشار گاز توسط ایستگاههای تقلیل فشار گاز شهری صورت میگیرد. اهمیت این ایستگاهها به دلیل نقش آنها در تصفیه و تقلیل فشارگاز است. این ایستگاهها معمولاً در خارج شهرها ساخته میشوند از اینرو دسترسی به آنها مشکل است. از طرفی امنیت و نظارت براین ایستگاهها بسیارضروری است
مدلسازی دقیق این ایستگاهها میتواند کمک زیادی در رابطه با امنیت و نظارت روی این ایستگاهها صورت دهد همچنین برای پیاده سازی یک کنترل بهینه روی این ایستگاهها نیاز به یک مدل دقیق میباشد زیرا در عمل به دلیل خطرات فراوان موجود در این ایستگاهها، امکان پیاده سازی کنترلرها بصورت سعی و خطا وجود ندارد. از اینرو ابتدا میتوان تمامی حالات را روی مدل ایجاد شده امتحان نمود و سپس بهترین کنترلر موجود را روی تجهیزات نصب کرد.
5
ایستگاه های تقویت فشار:
یک ایستگاه تقویت فشار دارای تجهیزات و ادوات زیادی می باشد . اما مهمترین چیزی که در اولین نگاه بنظر می آید کمپرسور است . کمپرسور هایی که در ایستگاه های تقویت فشاراستفاده می شوند دارای انواع مختلفی هستند:
الف)کمپرسور های رفت و برگشتی
ب) کمپرسور های حلزونی
ج)کمپرسور های چرخشی
د) کمپرسور های گریز ازمرکز
این کمپرسور ها برای کارکرد نیاز به نیروی محرکه خیلی قوی دارند که این نیروی محرکه را عموما از توربین های گازی صنعتی می گیرند.این توربین ها ممکن است که با یک سوخت کار کنند یا با چند سوخت مایع کار کنند و هم با خود گاز
6
یک ایستگاه تقلیل فشار گاز متناسب با ظرفیت فشار ورودی و خروجی , نوع مصرف کننده تعداد و مراحل شکست فشار و خطوط آن به شکل های مختلفی طراحی و ساخته می وشد ولی با وجود این تنوع به طور کلی تجهیزات به کار رفته در ساختمان آن ها به شرح زیر است که ممکن است کاربرد برخی از آن ها ضروری و یا تعداد آن ها تغییر نماید:
1- فیلتر ها ۲- گرم کن ها ۳- رگلاتور ها ۴- کنتور ها ۵- شیرهای اطمینان ۶- شیرهای قطع فشار ( فشار شکن ) ۷- فشار سنج ها و ترمومتر ها و عایق های الکتریکی ۸- شیرها و فلنچ ها 9-بودارکننده ها
7
اگر با توجه به نوع مصرف کننده بخواهیم یک تقسیم بندی ارائه دهیم داریم :
الف ) ایستگاه هایی که شبکه های توزیع گاز را تغذیه می نماید ( ایستگاه های شهری)
ب) ایستگاه هایی که شبکه داخلی صنایع و واحد های تجاری و مسکونی بزرگ را تغذیه می نمایند . ( ایستگاه های تجاری صنعتی)
در ایستگاه هائی که ظرفیت آن ها بیش از پنج هزار متر مکعب در ساعت بوده و تداوم گاز رسانی حیاتی می باشد تعداد خطوط ایستگاه بیش از یک خط خواهد بود که معمولا در این گونه موارد ظرفیت هر خط درصدی از ظرفیت کل ایستگاه می باشد
8
نوع دیگر تقسیم بندی ایستگاه ها ، از لحاظ نوع خروجی آنها است که برخی اندازه گیری و برخی برای تقلیل فشارند. در ایستگاه های اندازه گیری ، فقط میزان جریان عبوری اندازه گیری می شود ، اما در ایستگاه های تقلیل فشار علاوه بر تقلیل فشار گاز می بایست بودارکردن ، گرمایش و در برخی موارد اندازه گیری گاز نیز صورت پذیرد. بودار کردن گاز از جمله موارد مهم در مسایل ایمنی برای کشف نشتی گاز می باشد.
9
1-ایستگاه C.G.S (City Gate Station)
2-ایستگاه T.B.S (Town Boarder Station)
3-ایستگاه های ترکیبی C.G.S & T.B.S
4-ایستگاه D.R.S (District Boarder Station)
5- ایستگاههای میترینگ ( ایستگاه اندازه گیری(
10
ایستگاه C.G.S
ایستگاه C.G.S یا ایستگاه دروازه ورودی شهر جهت تقلیل فشار خط انتقال از 1050 psi به 250 psi همانطورکه از نامش مشخص است در ابتدای ورودی شهرها قرار می گیرد. البته ایستگاههای تقلیل فشار صنایع بزرگ و نیروگاهها نیز جز ایستگاههای C.G.S در نظر گرفته می شوند.
11
12
ایستگاه T.B.S
بعد از کاهش فشار خط انتقال در ایستگاه C.G.S، گاز با فشار 250 psi داخل شبکه توزیع شهر می شود و فشار آن مجددا کاهش می یابد، ایستگاه T.B.S وظیفه این کاهش فشار را دارد.
13
14
ایستگاههای C.G.S & T.B.S
ایستگاههای C.G.S & T.B.S که با نام ایستگاههای ترکیبی نیز شناخته می شود به صورت ترکیبی از ایستگاههای C.G.S و T.B.S می باشند بدین ترتیب که فشار گاز ورودی این ایستگاهها که از خط انتقال گرفته می شوند در دو مرحله به 250 psi (C.G.S) و 60 psi (T.B.S) کاهش می یابد و همانند ایستگاههای C.G.S دارای مراحل گرمایش و بودارکردن گاز می باشد
15
ایستگاهD.R.S
ایستگاه D.R.S را می توان نوع خاصی از ایستگاهT.B.S دانست، با این تفاوت که گاز مورد نیاز برای محدوده خاصی غیر از مصرف شهری و خانگی مثلا برای دانشگاهها یا بیمارستانها می باشد.
16
فیلتر
گاز توسط لوله های قطور به ایستگاههای گاز انتقال پیدا می کند. تعداد دستگاهها و ظرفیت آنها بستگی به میزان ظرفیت ورودی و خروجی ایستگاه دارد. اولین قدم در ایستگاه جدا سازی مواد معلق همراه گاز می باشد. در حین عبور گاز از داخل لوله ها امکان وارد شدن مواد جامد به گاز می باشد وارد شدن مواردی از قبیل اکسید آهن گرد و غبار و بخار آب موادی هستند که اگر همراه گاز باقی بمانند در سایر قسمتها و تجهیزات ایجاد مشکل می کند.
17
انواع فیلتر
فیلتر گاز خشک
فیلتر اسکرابر
فیلتر سپراتر
18
رگــولاتور
وظیفه کاهش فشار گاز در ایستگاه CGS را از 1000 psi به 250 psi بر عهد ه دارد . برای جلوگیری از کاهش دما در ایستگاه CGS معمولا" از دو رگولاتور استفاده می شود که ابتدا رگولاتور اول فشار گاز را مثلا" از 1000 psi به 400 psi و رگولاتور دوم از 400 psi به 250 psi کاهش می دهند . و در این صورت می توانیم افت دما را به حد اقل برسانیم
19
20
شیرهای تقلیل فشار بخار
امروزه شیرهای تقلیل فشار بخار در اکثر موتورخانه های بخار دیده می شوند.همانطور که از اسم این شیرها مشخص است , آنها وظیفه کاهش فشار بخار به مقدار مناسب و ثابت ، جهت استفاده در مصرف کننده ها را دارا می باشند.
21
علل استفاده از شیرهای تقلیل فشار
اکثر دیگهای بخار به منظور کار در فشارهای نسبتاً بالا طراحی می شوند در حالی که در بیشتر موتورخانه ها، مصرف کننده هایی با فشار کاری کمتراز فشار ماکزیمم دیگها وجود دارند . کارکرد دیگ با فشار کمتر از فشار طراحی منجر به کاهش بازده دیگ و نیز افزایش احتمال ورود آب به داخل سیستم خواهد شد و به همین دلیل دیگها باید با فشار ماکزیمم طراحی کار نمایند ودر صورت لازم برای مصرف کننده های فشار پایین، بااستفاده از شیرهای فشار شکن , فشار مناسب را تامین نمود. استفاده از سیستم بخار فشار بالا و نصب شیرهای تقلیل فشار در نقاط لازم، منجر به کاهش قطر لوله ها، کاهش اتلافات حرارتی از لوله ها و در نتیجه صرفه جویی در هزینه و انرژی خواهد شد
22
ضمناً از آنجایی که در فشارهای پایین تر، میزان انرژی نهان بخار بیشتر از فشارهای بالاتر است ، امکان انتقال حرارت بیشتر در مصرف کننده های فشار پایین میسر می باشد. (چگالیده شدن بخار دیرتر اتفاق میافتد!) که باعث افزایش راندمان سیستم خواهد شد. از طرفی از آنجایی که فشار و دمای بخار اشباع در ارتباط مستقیم با یکدیگر هستند ، در برخی تجهیزات نظیر استرلیزه کننده ها و یا کنترل دمای سطح خشک کن ها بوسیله کنترل فشار میتوان عملیات کنترل دما را با دقت بالا و براحتی انجام داد. همچنین کاهش فشار بخار باعث کاهش میزان فلاش بخار در خروجی مصرف کننده ها و مجدداً افزایش راندمان خواهد شد. اساس کار تمامی شیرهای تقلیل فشار بخار بر پایه عبور جریان از روزنهای با قطر کوچک می باشد
23
انواع شیرهای فشارشکن:
* شیرهای تقلیل فشار با عملکرد مستقیم
*شیرهای تقلیل فشار از نوع پایلوت دار
* شیرهای تقلیل فشار نئوماتیکی
24
شیرهای تقلیل فشار از نوع پایلوت دار
این نوع شیرها در مواردی که کنترل دقیق فشار و یا میزان گذر بخار زیاد مورد نیاز است , استفاده می شوند. ساختار اصلی آنها شامل فنر تنظیم، دیافراگم کمکی , شیر هدایتگر، شیر اصلی و دیافراگم اصلی می باشد
25
شیرهای پایلوت دار دارای مزیتهایی نسبت به شیرهای فشارشکن مستقیم هستند : به منظور تغییر وضعیت شیر اصلی، فقط جریان بسیار کوچکی از بخار لازم است و بنابراین تغییرات بسیار کم فشار پایین دست باعث تغییرات بزرگ در میزان جریان اصلی شده که نشاندهنده حساست بالای شیر می باشد. از طرف دیگر، خروجی این شیرها مستقل از تغییرات فشار بالا دست جریان هستند.
نکته جالب این است که در صورت عدم مصرف بخار در مصرف کننده ها فشار بخار خروجی از این شیرها همچنان به اندازه مورد نظر کاسته می شود
26
شیرهای تقلیل فشار نئوماتیکی
این نوع شیرها با استفاده از قطعات جنبی نظیر اکچوایتور، پوزیشنر و کنترلر، میتوانند دقت بسیار بالایی را در تقلیل فشار فراهم نمایند. میزان فشار جریان پایین دست شیر بوسیله سنسور مخصوصی حس شده و به کنترلر ارسال میگردد. کنترلر این عدد را با میزان از پیش تعریف شده مقایسه کرده و به کمک پوزیشنر، سیگنال نئوماتیکی لازم برای باز و یا بسته شدن شیر را به اکچوایتور شیر ارسال می نمایند
27
انواع شیر از نظر اتصال
شیرهای دنده ای
شیرهای جــوشی
شیرهای فلنچــــی
28
انواع شیر
29
شیرهای دروازه ای ( کــشویی )
شیرهای گلوب ولو ( بشقابی )
شیرهای پروانه ای
شیــرهای توپی ( بال ولــو )
شیرهای سمــاوری ( پلاگ ولو )
شیرهای سوزنی ( نیــدل ولــو )
شیرهای دیافـــراگمی
شیـــرهای یکطـــرفه
شیر کره ای
چون بند آور این نوع از شیر ها کروی شکل است آنها را کره ای می
نامند. شیر کره ای را بیشتر برای تنظیم جریان به کار می برند و
برخلاف شیر کشوئی به هر اندازه که بخواهند آنرا باز و بسته میکنند.
30
شیر توپی
شیرهایی هستندکه با حرکت چرخشی کارمیکنند که در آنها از یک
دیسک کروی چرخان برای
کنترل جریان عبوری استفاده می
شود که این دیسکها برای باز و
بسته کردن جریان مورد استفاده
قرار میگیردکه توان تحمل فشار
تا حدود 1000 بار را داراست
31
شیر سماوری
یک شـیر با حـرکت چرخشـی است که برای باز و بسـته کردن سیـال مورد اسـتفاده قرار میگیرد. وجه تسمیه این شیر از شکل مجـرابند آن است که به صـورت یک توپی میباشد، گرفته شـده است
32
شیر پروانه ای:
می توان گفت که شیر پروانه ای ساده ترین نوع شیرهای دستی است.
33
ساختن و کارگذاشتن آسان آن
اقتصادی بودن آن
بهترین نوع شیر برای جریان های زیاد است
شیرهای سوزنی
شیر سوزنی از گروه شیر کره ای می باشد که بیشتر در زمره ابزار دقیق و به خصوص در مواردی که فشارخیلی زیاد باشد بکار می رود.
34
سیفتی ولــو ( شیر اطمینان ) :
چنانچه رگولاتور به هر دلیلی فشار گاز را کنترل نکند و فشار بالا رود سیفتی به طور اتوماتیک عمل می کند و با تخلیه گاز از بالا رفتن فشار جلو گیری می نماید
35
انتخاب شیر مناسب:
اولین قدم در انتخاب شیر دقت در محل استفاده از شیر و اطلاع از نحوه مصرف بخار می باشد . در بارهای کوچک که دقت بسیار زیادی مورد نظر نیست ، بهترین انتخاب ,شیر فشارشکن با عملکرد مستقیم می باشد. در مصارف بیشتر بخار و بمنظور کنترل بسیار دقیق ، شیرهای فشارشکن از نوع پایلوت دار می توانند از بهترین انتخابها باشند.
اندازه گذاری شیرهای تقلیل فشار بخار براحتی با داشتن میزان گذر بخار عبوری و نیز فشار ورودی و خروجی شیر بوسیله جداول انتخاب موجود جهت انواع شیرها انجام می شود
36
بازیافت انرژی حاصل از فشارشکنی در ایستگاه های تقلیل فشار گاز
در ایستگاه های تقلیل فشار گاز، کاهش فشار گاز در شیرهای فشارشکن انجام میشود که در
این فرآیند تولید انرژی وجود ندارد و مقدار قابل توجهی از انرژی فشاری گازبه
هدر می رود.
نفت و گاز نقش مهمی را در تامین نیازهای انرژی مورد
نیاز در دنیا به خود اختصاص داده اند. استفاده مدرن از انرژی های
تجدیدپذیر و همچنین در تکنولوژی های جدید از قبیل انرژی
خورشید، انرژی زمین گرمائی، نیروی باد و … به سرعت رشد یافته
است. امروزه بیش از نیمی از انرژی جهان به وسیله سوختهای
تجدیدناپذیر فسیلی حاصل میشود. بنابراین شناخت منابع جدید
انرژی و روشهای تولید انرژی نو و همچنین کاهش هدر رفت انرژی
از اهمیت خاصی برخوردار میباشد.
37
همچنین سوختهای فسیلی علاوه بر اینکه برای محیط زیست مضر هستند دارای منابع محدودی نیز میباشند. از طرف دیگر قیمت آنها نیز روز به روز گرانتر میشود. بنابراین طراحی سیستمهای بازیافت انرژی بسیار ضروری به نظر میرسد. استفاده از انرژی فشار گاز در لولههای خط انتقال میتواند یکی از مصادیق بازیافت انرژی باشد که می توان با بکارگیری توربین در مسیر خط لوله گاز از هدر رفت انرژی جلوگیری کرد
38
توربین های انبساطی نقش مهمی را در تولید انرژی می توانند ایفا کنند. این توربینها هم می توانند در مسیر جریانهای گاز با فشار بالا قرار گیرند تا بتوان از آن انرژی الکتریکی حاصل کرد، هم می توان به عنوان سیستمهای سرد کننده استفاده کرد. به طور کلی توربین های انبساطی دستگاه هایی جهت تبدیل انرژی گاز به برق می باشند، این دستگاه های فوق العاده ارزشمند در ایستگاه های تقلیل فشار گاز مورد استفاده قرار می گیرند، در واقع این دستگاه ها جهت جلوگیری از اتلاف انرژی در ایستگاه های تقلیل فشار گاز کاربرد دارد چرا که در گذشته در ایستگاه ها مقدار انرژی که از گاز گرفته می شد تا فشار گاز به فشار دلخواه برسد، توسط رگولاتور صورت می پذیرفت که این خود سبب هدر رفتن انرژی می شد، این دستگاه همین مقدار انرژی لازمه را از گاز گرفته با این تفاوت که توسط یک سیستم دوار آن را به سمت یک ژنراتور برق هدایت می کند و در نهایت این انرژی را به انرژی برق تبدیل می کنند . نصب توربینها میتواند بر اساس دبی و فشار گاز ورودی به هر واحد، متفاوت باشد. به طور معمول در ایستگاههایی که در آن توربین نصب شده است، به موازات هر توربین یک شیر فشارشکن نصب شود.
39
مزایا استفاده از توربین انبساطی به جای شیرهای فشارشکن
1. بازیافت انرژی با تولید انرژی الکتریکی
2. تولید انرژی بدون مصرف سوخت
3. عدم ایجاد آلودگی زیست محیطی
4. در کاهش فشار گاز به وسیله توربین انبساطی، افت دمای معمولاً بیشتری نسبت به کاهش فشار گاز به وسیله فشارشکن حاصل میشود که از این افتها، میتوان در سرمایش بخشهای مختلف صنایع استفاده کرد.
40
آلودگی های صوتی ایستگاه تقلیل فشار
آلودگی صوتی بعد از آلودگی هوا و آب به عنوان سومین خطر بزرگ برای محیط زیست بشر به شمار می رود.
یکی از منابع تولید آلودگی صوتی ایستگاه های تقلیل فشار خطوط گاز رسانی به مراکز مسکونی و صنعتی میباشد.
کاهش فشار گاز در ایستگاه های تقلیل فشار،کاهش چگالی و افزایش سرعت جریان را به همراه دارد. و عبور گاز از مسیر های مختلف سبب ایجاد نوفه می شودو عبور گاز از مسیر های مختلف سبب ایجاد صدا می شود.انتشار صدا از منبع تا محیط مسکونی از مسیر بدنه خط لوله و تجهیزات نصب شده در آن به فضای داخل ایستگاه و سپس دیواره ساختمان ایستگاه و پس از آن محیط اطراف و دیواره ساختمانی مسکونی مجاور به گوش فرد ساکن میرسد.
41
مسایل ایمنی در ایستگاه تقلیل فشار
در طراحی ایستگاههای تقلیل فشار، سیستمهایی نظیر شیرهای ایمنی و شیرهای قطع کنندهی خودکار در نظر گرفته شده اند تا در مواقع غیر عادی این تجهیزات بتوانند ایستگاه را در برابر خطرات ناشی از افزایش فشار محافظت کنند .در اثر عدم کارایی سیستمهای ایمنی اشاره شده ودر صورت افزایش فشار داخلی ایستگاه، احتمال بروز صدمات جبران ناپذیر به این تاسیسات وجود خواهد داشت. لذا این شیرها میبایست بصورت دوره ای و با دقت تحت آزمایش و بازرسی قرار گرفته و عملکرد آنها براساس فشار طراحی تنظیم گردد. فشار عملکرد برای شیرهای اطمینان معمولاً ده درصد بالاتر از فشار تنظیمی در خروجی رگلاتور (شیرهای ایمنی بعد از رگلاتورها قرار دارند) بوده و برای شیرهای قطع کننده ی خودکار نیز معمولاً پانزده درصد بالاتر از فشار عادی کاری (فشارخروجی از رگلاتور) میباشد.
42
اهمیت وجود فیلتر در ایستگاههای تقلیل فشار
از آنجا که احتمال دارد ذرات، ناخالصی، و آلودگی درگاز ورودی به ایستگاه سی جی اس وجود داشته باشد، لذا فیلترها در قسمت ورودی ایستگاه طراحی و نصب میشوند تا از این طریق این ذرات و آلودگیها در ابتدای ورود به ایستگاه از گاز گرفته شود. عدم کارکرد صحیح فیلترها میتواند منجر به بروز مشکلات و به تبع آن حوادث در تاسیسات گردد که مهمترین آن پدیدهی سایش میباشد. بسته به میزان و نوع ذرات ناخالص، روند سایش ممکن است تا آنجا ادامه یابد که در اثر ضعیف کردن دیواره ی لوله ها، به مرور سبب کاهش ضخامت لوله ها و سوراخ شدن آنها گردد که این امر میتواند عامل نشت گاز به فضای اطراف باشد
43
تولید هیدرات در ایستگاههای تقلیل فشار و خطوط انتقال گاز
ایران از جمله کشورهایی است که دارای ذخایر غنی از گاز طبیعی میباشد و یکی از مسائل مربوط به گاز طبیعی، تشکیل هیدرات گازی است که میتواند مشکلاتی را در صنایع نفت و گاز ایجاد کند، هرچند در تحقیقات اخیر از تشکیل هیدرات به عنوان یک مزیت برای استفادههای خاص نام برده شده است اما بروز این پدیده در خطوط لوله انتقال جریان گاز طبیعی و ایستگاههای تقلیل فشار موجب انسداد مسیر و خطرات جدی میگردد
هیدرات گازی یک جامد بلوری است که در آن مولکولهای گاز توسط مولکولهای آب احاطه شدهاند. گازهای زیادی دارای ساختار مناسب برای تشکیل هیدرات هستند؛ از آن جمله میتوان به دیاکسیدکربن، سولفید هیدروژن و هیدروکربنها با تعداد کم کربن اشاره نمود. هیدراتهای گازی که اکثراً در بستر دریاها تشکیل میشوند، غالباً از نوع هیدرات متان میباشند. این ماده که از آن به عنوان "یخ شعله ور" یاد میشود، حاوی مقدار بسیار زیادی گاز متان است و مکان تشکیل آن معمولاً رسوبات کف اقیانوسها و مناطق قطبی همواره منجمد است.
44
پایان
با تشکر از توجه شما عزیزان
45