مقاله مبانی طراحی ایستگاههای تقویت فشار گاز

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 مقاله مبانی طراحی ایستگاههای تقویت فشار گاز دارای ۱۷۰ صفحه می باشد و دارای تنظیمات و فهرست کامل در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله مبانی طراحی ایستگاههای تقویت فشار گاز  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : توضیحات زیر بخشی از متن اصلی می باشد که بدون قالب و فرمت بندی کپی شده است

بخشی از فهرست مطالب پروژه مقاله مبانی طراحی ایستگاههای تقویت فشار گاز

فصل اول : خنک کننده ها و تراکم گاز
مقدمه
انواع کمپرسور
محرک های کمپرسور
سیستم مکش هوا
کمپرسور
Diffuser
محفظه احتراق
توربین
Free Power Turbine
ابزار دقیق وکنترل
سیستم های کمکی
شکل بندی ایستگاه کمپرسور
متراکم کردن گاز تحت فرآیند هم دما
تراکم پلی تروپیک و ایزونتروپیک
کار- هم دما وتراکم گاز
تغییرات دما در تراکم ادیا باتیک گاز
هد کمپرسور و قدرت آن
تراکم پلی تروپیک گاز
توان ( نمای) پلی تروپیک گاز و بازده پلی تروپیک
قدرت در فرآیند پلی تروپیک
سری کردن کمپرسورهای گاز
تئوری معادلات نسبت تراکم حاکم بر سری کمپرسورها
تأثیر افت فشار اینترکولر بر روی سیستم
قوانین یکسان سازی نسبت تراکم برای بیش از دو کمپرسور
تاثیر افت های محدوده ایستگاه بر نسبت تراکم کمپرسورهای رفت و برگشتی و
گریز از مرکز
قدرت کمپرسور گریز از مرکز
قدرت ترمزی
هد کمپرسور و GHP
تنظیمات ارتفاع ( از سطح دریا)
سرعت چرخش در کمپرسور گازی گریز از مرکز
روابط بین دبی، هد و توان و سرعت دورانی از کمپرسورهای گازی شعاعی
جداول آنتالپی و انتروپی (دیاگرام مویر)
منحنی کارایی کمپرسور شعاعی
منحنی‌های مشخصه برای کمپرسورهای شعاعی گاز
Surge در کمپرسورهای گاز دینامیکی ( شعاعی، محوری)
اثر مقاومت خط لوله در کارایی کمپرسور شعاعی
تاثیر تغییرات پارامترهای گاز در کارایی کمپرسور
کمپرسورهای رفت و برگشتی
خنک کن های گازی
مبدل ‌های حرارتی هوا- خنک کن
معادلات انتقال حرارت خنک کن
دبی جرمی جریان هوای فن
افت فشار گاز در خنک کن ها
روش تکرار برای خنک کردن گاز با Variable Speed Drives بوسیله مشخص کردن
دمای خروجی گاز
فصل دوم : طراحی مکانیکی خط لوله
مقدمه
کدها و استانداردها
روابط طراحی خط لوله
انبساط و انعطاف پذیری
لوله های گیردار
لوله های unrestraind
طراحی حلقه انبساط
Anchoring & Support
فاصله نگهدارنده
طراحی اتصالات برای لوله ها با ضخامت جداره نابرابر
لوله هایی که در معرض تنش شعاعی بالا هستند
اتصالاتی که در معرض تنش پایین تری قرار دارند
طراحی انشعابات
خط راهنمای صوتی
فشار ضربانی مجاز
نیروهای تکان دهنده صوتی مجاز
خطای اندازه گیری مجاز ضربان
افت فشار مجاز
عکس العمل خاک
نقش های ایجاد شده در هنگام Lowering
نشت مجاز – روشن ساده
آنالیز دیفرانسیلی نشست
فصل سوم
نمونه عملی، ایستگاه تقویت فشار گاز و هوا
شرایط طراحی
دمای طراحی
معیارهای اندازه گذاری خط
تجهیزات
انتخاب شیرهای Manual
Vent
سیستم کنترل ایستگاه

بخشی از منابع و مراجع پروژه مقاله مبانی طراحی ایستگاههای تقویت فشار گاز

[۱]: Mohitpour. M and Golshan.H and Murroy.A , “Pipeline Design  Construction”, New York, ASME*Press,

[۲]: Van Wylen and Sontag. R and Borgnakke.C,” Fundumentals of Classical Thermodynamics”, Jhon Wiley & Sons, Inc, Fourth Edition

[۳]: رابرت ان. مادوکس، تصفیه و فرآوری گاز، جلد سوم. مترجم : دکتر محمد مشفقیان، ا انتشارات دانشگاه شیراز، ۱۳۷۱

مقدمه

در لوله های انتقال گاز برای غلبه بر افت فشار ناشی از طول لوله از متراکم کردن گاز استفاده می شود. گاز به طور معمول بوسیله لوله از یک نقطه به ایستگاههای فروش انتقال می یابد تا در فشار و جریان معین به فروش برسد. در بین این دو نقطه بدلیل انبساط گاز، افت های اصطکاکی، تغییر در تراز انرژی یا تغییر در دمای گاز افت فشار اتفاق می افتد. تغییر جریان منجر به تغییر فشار در خط لوله می شود. روش های زیر برای رسیدن به فشار موردنظر در نقطه تحویل زمانی که دبی جریان بیشتر از شرایط طراحی می باشد مورد استفاده قرار می گیرد
-Loop کردن خط لوله
-اضافه کردن ایستگاه تراکم
-به کار بردن همزمان حلقه و تراکم
به صرفه بودن و عملی بودن این روشها شامل فاکتورهای زیادی از قبیل
-سرمایه اولیه
-قیمت سوخت
-صدور یا فروش
-تعمیر و نگهداری
-توسعه در آینده

انواع کمپرسورها

کمپرسورها به سه گروه بزرگ زیر تقسیم می شوند
۱- positive displacment
۲- دینامیک
۳- انژکتوری
کمپرسورهای positive displacment یا جریان مقطعی مقداری از گاز را در حجم بسته به دام می اندازند. با کم کردن حجم گاز ، فشار گاز را افزایش داده و آنرا در نقطه خروجی تحویل می دهند
positive displacment به دو نوع متمایز تقسیم می شوند
کمپرسور رفت و برگشتی – کمپرسور دورانی
در کمپرسورهای رفت و برگشتی یک پیستون درون سیلندر حجم گاز را کاهش می دهد. در سیلندر برای مستقیم کردن جریان گاز و جلوگیری از جریان های بازگشتی به شیر احتیاج است
در کمپرسورهای دورانی روتورها به تیغه ها یا lobes مجهز شده اند . آنها گاز را بین یک حجم ثابت و متغیر که در بیرون احتیاج است به تله می اندازند. زمانی که روتور
می چرخد گاز از ورودی به خروجی حرکت می کند در این نوع از کمپرسور به شیرها احتیاجی نیست و بطور معمول برای متراکم کردن هوا در نیروگاهها استفاده می شود
کمپرسورهای جریان متناوب یا دینامیک، فشار گاز را با استفاده از نیروی اینرسی افزایش می دهند. سرعت گاز را افزایش داده و انرژی را به فشار تبدیل می کنند
کمپرسورهای دینامیکی نیز به دو گروه عمده تقسیم می شوند
کمپرسورهای گریز از مرکز و کمپرسورهای محوری
در کمپرسورهای گریز از مرکز بوسیله چرخش تیغه های پروانه سرعت به گاز اضافه می شود. نیروی گریز از مرکز مولکولهای گاز را به خارج فشار می دهد و موجب افزایش شعاع چرخش در نتیجه افزایش سرعت مماسی مولکولهای گاز می شود
افزایش در سرعت و شتاب موجب فعال شدن نیروی اینرسی می شود که بر روی مولکولهای گاز عمل کرده و منجر به متراکم شدن آنها می شود. قسمتی از فشار در پروانه و قسمتی دیگر در دیفیوزرهای شعاعی محاط بر پروانه بازیافت می شود
در کمپرسورهای محوری چرخش روتور انرژی را به جریان گاز در حین متراکم کردن انتقال می دهد. در این نوع از کمپرسور جریان گاز موازی شفت است
کمپرسور انژکتوری از انرژی جنبشی یک جریان از سیال برای متراکم کردن سیالی دیگر استفاده می کند. این نوع از کمپرسورها در سیستم انتقال گاز طبیعی استفاده نمی شوند. از اینرو کمپرسورهای positive displacment و دینامیکی مورد بررسی قرار می گیرند

(شکل ۱-۱)

(شکل ۱-۲)

محرک های کمپرسور (compressor Drivers)

کمپرسورها معمولاً به یک ماشین دیگر کوپل می شوند تا شفت به حرکت درآید. ماشین‌های زیر مهمترین محرک های کمپرسور هستند
-توربین گازی
-موتورهای الکتریکی
-توربین های بخار
-Turbo expander
توربین های گازی رایج ترین نوع محرک است که در فضائی بیرونی استفاده می شود. این توربین ها معمولاً محرک مخصوص کمپرسورهای گازی گریز از مرکز هستند
در توربین های گازی قدرت توربین به شفت کمپرسور خط لوله داده می شود. توربین های گازی نسبتاً فشرده هستند و دارای قدرت بالا به نسبت وزن آنها. آنها بسیار مناسب برای ایجاد سرعت ها بالا در کمپرسورهای گریز از مرکز هستند. آنها در بازه وسیعی عمل می کنند تا با بازه کمپرسور هماهنگ شوند. این بازه بین ۶۰-۱۰۵% نرخ سرعت کمپرسور می باشد
توربین های گازی برای کاربردهای مکانیکی شامل دو مجموعه اصلی استفاده می شوند: Free Power Turbine , Gas Generator Gas Generotor . و محفظه احتراق، توربن گازی، گازهای داغ خروجی تولید می کند. Free power turbine به صورت آیرودینامیک به Gas Generator کوپل می شود و در طی فرایند انبساط از گازهای داغ برای تولید قدرت در شفت استفاده می شود. در فرایند تولید قدرت هوا به وسیله کمپرسور جریان محوری چند طبقه به درون ورودی کشیده می شود.زمانی که هوا از کمپرسور عبور می کند دما و فشار آن افزایش می یابد. هوای فشرده با سوخت مخلوط شده و به قسمت احتراق تزریق شده و مشتعل می گردد در نتیجه گازهای احتراقی با دمای بالا و فشار بالا از توربین فشار بالا عبور می کند. چرخش توربین انرژی را از گازهای احتراقی می گیرد. توربین فشار بالا مستقیماً به کمپرسور متصل شده و کمپرسور جریان محوری را به حرکت در می آورد
انرژی باقیمانده در گازهای خروجی free power turbine را به حرکت در می آورند که قدرت شفت را برای حرکت کمپرسور خط لوله تولید می کند. از کل انرژی تولید شده بوسیله Gas Generator به طور معمول کمپرسور هوا دو سوم انرژی را مصرف می کند و تنها یک سوم آن به کمپرسور خط لوله تحویل داده می شود
Gas Generator معمولاً به دو نوع صنعتی و aeroderivative طبقه بندی می شود
آنها سبک وزن- فشرده و دارای بازده حرارتی بالا هستند. موتورهای هواپیما معمولاً برای مصارف صنعتی هستند
نوع صنعتی توربین های گازی موتورهای سنگین تری با بازده حرارتی پایین تر و اما عمر بیشتر هستند
شکل ۱-۳ طرحی از توربینی دو شفت که کمپرسور را به حرکت درمی آورد نمایش
می دهد
(شکل ۱-۳)
مراحل زیر شرح توربین گازی می باشد که با سیستم مکش هوا شروع می شود. آنها به ترتیب عبور جریان هوا مرتب شده اند
-سیستم مکش هوا
-کمپرسور
-دیفیوزر
-محفظه احتراق
-توربین
-Free power Turbine
-وسایل ابزار دقیق و کنترل
-سیستم های کمکی
سیستم مکش هوا
سیستم مکش هوا شامل فیلتر و مجرای ورودی، bellmouth ورودی، پره های هادی ورودی می‌باشد. سیستم فیلتر از نوع puls- air و self- cleaning است. سری دوم فیلترها معمولاً در سیستم فیلتر اصلی به صورت سری قرار می گیرند. جریان پائین دست فیلترها در محدوده بزرگتر معمولاً نوعی از منحرف کننده جریان سیال است که برای کاهش تلاطم و اغتشاش استفاده می شود. جریان هوای مستقیم شده وارد توربین می شود با عبور از ورودی “bellmouth” جایی که هوا شتاب می گیرد. سپس هوا با گذر از ورودی تیغه های راهنما به سمت کمپرسور جریان محوری با زاویه بهینه جهت می گیرد. ورودی تیغه های راهنمای متغیر گاهی برای بهبود کاربرد در حالت off- design جریان هوا استفاده می شوند. سیستم ورودی معمولاً شامل سیستم شستشو با آب برای شستن و پاک کردن از هر گونه build up در تیغه های کمپرسور محوری و در بعضی از موارد به سیستم ضد یخ نیز مجهز می شود. مبدلهای حرارتی با نازلهای هوای داغ در سیستم ورودی هوا واقع می شوند تا از یخ زدگی دو شرایط سخت جلوگیری کنند

کمپرسور (Compressor Section)

متراکم کردن اولین مرحله از سیکل توربین گازی است. متراکم کردن در کمپرسور جریان محوری اتفاق می افتد که بعد از پایین دست ورودی تیغه های راهنما واقع شده و شامل طبقات چند گانه از تیغه های آیرودینامیکی است که به دیسک های چرخان متصل است. بین هر طبقه از دیسک های چرخان یک استاتور نصب شده است. استاتور شامل پره های ثابت است که جریان هوا را برای طبقه بعدی در زاویه مناسب جهت می دهد. بعضی از توربین های گازی شامل یک سری پره های متغیر استاتور است که جریان را برای جلوگیری از قفل کردن تیغه ها و ایجاد surge در کمپرسور بهینه می کند. تعداد طبقات با توجه به نوع توربین گازی و قدرت آن می تواند تغییر کند
تیغه های کمپرسور انرژی را برای افزایش فشار به هوا منتقل می کنند. برای این کار تیغه ها باید در سرعت بالا بچرخند. از این رو تیغه ها باید وزن سبکی داشته باشند تا نیروی گریز از مرکز در دیسک کمپرسور مینیمم شود. مقاومت بالا در مقابل خستگی و مقاومت در برابر سایش و خوردگی از خواص مهم ماده سازنده تیغه است. تیغه های ثابت که جریان هوا را پخش می کنند و منجر به افزایش فشار می شوند، مجموعه استاتور نامیده می شوند. این تیغه ها جریان را برای مجموعه تیغه های چرخان بعدی در زاویه بهینه جهت می دهند

Diffuser

دیفیوزر در پائین دست کمپرسور محوری واقع شده است. زمانی که هوا در دیفیوزر جریان پیدا می کند منبسط می شود در نتیجه سرعت آن کاهش می یابد.سپس هوا وارد محفظه احتراق می شود
محفظه احتراق (Combustion section)
محفظه احتراق بعد از قسمت کمپرسور محوری قرار گرفته است. فرایند احتراق انرژی حرارتی را به هوای توربین گازی اضافه می کند. این گرما باید به سیکل توربین گازی اضافه شود تا انرژی را برای به حرکت درآوردن Free Power Turbine فراهم کند و همچنین کمپرسور خط لوله. گرما از احتراق مخلوط هوا و گاز طبیعی که در محفظه احتراق مشتعل می شود تولید می شود. احتراق اولیه ۲۰% از جریان هوای کمپرسور محوری را استفاده می کند. سی درصد از هوای کمپرسور به محفظه احتراق داده
می شود برای احتراق ثانویه تا نسبت بهینه سوخت- هوا برای احتراق مناسب بدست آید. هوای باقیمانده با محصولات احتراق مخلوط می شود تا آنها را خنک کند. خنک کاری کافی باید انجام شود تا از گرم شدن بیش از اندازه نازل توربین و تیغه ها جلوگیری کند. مواد بدنه محفظه احتراق باید دربرابر حرارت بالا به شدت مقاوم باشند
دمای بهینه باید مشخص شود تا تولید آلودگی ها نظیر اکسید نیتروژن (NOx) و منوکسید کربن (CO) را کنترل کند و کاهش دهد. دمای احتراق بالا منجر به تولید (NOx) و دمای پایین منجربه تولید حجم زیادی از (CO) و هیدروکربنهای نسوخته می شود