پایان نامه ها

پایان نامه با کلمات کلیدی گاز طبیعی، دینامیکی، ایمن سازی، شبیه سازی

معینی هوا، ارزش حرارتی مطلوبی را نتیجه دهند. در کاربردهایی به منظور اختلاط دیگر سیستم کنترل اسپیندل اتوماتیک اهمیت چندانی نخواهد داشت زیرا این واحدها برای یک نسبت اختلاط ثابت طراحی می شوند. بنابراین تنظیم اولیه صحیح جت کمپرسور گاز با نازل ثابت منجر به عملکرد پایدار پیوسته در زمان های بعدی خواهد شد.
جت کمپرسورهای گاز دارای کاربردهای بسیار زیادی در صنایع گاز هستند که به شرح ذیل می باشد:
مکش گاز از مخازن زیر زمینی و فشرده سازی مخلوط تا فشار خط انتقال با استفاده از گاز طبیعی تحت فشار )مانند فشار چاه(
اختلاط دو نوع گاز طبیعی مختلف با ارزش حرارتی مختلف در نسبتی که یک ارزش حرارتی ویژه ثابت برای شبکه گاز را بدست دهد.
در شرایط پیک در شبکه های گاز در زمان کمبود گاز طبیعی، جت کمپرسورهای گاز، گاز مایع تبخیر شده )پروپان، بوتان و غیره( را بکار گرفته و با مکش هوای اتمسفریک مخلوطی با خواص و شرایط مشابه گاز طبیعی مورد نیاز تولید می نمایند.
پیشرانی گازهای ذخیره شده در مخازن گاز در دبی های بسیار زیادی در محدوده چندین هزار مترمکعب در ساعت .
متراکم سازی گازهای باقیمانده در طول فرآورش گاز طبیعی تا فشار اتمسفریک .
جلوگیری از نشتی گاز از آب بند 9 شفت کمپرسورها در سایت های بهره برداری گاز بوسیله افزایش فشار گاز .
2)الزامات نصب اجکتور گاز
در مورد جت کمپرسورهای گاز، به منظور اجتناب از جریان برگشتی از لوله فشار به داخل مخزن گاز، یک شیر یکطرفه در مسیر ساکشن مورد نیاز می باشد.

3)کنترل سیستم اجکتور گاز
همان گونه که در مباحث گذشته توضیح داده شد، تغییرات زیاد در دبی گازهای ارسالی به فلر و به طور کلی گازهای اتلافی امری متعارف می باشد، و اگر کنترل مناسبی روی آن صورت نپذیرد، فشار مکش در سمت ساکشن اجکتور متغییر خواهد بود. لذا در صورتی که بخواهیم فشار سمت ساکشن اجکتور را در حد مطلوبی ثابت نگه داریم، روش های کنترلی استانداردی به شرح ذیل موجود می باشند:
برگشت دادن جریان گاز از سمت تخلیه اجکتور گاز به داخل قسمت ساکشن
اضافه کردن یک سیستم یکپارچه تنظیم گاز پرفشار که مقدار مصرف سیال محرک را تغییر می دهد )شکل 27 را ببینید(.

شکل 27 – نمونه ای از یک سیستم یکپارچه تنظیم گاز پرفشار نصب شده بر روی اجکتور گازی[62]
4-1-4- سیستم بازیابی اجکتوری توسعه داده شده
در شکل 28طرح شماتیکی از این واحد ارائه شده است.
در این اجکتور، گاز طبیعی پر فشار ورودی از شبکه سراسری به عنوان سیا ل محرک با گازهای ارسالی به فلر مخلوط می گردد تا ترکیب گاز مخلوط شده ی حاصل )عدد متان مخلوط گازی( به حدی برسد که جهت مصارف ثانویه در فرآیندهای واحد و تصفیه و جداسازی بکار گرفته شود. همچنین در این اجکتور، گاز طبیعی به عنوان سیال پرفشار محرک عمل نموده و فشار لازم را به گاز فلر می دهد تا گاز مخلوط شده حاصل دارای فشاری در محدوده قابل قبول جهت مصارف ثانویه گردد.در واقع گاز طبیعی مخلوط شده عامل کنترل کننده فشار در گاز بازیابی شده از خط فلر خواهد بود.

شکل 28 – طرح شماتیک واحد بازیابی گاز فلر توسعه داده شده مبتنی بر سیستم جت کمپرسور گاز
با توجه به اینکه اجرای این طرح موجب تغییر در فشار شبکه گاز فلر پالایشگاه می گردد، تمهیدات ذیل جهت ایمن سازی شبکه فلر باید مد نظر قرار گیرند.
در نظر گرفتن مسیر برگشتی گاز با سیستم کنترل مناسب جهت تنظیم فشار مکش )روی مسیر فلر(.
در نظر گرفتن شیر اطمینان مناسب که عملکرد آن تثبیت فشار شبکه فلر پالایشگاه بوده و در صورت کاهش فشار شبکه، از سیستم پرفشار موجود فشار مورد نیاز فلر را تامین نماید.
افزایش ارتفاع سطح آب مخازن آب بند آبی جهت افزایش ضریب ایمنی شبکه مشعل .
در نظر گرفتن مخزن ذخیره تنظیم کننده جهت کاهش نوسانات فشار شبکه مشعل و افزایش بازیافت گازهای مشعل در صورت لزوم.
در ادامه این فصل، به بررسی، استخراج روابط و مدل های مناسب و شبیه سازی فرآیندی جهت تحلیل عملکرد و طراحی سیستم جت کمپرسور گاز مذکور پرداخته شده است.

4-2- محاسبات طراحی اجکتورها
4-2-1- ساختار اجکتور )منحنی های تجربی(
جهت تعیین مشخصات اجکتورها، ابتدا بایستی میزان بار و نوع اجکتور و تعداد مراحل مورد نیاز جهت رسیدن به میزان خلاء یا فشار خروجی مورد نیاز تعیین گردد. جهت طراحی اجکتور می بایست سایز نازل سیال محرک، طول دیفیوزر و قطر گلوگاه آن محاسبه گردد. تعیین دقیق این پارامترها با توجه به فشارهای ورودی سیال محرک و سیال ساکشن، فشار خروجی سیال مخلوط، نسبت گرماهای ویژه، وزن های مولکولی، دمای سیال ساکشن و سیال محرک و دبی جرمی سیال ها انجام می پذیرد. بطور مثال چنانچه طول دیفیوزر کمتر از مقدار صحیح آن محاسبه شود، در قسمت واگرای دیفیوزر و در نزدیک دیواره، پدیده جدایش ایجاد می گردد. رخ دادن پدیده جدایش، سبب می گردد، مقدار کمتری از سیال ساکشن مکش شود و در نتیجه اجکتور، ظرفیتی کمتر از حالت طراحی خود ارائه خواهد داد.
تعیین ابعاد نازل و شیپورک که نقش اساسی را در عملکرد اجکتور دارد با استفاده از معادلات ترمودیناکی قابل محاسبه می باشد، که مبنای محاسبات نیز ایجاد شرایطی است که در گلوگاه شیپورک سرعت سیال برابر سرعت صوت در مخلوط گازی موجود )ماخ برابر یک( باشد[64] .از سوی دیگر تعیین سرعت صوت در مخلوط گازی یا دو فازی ایجاد شده همواره با خطاهای محاسباتی ناشی از عدم دقت تئوری اختلاط همراه است که باعث می گردد مقادیر بدس
ت آمده با شرایط عملی اختلاف فاحشی داشته باشد. جهت رفع این مشکل به منظور انجام محاسبه های لازم برای اجکتور، باید از روش ها و معادلات تجربی استفاده نمود. لذا از منحنی های تجربی که در دهه 1940 و 1950 تهیه شده، استفاده می شود که با توجه به فشار ساکشن یا در واقع خلاء مورد نیاز، فشار خروجی و فشار سیال محرک، مقدار بهینه نسبت سطح مقطع دیفیوزر و نازل را جهت طراحی اولیه می دهد. پس از برر سی روش های مختلف،منحنی ارائه شده در شکل 29 انطباق نسبتاً خوبی با داده های عملی دارد. این منحنی برای تعیین نسبت سطح مقطع دیفیوزر و نازل اجکتور، تا نسبت های تراکم 10 و تا نسبت سطوح 100 بکار می رود[65] .

شکل 29 – منحنی طراحی تجربی بهینه برای اجکتورهای تک مرحله ای[66]
4-2-2- تعیین نسبت سطح مقطع دیفیوزر و نازل
جهت طراحی و نیز تعیین وضعیت کارکرد اجکتور موردنظر می توان از دستورالعمل ذیل جهت تعیین ابعاد نازل و شیپورک استفاده نمود.

شکل 30 – طرح شماتیک مشخصات طراحی و تعیین وضعیت کارکرد اجکتور

مطابق شکل 30 ، درصورتیکه W_a و P_a به ترتیب دبی جرمی و فشار سیال محرک و W_b و P_b دبی جرمی و فشار مکش و D_n و D_D نیز قطر نازل و شیپورک و P_3 فشار خروجی باشد، مراحل طراحی به شرح ذیل می باشند:
1)نسبت P_3/P_b و P_a/P_b با استفاده از شرایط عملیاتی موجود محاسبه و سپس در سمت راست نمودار شکل 35 با توجه به میزان نسبت K = C_p/C_r ، میزان A_D/A_n که نسبت سطح مقطع شیپورک به سطح مقطع نازل است بدست می آید.
2)سپس در سمت چپ نمودار با داشتن نسبت A_D/A_n و P_b/P_a در k قبلی میزان ω = W_b/W_a خوانده می شود.
3)با داشتن میزان سیال مکشW_b می توان میزان سیال محرکW_a مورد نیاز را بدست آورد.
4)با داشتن میزان سیال محرک W_a و افت فشار سیال محرک در اجکتور ( P_a-P_3)اندازه قطر نازلD_n با استفاده از معادله برنولی قابل محاسبه است.
5)با داشتنD_n و نسبت A_D/A_n قطر شیپورک نیز قابل محاسبه خواهد بود. [65]
برای مثال فرض کنید می خواهیم گاز فلری با فشارlbf/〖in〗^2 2.94 را با جریان گازی طبیعی که دارای فشارlbf/〖in〗^2 100 است، بوسیله یک اجکتور مکش کرده طوریکه در نهایت فشار خروجی بهlbf/〖in〗^2 14.7 برسد. بدین ترتیب P_3/P_b =5.0 (نسبت فشار سیال خروجی به فشار ساکشن یا همان نسبت تراکم( وP_b/P_a =0.029 ( نسبت فشار سیال ساکشن به فشار سیال محرک( می باشد. از تقاطع این دو نقطه بر روی نمودار، مقدار بهینه نسبت سطح ها، بین منحنی های 10 و 15 بدست می آید که می توان مقدار تقریبی 12 را برای آن ذکرکرد. بصورت افقی حرکت کرده تا به منحنی 12 در سمت چپ شکل برسیم.
با تقاطع این نقطه و محور افقی، مقدار W_b/W_a به صورت تقریبی 0.15 بدست می آید. بدین معنا که هر پوند گاز فلر قادر است 0.15 پوند گاز فلر را مکش نموده و به فشار مطلوب برساند.
ω یکی از پارامترهای مهم اجکتور بوده و بصورت نسبت دبی سیال مکش شده به دبی سیال محرک تعریف می گردد. در واقع بهترین اجکتور، اجکتوریست که با توجه به نوع سیال های مورد استفاده و شرایط ترمودینامیکی آنها، بیشترین مقدار ω را ایجاد کند و هدف اصلی در طراحی بهینه اجکتور، حداکثر کردن این مقدار به ازای ثابت ماندن سایر شرایط می باشد.
البته عدد حاصل با فرض اینکه نسبت وزن مولکولی سیال محرک و ساکشن برابر یک بوده و دمای این دو سیال نیز برابر باشد، بدست آمده است. لذا با استفاده از فرمول زیر، عدد بدست آمده را می بایست تصحیح نمود.
)4-3) ω/ω_a = ω/ω_b √((T_oa M_b)/(T_ob M_a ))
که در اینجا: M_b وزن مولکولی سیال ساکشن، M_aوزن مولکولی سیال محرک، T_obدمای سیال ساکشن و T_oaدمای سیال محرک می باشند[67] .

4-3- تحلیل و پیش بینی عملکرد اجکتورها
همانطور که پیش تر توضیح داده شد، در عمل، روش هایی جهت طراحی اجکتورها در واحدهای پتروشیمیایی و پالایشگاه های نفت به کار می روند که مبنای آنها استفاده از نوموگرام های برقرار کننده رابطه میان ضریب تخلیه و درجه انبساط گاز محرک و درجه تراکم گاز متحرک می باشند[68] . این منحنی ها بر اساس شرایط ورودی و فشار خروجی یا خلاء مورد نیاز و پارامترهای دیگر، اطلاعات کلی از اجکتور را ارائه می دهند. این روش ها توصیه می کنند که در طراحی اجکتور برای تخلیه و متراکم سازی گازها، دبی محاسبه شده برای یک گاز فشار بالا توسط اعمال ثابت هایی افزایش داده شود. این موضوع اغلب اوقات منجر به افزایش بی دلیل در هزینه فرآیند یا انتخاب ابعاد طراحی دور از شرایط بهینه برای اجکتور می گردد[68] .بعلاوه، بسیاری از مواقع، مانند کاربرد سیستم اجکتوری در بازیابی گازهای فلر، لازم است که اجکتورهایی را طراحی کنیم که با جریان های بخار و گاز دارای محدوده بسیار وسیع از خواص ترموفیزیکی، از هیدروژن گرفته تا بخارهای سنگین حاصل از تقطیر نفت خام، کار می کنند.
با توجه به حساسیت فوق العاده جریان نسبت به مشخصات هندسی، این اطلاعات برای طراحی و ساخت اجکتور کافی نمی باشند. در تشریح این روش ها، هیچگونه مرجعی وجود ندارد که بیانگر آن باشد که این روابط چگونه ساخته شده اند. به همین دلیل امکان ارزیابی صحت استفاده از آن برای سیستمهای دارای خواص ترموفیزیکی متفاوت با مخلوط های گازی مختلف، وجود ندارد. در این بخش سعی بر این است که با استفاده از حل معادله های حاکم بر جریان داخل هندسه اجکتور، درک بهتری از رفتار جریان بدست آید.
در مرحله اول این بخش تئوری نظری مکانیزم عملکرد اجکتورها، مفاهیم پایه و معادلات حاکم آئرودینامیکی معرفی خواهند
شد. در ادامه روابط مدل های اجکتور فشار- ثابت و مدل اجکتور سطح مقطع- ثابت با جزئیات دقیق بیان شده اند. فرآیند کلی طراحی اجکتور گاز و مراحل آن با استفاده از مدل های یک بعدی بحث شده است و برنامه کامپیوتری توسعه داده شده با مدل های تحلیلی یک بعدی جامع برای طراحی اجکتور، به صورت مختصر معرفی شده است.

4-3-1- تئوری نظری و معادلات حاکم بر جریان سیال و نازل ها
تمامی تحلیل های یک بعدی جریان های گازی تراکم پذیر در اجکتور بوسیله کاربرد معادلات بقای جرم، مومنتم و انرژی و همچنین قانون گاز ایده آل انجام می پذیرد. برای جریان تراکم پذیر، پارامتر بی بعد مهمی به نام عدد ماخ ، معمولا برای معرفی سرعت بکار برده می شود. انبساط ایزنتروپیک فرض مهمی در استخراج معادلات می باشد، گرچه برخی از محققین، ضرایب تلفاتی را که

دیدگاهتان را بنویسید