امکان حذف گرم‌کن‌های گازی در ایستگاه‌های ورودی گاز شهری مناطق گرمسیر استان فارس

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 شیراز، دانشگاه صنعتی شیراز

2 شیراز، دانشگاه صنعتی شیراز، بخش مهندسی شیمی

3 عمان، دانشگاه سلطان قابوس

چکیده

در ایستگاه‌های تقلیل فشار برای پیش‌گرمایش گاز طبیعی از گرم‌کن‌های گازسوز و برای کاهش فشار از شیر فشارشکن استفاده می‌شود. پیش گرمایش به این دلیل انجام می‌شود که احتمال تشکیل هیدرات گازی حاصل از کاهش دما در خروجی شیر فشارشکن به حداقل برسد. در این تحقیق علاوه بر بررسی لزوم وجود سامانۀ پیش‌گرمایش در جلوگیری از تشکیل هیدرات گازی در روش متداول کاهش فشار در ایستگاه‌های تقلیل فشار معمول، چهار روش جایگزین در ایستگاه‌های پنج شهرستان گرمسیری استان فارس شامل داراب، لار، لامرد، مهر و فراشبند ارائه و شبیه‌سازی شده است. این روش‌ها عبارت‌اند از: استفاده از توربین انبساطی به جای شیر فشارشکن، استفاده از توربین انبساطی به جای شیر فشار شکن و گرمکن برقی به جای گرمکن گازسوز، استفاده از لولۀ گردابی به جای شیر فشارشکن، استفاده از گرم‌کن مبتنی بر سیکل تبخیر- میعان به جای گرم‌کن گازسوز. متعاقب آن، بار حرارتی و میزان گاز مصرفی مورد نیاز برای پیش گرمایش گاز طبیعی برای روش‌های پیشنهادی و روش متداول مقایسه شده است. همچنین میزان کار تولیدی در روش‌های پیشنهادی که شامل توربین انبساطی است، حساب شده است. روش‌های مبتنی بر توربین انبساطی بیشترین و استفاده از لولۀ گردابی کمترین مقدار بار حرارتی و میزان گاز مصرفی برای پیش‌گرمایش گاز را دارد. گرم‌کن مبتنی بر سیکل تبخیر-میعان به‌دلیل بالاتر بودن بازده حرارتی آن نسبت به گرم‌کن گاز سوز (حمام آب غیر مستقیم)، بار حرارتی کمتری نیاز دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Possibility of Gas Heater Elimination for City-Gate Gas Stations in Hot-Climate Regions of Fars Province

نویسندگان [English]

  • A. R. Jabarpoor 1
  • J. Javanmardi 2
  • M. Roostaei 2
  • Kh. Nasrifar 3
  • P. Parvasi 1
  • F. Alavi 1
  • S. M. Jokar 1
1 Shiraz University of Technology
2 Shiraz University of Technology
3 Sultan Qaboos University
چکیده [English]

In common natural gas pressure reducing stations, gas heaters and throttle valves are used for pre-heating and pressure reducing. The gas heaters are used to prevent the hydrate formation after the station because of temperature reduction. In this work, in addition to study the existence of gas heaters in common stations, four substitute methods are presented and together with the commonly used method are simulated for 5 hot-climate cities in Fars province, i.e., Darab, Lar, Lamerd, Mohr and Farashband. These four methods are comprised of: 1- Use of an expansion turbine in place for the throttle valve, 2- Use of an expansion turbine for pressure reduction and an electric heater instead of the gas-burning heater, 3- Use of a vortex tube for the throttle valve, 4- Use of an evaporation-condensation cycle instead for the gas-burning heater. Heating loads and gas consumption for the commonly used method and suggestive methods are compared. Furthermore, the work gained through the use of the expansion turbine was calculated and reported. The expansion turbine and vortex tube need most and least heating loads and gas consumptions for preheating, respectively. The expansion-condensation cycle need lower heating load because of its higher efficiency in comparison of the direct gas-burning heater

کلیدواژه‌ها [English]

  • City-Gate Gas Stations
  • Throttle Valve
  • Expansion Turbine
  • Electrical Heater
  • Vortex tube
  • CWT Heater

 

[1]        Rami, E. G., Jean-Jacques, B., Bruno, D. and François, M., "Modelling of a pressure regulator", International Journal of Pressure Vessels and Piping, 84(4): pp. 234-243, (2007).
[2]        Herrán-González, A., De La Cruz, J. M., De Andrés-Toro, B. and Risco-Martín, J. L., "Modeling and simulation of a gas distribution pipeline network", Applied Mathematical Modeling, 33(3): pp. 1584-600, (2009).
[3]        Kucerija, Z., "Gas expander based power plant system", Google Patents 5003782, (1991).
[4]     شکوهمند، ح.، رضایی، ا. ع.، "بررسی جای‌گزینی هیترهای خطی و برقی با هیترهای گازسوز در ایستگاه‌های تقلیل فشار گاز و امکان سنجی طراحی و ساخت آن‌ها در داخل"، شرکت ملی گاز ایران، (1388).
 
 
[5]        Poživil, J., "Use of expansion turbines in natural gas pressure reduction stations", Acta Montanistica Slovaca, 9(3): pp. 258-60, (2004).
[6]        Lourenco, J., Millar, M., "Method to pre-heat natural gas at gas pressure reduction stations", U.S Patent 8375717, (2013).
[7]        Tunkel, L., Krasovitski, B., Foster, R. L., "Method of natural gas pressure reduction on the city gate stations", U. S. Patent 5582012, (1996).
[8]        Poshernev, N. V., Khodorkov, I. L., "Experience from the operation of a conical vortex tube with natural gas", Chemical and Petroleum engineering, 39(9): pp. 602-607, (2003).
[9]        Lange, J., "Heat transfer using a heat driven loop", U. S. Patent 7337828, (2008).
[10]      Comakli, K., "Economic and environmental comparison of natural gas fired conventional and condensing combi boilers", Journal of the Energy Institute, 81(4): pp. 242-246, (2008).
[11]      Rashidmardani A., Hamzei M., "Effect of various parameters on indirect fired water bath heaters’ efficiency to reduce energy losses", Science and Engineering Investigations, 2: pp. 17-24, (2013).
[12]      Ashouri E., Veysi F., Shojaeizadeh E., Asadi M., "The minimum gas temperature at the inlet of regulators in natural gas pressure reduction stations (CGS) for energy saving in water bath heaters", Journal of Natural Gas Science and Engineering, 21, pp. 230-40, (2014).
 
[13]      Farzaneh-Gord M., Arabkoohsar A., Dasht-bayaz M. D., Machado L., Koury R., "Energy and exergy analysis of natural gas pressure reduction points equipped with solar heat and controllable heaters", Renewable Energy, 72, pp. 258-270, (2014).
[14]      Neseli M. A., Ozgener O., Ozgener L., "Energy and exergy analysis of electricity generation from natural gas pressure reducing stations", Energy Conversion and Management, 93, pp. 109-120, (2015).
[15]      Borelli D., Devia F., Cascio E. L., Schenone C., "Energy recovery from natural gas pressure reduction stations: Integration with low temperature heat sources", Energy Conversion and Management, 159, pp. 274-283, (2018).
[16]      Olfati M., Bahiraei M., Heidari S., Veysi F., "A comprehensive analysis of energy and exergy characteristics for a natural gas city gate station considering seasonal variations", Energy, 155,
pp. 721-733, (2018).
[17]      Van der Waals, J. H., Platteeuw, J. C., "Clathrate Solutions", Advances in Chemical Physics, 2:
pp.1-57, (1958).