مهندسی شیمی ایران

مهندسی شیمی ایران

تحلیل تجربی و شبیه‌سازی ناپایداری سرج در توربوکمپرسورهای واحد تبرید پالایشگاه گاز سرخون و قشم: توسعۀ ابزار پایش و تعیین محدودۀ ایمن عملکرد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
یاشا حسن زاده 1
فواد حمزوی 1
علی قبادی 1
امیر رضا رحیمی 1
امید مستغیثی 1
علی سعادت 1
سید امیر ضوی زاده 1
سعید نیازی 2
عبدالحمید انصاری نسب مینابی 3
صمد غفاری 4
1 شرکت ملی گاز ایران، پالایشگاه سرخون و قشم
2 دانشیار مهندسی مکانیک، دانشگاه هرمزگان
3 مربی مهندسی مکانیک، دانشگاه هرمزگان
4 استادیار مهندسی مکانیک، مجتمع آموزش عالی لارستان
10.22034/ijche.2026.552907.1561
چکیده
کاهش خوراک ورودی به پالایشگاه‌ گاز سرخون و قشم منجربه کاهش ظرفیت کمپرسورهای واحد تبرید نسبت‌به شرایط طراحی شده و احتمال بروز ناپایداری‌هایی ازجمله سرج افزایش‌یافته‌است. در این پژوهش، فرایند تبرید پالایشگاه بااستفاده‌از نرم‌افزار Aspen HYSYS و مدل ترمودینامیکی پنگ-رابینسون براساس شرایط عملیاتی شبیه‌سازی‌شد. دقت شبیه‌سازی بااستفاده‌از مجموع مربعات خطا برای دبی، فشار و دما به‌ترتیب برابربا 516/1کیلومول بر ساعت، 0/176 کیلوپاسکال و 2/861درجۀ سلسیوس ارزیابی‌شد. به‌منظور غلبه‌بر محدودیت‌های ناشی از عدم دسترسی به نمودار مشخصۀ کمپرسور، برای نخستین‌بار آزمون‌های عملیاتی در سه سرعت مختلف کمپرسور انجام‌گرفت و شرایط سرج به‌صورت واقعی بررسی‌شد. همچنین، برای پایش پدیدۀ سرج، از سنسورهای ارتعاشی استفاده‌شد تا رفتار دینامیکی کمپرسورها با دقت بیشتری ارزیابی‌شود. سرانجام، داده‌های تجربی و نتایج شبیه‌سازی در قالب یک نرم‌افزار کاربردی مبتنی‌بر اکسل ارائه‌شد که امکان پایش وضعیت عملیاتی کمپرسورها، تصمیم‌گیری سریع و افزایش ایمنی بهره‌برداری را فراهم‌کرد.
کلیدواژه‌ها
سرج
شبیه‌سازی
واحد تبرید
کمپرسور
واحد فرایندی
موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental Investigation and Simulation of Surge Instability in Turbo-Compressors of the Refrigeration Units at Sarkhun and Qeshm Gas Refinery: Development of a Monitoring Tool and Identification of Safe Operating Limits

نویسندگان English

Y. Hasanzade 1
F, Hamzavi 1
A. Ghobadi 1
A. R. Rahimi 1
O. Mostaghisi 1
A. Saadat 1
S. A. Razavizadeh 1
S. Niazi 2
A. Ansarinasab Minabi 3
S. Ghafari 4
1 National Iranian Gas Company(NIGC), Sarkhun and Qeshm gas company(SQGC)
2 Associate Professor of Mechanical Engineering, Hormozgan University
3 Instructor of Mechanical Engineering, Hormozgan University
4 Associate Professor of Mechanical Engineering, Larestan University
چکیده English

The reduction in feed gas supplied to the Sarkhun and Qeshm Gas Refinery caused the refrigeration unit compressors to operate considerably below their design capacity, thereby increasing the risk of process instabilities, particularly compressor surge. In this study, the refrigeration cycle of the refinery was simulated using Aspen HYSYS software in conjunction with the Peng–Robinson thermodynamic equation of state, based on real operating data. Model accuracy was assessed through the sum of squared errors, yielding deviations of 1.516 kmol/h in flow rate, 0.176 kPa in pressure, and 2.861°C in temperature.
To overcome the limitations associated with the unavailability of compressor characteristic curves, operational performance tests were conducted for the first time at three distinct compressor rotational speeds, enabling a realistic evaluation of surge onset conditions. Furthermore, vibration sensors were implemented to continuously monitor dynamic compressor behavior and accurately detect surge events.
The experimental findings and simulation outcomes were subsequently integrated into an Excel-based decision-support tool, enabling real-time operational monitoring, enhancing decision-making efficiency, and improving overall process safety.

[1]        Hanjalic, K., & Stosic, N. (1978). Some aspects of laboratory testing and computer modelling of two-stage compressors with inter and after-cooling. In Proceedings of the IMechE Conference on Design and Operarion of Industrial Compressors (pp. 11-18). IMech E.
[2]        Dong, Q., Song, X., & Liu, H. (2020). Effects of air cavity in dynamic pressure sensors: Experimental validation. Sensors, 20(6), 1759.
[3]        Wang, W., Liu, Y., Hu, D., Li, T., & Lin, Y. (2026). Blade tip-timing based surge prevention method for axial compressors: from warning to frequency identification. Mechanical Systems and Signal Processing, 242, 113590.
[4]        Chen, S., Zuo, S., Wu, Z., & Liu, C. (2022). Comprehensive vibro-acoustic characteristics and mathematical modeling of electric high-speed centrifugal compressor surge for fuel cell vehicles at various compressor speeds. Mechanical Systems and Signal Processing, 178, 109311.
[5]        Hu, C., Zhang, H., & Yang, C. (2026). Experimental Investigation on the Surge Behaviors in the Centrifugal Compressor With Volute. Journal of Turbomachinery, 148(3), 031019.
[6]        Zhao, H., Du, J., Zhang, W., Zhang, H., & Nie, C. (2023). A review on theoretical and numerical research of axial compressor surge. Journal of Thermal Science, 32(1), 254-263.
[7]        Ito, S., Furukawa, M., Gunjishima, S., Usuki, H., Ota, T., & Yamada, K. (2019, June). Experimental Investigation of Surge Phenomena in a Transonic Centrifugal Compressor. In Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air, 58561, V02BT44A013. American Society of Mechanical Engineers.
[8]        Akbarpour, S., & Khosrojerdy, M. J. (2024). “Fault estimation in the combustion chamber and compressor of industrial gas turbines using a multimodel approach”, Iranian Chemical Engineering Journal, 23(134), 54–68, [In Persian]. https://doi.org/10.22034/ijche.2023.392185.1301
[9]        Van Helvoirt, J., & De Jager, B. (2007). Dynamic model including piping acoustics of a centrifugal compression system. Journal of sound and vibration, 302(1-2), 361-378.
[10]      Hassani, V., & Barzamini, R. (2025). Design, experimentation, and simulation of dynamic pressure sensor inserts: Towards reducing oscillations in measurements. Mechanical Systems and Signal Processing, 237, 113140.
[11]      Lou, F., Harrison, H. M., Brown, W. J., & Key, N. L. (2022, June). Investigation of Surge in a Transonic Centrifugal Compressor With Vaned Diffuser: Part 2–Correlation With Subcomponent Characteristics. In Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air (Vol. 86120, p. V10DT37A023). American Society of Mechanical Engineers.
[12]      Lou, F., Harrison, H. M., Brown, W. J., & Key, N. L. (2023). Investigation of surge in a transonic centrifugal compressor with vaned diffuser: Part II—correlation with subcomponent characteristics. Journal of Turbomachinery, 145(5), 051004.
[13]      Zhang, M., Wu, W., & Zhou, C. (2023). Numerical model of predicting surge boundaries in high-speed centrifugal compressors. Aerospace Science and Technology, 141, 108518.
[14]      Zheng, X., & Liu, A. (2015). Phenomenon and mechanism of two-regime-surge in a centrifugal compressor. Journal of Turbomachinery, 137(8).
[15]      Dehner, R., Selamet, A., Keller, P., & Becker, M. (2016). Simulation of deep surge in a turbocharger compression system. Journal of Turbomachinery, 138(11), 111002.
[16]      Gravdahl, J. T., Willems, F., de Jager, B., & Egeland, O. (2000, December). Modeling for surge control of centrifugal compressors: Comparison with experiment. In Proceedings of the 39th IEEE Conference on Decision and Control (Cat. No. 00CH37187), 2, 1341-1346. IEEE.
[17]      Javadi, M., Pahlevanzadeh, H., & Manteqian, M. (2025). Simulation, Energy and Exergy Analysis of Gas Condensate Stabilization Unit. Iranian Chemical Engineering Journal, 24(142), 8-21, [In Persian].doi: 10.22034/ijche.2025.466687.1426
[18]      Siyadat, M., Shahraki, F., Bidar, B., & Sardashti Birjandi, M. R. (2025). Investigation of Effective Factors in Reducing Energy Consumption of Magnesium Carbonate Calcination Process. Iranian Chemical Engineering Journal, 24(142), 79-98, [In Persian]. doi: 10.22034/ijche.2025.491263.1469
مهندسی شیمی ایران
دوره 25، شماره 146
مرداد و شهریور 1405
صفحه 149-167