مبانی طراحی ایستگاه تقلیل فشار گاز و اندازه گیری گاز -قسمت سوم

در این بخش از مقالات مهام مارکت به بررسی بخش سوم مقاله مبانی طراحی ایستگاه تقلیل فشار گاز و اندازه گیری گاز موضوع شیر آلات ایستگاه تقلیل فشار گاز می پردازیم.

فهرست مطالب

1 طراحی ایستگاه تقلیل فشار گاز

طراحی ایستگاه تقلیل فشار گاز

محاسبات رگولاتور ایستگاه تقلیل فشار گاز :

مهم ترین بخش طراحی ایستگاه تقلیل فشار گاز تعیین اندازه و محاسبات شیر رگولاتور فشار گاز می باشد. تعیین اندازه ی صحیح رگولاتور ایستگاه تقلیل فشار گاز موجب موارد ذیل می گردد:
• کاهش هزینه تعمیرات
• کاهش مشکلات تیم بهره برداری
• کاهش مشکلات مصرف کننده

دو معادله مهم در محاسبه اندازه شیرهای رگولاتور ایستگاه تقلیل فشار گاز مورد استفاده قرار می گیرد:

معادله Universal Gas Sizing Equation: (UGSE)
معادله ISA Sizing Equation : (ISA)

معادله اول بیشتر در صنایع گاز به کار برده می شود و عبارت است از:

در این فرمول:

Q = جریان گاز در شرایط استاندارد (SCFH)

G = دانسیته نسبی گاز G=0.69

Pi = فشار ورودی به رگولاتور بر حسب PSIA

P2 = فشار خروجی از رگولاتور بر حسب PSIA

C1 = ضریب بازیابی شیر Cg/Cv=C1

Cg = ضریب تعیین اندازه شیر که از طرف سازندگان شیر داده می شود.

Cv = ضریب تعیین اندازه شیر در حالت عبور مایع

T = درجه حرارت گاز بر حسب رانکین (460+درجه فارنهایت)

بنابراین جهت محاسبه اندازه شیر لازم است معادله را برای Cg به دست آوریم.

سازندگان شیر طی جدولی اندازه رگولاتورها را بر حسب اینچ در مقابل مقدار Cg بیان می نمایند بنابراین با به دست آوردن مقدار Cg می توان اندازه شیر را به دست آورد.

مثال: مطلوب است اندازه رگولاتور برای مشخصات ذیل :

Q=150000 SCMH =5292000 SCFH

P1 = 1000 PSIG

G = 0.69

T= 60 ºF

نکته: در معادله محاسبه Cg بخش سینوسی معادله در مخرج کسر در حقیقت در صد سرعت گاز را نسبت به سرعت صورت نشان می دهد و اگر سرعت عبور گاز به سرعت صوت (sonic Velocity) برسد. در حداکثر مقدار، تابع سینوسی را برابر یک فرض نمود:

بنابراین سایز رگولاتور ایستگاه تقلیل فشار گاز مطابق جدول 4in می باشد.

نکته : مراحل تعیین اندازه رگولاتور ایستگاه تقلیل فشار گاز را به شرح ذیل می توان بیان نمود:

مقدار Cg را مطابق فرمول براساس مفروضات مساله حساب می کنیم.
Cg به دست را 20 تا 25 درصد افزایش می دهیم.
کالس بدنه رگولاتور را بر اساس حداکثر فشار ورودی ممکن انتخاب می کنیم.
اندازه شیر را بر اساس جدول سازنده با در دست داشتن مقدار Cg به دست می آوریم.
دامنه فشار پایلوت را با توجه به فشار خروجی تعیین می نمایییم.

اندازه گیری جریان گاز( Metering):

اندازه گیری مقدار جریان گاز به دلایل ذیل ضروری است:

به دلیل محدود بودن حجم ذخایر گاز و نیز هزینه بالای استحصال و هدایت و توزیع گاز اندازه گیری میزان مصرف آن در نقاط مختلف از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
تعیین خط مشی تولید و توزیع و برنامه ریزی در مورد گاز بدون اندازه گیری دقیق جریان های مصرف امکان پذیر نمی باشد.
میزان بهای دریافتی گاز از مصرف کنندگان نیازمند برآورد دقیق میزان مصرف و ارائه مستندات دقیق و قابل قبول جهت مصرف کننده می باشد.
دقت اندازه گیری و نهایتاً میزان فروش و بهای دریافتی مسئولین امر را در تعیین خط مشی استخراج و هدایت و نیز برنامه ریزی آینده کمک خواهد نمود.

انواع سیستم های اندازه گیری جریان:

جریان سنج های توربینی (Turbine Gas Meter)
جریان سنج های روزنه ای (Orifice Gas Meter)
جریان سنج های اولتراسونیک (Ultra sonic Gas Meter)

دو مشخصه مهم در کنتورهایی که مورد استفاده قرار می گیرد :

1- Rangeability: نسبت حداکثر دبی عبوری به مینیم دبی عبوری در محدوده خطای تعریف شده گویند.

قابلیت تعیین دامنه اندازه گیری دستگاه را مشخص می نماید .بدین معنی که وقتی گفته می شود Rangeability یک کنتور 1/20 می باشد یعنی این که می تواند 1/20 جریان ماکزیمم خود شیر را با دقت خوبی اندازه گیری نماید. (1/10 و 1/20 برای کنتور توربینی و 1/100 برای کنتور التراسونیک و 1/3 برای منتور اوریفیسی)

2- Accuracy: که به صورت درصد میزان دقت اندازه گیری جریان را نسبت به حد اکثر جریان اندازه گیری کنتور بیان می دارد.

کنتورهای توربینی Tuvbine Gas Meter:

استاندارد شماره IGS-IN-102 در مورد کنتورهای توربینی می باشد.

بررسی مزایا و معایب کنتور توربینی:

الف- مزایا:

۱- دقت بالا: یکی از دقیق ترین و کارا ترین دستگاه های اندازه گیری جریان گاز می باشد.

۲- Rangeability: : نسبت ماکزیمم جریان به منیمم جریان عبوری در محدوده خطای کنتور تعریف شده

۳- از مزایای دیگر این کنتورها عدم نیاز به طول های زیاد لوله قبل از کنتور به منظور موازی کردن جریان گاز هدایت شده به داخل کنتور می باشد.

۴- مقبولیت و به کار گیری در صنایع : دقت بالا کارایی خوب و نیز هزینه های تعمیر و نگهداری معقول

طول های پیشنهادی لوله قبل و بعد از کنتور در حدود 3-5 برابر قطر لوله (5D-3D) می باشد.

ب- معایب :

1.خدمات مکانیکی :

• همراه بودن مایعات و نیز ذرات کوچک با گاز: موجب کاهش عمر قطعات مکانیکی
• عدم دقت در ایجاد شرایط راه اندازی: شوک های جریانی به داخل کنتور
• عدم دقت در حمل ونقل: جلوگیری از وارد آمدن ضربات ناگهانی

• سرعت بیش از حد روتور (Over Speed) صدمات جدی به مکانیزم و محورهای توربین

نکته: امروزه مطابق استانداردهای ساخت جریان سنج ها، قابلیت تحمل جریان کنتورها را تا %20 در نظر می گیرند ولی سازندگان توانسته اند این توان را تا %60 بیش از جریان ماکزیمم افزایش دهند.

2.بهره برداری نامناسب:

• صدمات جدی و کاهش دقت اندازه گیری و نهایتاً کاهش عمر دستگاه گردد.

انتخاب کنتور بر اساس مبانی ذیل خواهد بود:

نوع کنتور
اندازه لوله هدایت گاز
اندازه G (G-rate)
فشار کار ماکزیمم و مینیمم
درجه حرارت سیال ماکزیمم و مینیمم
درجه حرارت محیط ماکزیمم و مینیمم
مشخصات فیزیکی شیمیایی گاز عبوری (به منظور تعیین جنس کنتور از نظر خورندگی و غیره)
کالس استاندارد DIN یا ANSI به منظور تعیین کالس فلنج کنتور
موقعیت نصب: افقی یا عمودی
تجهیزات جانبی نظیر و تصحیح کننده حجم و درجه حرارت (Corrector)

محاسبات کنتور:

الف- محاسبه G-rate:

ب- افت فشار:

در این فرمول:

ΔPr = افت فشار در شرایط استاندارد بر حسب میلی بار.
ΔP = افت فشار در شرایط گاز بر حسب میلی بار.
ρn= دانسیته گاز در شرایط استاندارد.
pb = فشار کار بر حسب bar-g
q = جریان گاز بر حسب m³/hr
Qmax = حداکثر جریان گاز m³/hr
Tb= درجه حرارت بر حسب سانتی گراد

استاندارهای حاکم بر ساخت دستگاه های اندازه گیری جریان:

AGA 3 American Gas Association
AGA 9
API 14.3
ISO 5167
ISO 9951

شیر اطمینان Safety Relief Valve :

عبارت است از شیری که عملکرد آن تابع فشار بالا دست آن بوده و با افزایش فشار نسبت به آن از حد معینی با یک عمل سریع (باز شدن) مقداری از سیال را از لوله یا مخزن خارج می نماید.

عملکرد شیر اطمینان در ایستگاه های گاز به شکلی است که در صورت اختلال در کار اجزاء کاهش دهنده فشار (Regulator) عمل نموده و از ازدیاد فشارخروجی جلوگیری می نماید.
از نظر عملکرد یک شیر اتوماتیک می باشد که جریان فشار بالا دست خود را حس کرده و در صورت افزایش فشار از میزان تنظیم شده عمل نموده مقداری از گاز را از لوله خارج نموده و از افزایش فشار داخل لوله های ایستگاه جلوگیری می نماید.
ده درصد بیشتر از فشار بعد از رگولاتور تنظیم می گردد .(در ایستگاه TBSروی 66 پوند تنظیم می
گردد)

روابط, محاسبات و ملاحظات تعیین اندازه شیر اطمینان:

رابطه مورد استفاده در مورد تعیین اندازه شیر اطمینان رابطه ذیل می باشد:

در این فرمول A عبارت است از سطح مقطع (.R.V) بر حسب اینچ مربع:

A= inch²

T= absolute temperature ºR

Z = Compressibility Factor

C = Nozzle Gas Cons tant

Pa = Inlet Valve pressure PSIA

M = Molcular Weight

Fb = Gas Capacity Correction Factor

Fp= Gas Capacity Correction Factor

شیر اطمینان قطع کننده (.Safety Shut off Valve : S.S.O.V):

درهنگامی که شیر رگولاتور ایستگاه تقلیل فشار گاز عمل ننماید و فشار گاز در بعد از رگولاتور از حد معینی افزایش یابد مسیر جریان گاز را سریعآ قطع می نماید.

مکان نصب .S.S.O.V قبل از دستگاه اندازه گیری جریان و شیر تقلیل فشار می باشد.

در ایستگاه های گاز افزایش فشار به هر دلیلی (عدم عملکرد شیرتقلیل فشار، یا شیر اطمینان و سایر دلایل) فشار بعد از شیرهای تقلیل فشار به هر دلیلی از میزان تعیین شده افزایش یابد جریان گاز را قطع خواهد نمود.

بیست درصد بیشتر از فشار بعد از رگولاتور ایستگاه تقلیل فشار گاز تنظیم می گردد . (در ایستگاه TBSروی 72 پوند تنظیم می گردد)

اجزاء دستگاه عبارتند از:

بدنه شیر که معمولا تشکیل شده است از یک شیر توپی (Ball Valve) یا (Globe Valve) و غیره…

سیستم کنترل

عمل کننده (Actuator ) که معمولا به صورت نیوماتیک (Pneumatic) که با فشار گاز ورودی تغذیه می گردد.

در هنگام سفارش شیر های .s.s.o.v باید موارد ذیل ذکر گردد: