شبیه سازی و تحلیل انرژی و اگزرژی توربین انبساطی جهت کاهش مصرف انرژی ایستگاه های کاهش فشار گاز نیروگاه ها

به دلیل بحران انرژی در سراسر جهان لازم است مصرف آن بهینه سازی شود. یکی از راه های اساسی برای کاهش مصرف انرژی بازیابی آن از انرژی تلف شده است. در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی که در آن مقادیر زیادی اتلاف انرژی رخ می دهد می توان این را اعمال کرد. به عنوان مثال می توان به انتقال گاز زمانی که فشار گاز طبیعی در ایستگاه های تقلیل فشار کاهش می یابد، اشاره کرد. با توجه به تراکم پذیر بودن گاز طبیعی و بر اساس موضوعات اقتصادی، انتقال آن به وسیله خطوط لوله در فشار های بالا انجام می شود. فشار گاز انتقال یافته جهت مصرف در بدو ورود به نقاط مصرف، در ایستگاه های کاهش فشار، کاهش می یابد. فشار گاز طبیعی ارسالی به نیروگاه های گرمایی در ایستگاه های کاهش فشار در چند مرحله شکسته شده تا در نهایت به مقدار مناسب جهت سامانه های احتراق در نیروگاه های گازی و یا دیگ های نیروگاه های بخار برسد. این کار توسط ایستگاه های کاهش فشار و به وسیله شیرهای فشارشکن در طی انبساط آنتالپی ثابت بدون تولید هیچ گونه انرژی صورت می پذیرد. این شکسته شدن فشار، موجب اتلاف انرژی محتوی و برودت گاز می شود. مقدار زیادی از انرژی موجود در خطوط لوله در طی فرایند بازگشت ناپذیر اختناق از دست می رود. طبق قانون ژول-تامسون دمای اکثر گازها در طی فرآیند انبساط کاهش می یابد. می توان از کاهش فشار تولیدی برای تولید توان و یا تبرید استفاده کرد. در این مطالعه، استفاده از توربین انبساطی برای دستیابی به کاهش فشار، و همچنین افزایش بازیافت انرژی پیشنهاد شده است. از جایگزینی توربین انبساطی به جای شیر فشارشکن جهت بازیافت انرژی فشاری گاز در ایستگاه های کاهش فشار استفاده می شود که انرژی بازیافت شده گاز را به کار مکانیکی و یا انرژی الکتریکی تبدیل می کند. با فرض فرایند ایزنتروپیک در توربین انبساطی و استفاده از روابط ترمودینامیک مربوط به آنتالپی، آنتروپی و همچنین قانون اول ترمودینامیک، توان قابل بازیافت را می توان تخمین زد. در این پروژه بر اساس مدل سازی انجام گرفته، یک برنامه رایانه ایی در محیط matlab طراحی و تهیه گردید تا اقدام به شبیه سازی رفتار گاز طبیعی (به عنوان مخلوط چند گاز) در فشار بالا و محاسبه توان الکتریکی تولیدی به وسیله توربین انبساطی و انرژی لازم برای پیش گرمایش به منظور جلوگیری از دو فازی شدن جریان نماید. میزان توان تولیدی توسط سیستم توربین انبساطی را به وسیله شبیه سازی برای محدوده های گوناگونی از فشار و دمای ورودی ارائه گردید. در ادامه طرح بازیافت اگزرژی به هدر رفته گاز طبیعی در ایستگاه کاهش فشار نیروگاه های نکا و شازند اراک با استفاده از توربین های انبساطی بررسی فنی شد و سپس به امکان سنجی فنی، تجزیه و تحلیل اگزرژی چرخه واحد پیشنهادی مبادرت شد. با مقایسه نتایج شبیه سازی توربین های انبساطی نصب شده در نیروگاه های نکا با مشخصات واقعی این توربین ها درصد خطای مدل 1% برآورد شد. نتایج حاصل از شبیه سازی ایستگاه کاهش فشار نیروگاه حرارتی شازند اراک نشان می دهد که امکان نصب واحدی مشتمل بر دو دستگاه توربین انبساطی 9 مگاواتی در این نیروگاه وجود دارد. بر این اساس کل گرمایش مورد نیاز گاز ورودی به توربین ها توسط گرما های به هدر رفته موجود در چرخه اصلی قابل تأمین می باشد. در تجزیه و تحلیل جریان اگزرژی واحد پیشنهادی، راندمان اگزرژی مقدار 75 % برآورد گردید.