-هدف و دیدگاه کلی
1-1- مقدمه
با گذشت زمان و پیشرفت تکنولوژی در زمینه نفت و گاز هر روز شاهد هستیم که سیستم های قدیمی که با انواع سوخت فسیلی سنگین مانند مازوت و نفت و گاز کار می کردند دچار تغییر و دگرگونی می شوند. ا مروزه به دلیل مسائل و مشکلات زیست محیطی و آلودگی ناشی از سوخت اینگونه سوخت های فسیلی، پائین بودن راندمان حرارتی، عمر کم تجهیزاتی که در ارتباط با این سوختها هستند و غیر اقتصادی بودن آنها دیده می شود که صاحبان صنایع به فکر جایگزینی این منابع با گروه دیگری از سوخت ها هستند یکی از بهترین جایگزین ها گاز طبیعی است که هم ارزان و در دسترس بوده و علاوه بر آن آلودگی بسیار کمی برای محیط بوجود می آورد.
در ادامه در طی این طراحی هدف تبدیل یک نیروگاه تولید انرژی مازوت سوز به یک نیروگاه تولید انرژی گازسوز می باشد بدیهی است که این نیروگاه در سیکل رانکین کار می کند بنابراین کافی است سیستم تولید انرژی نیروگاه از حالت مازوت سوز به گاز سوز تبدیل شود. این عملیات از خط انتقال سراسری گاز شروع شده و تا مشعل های مربوطه به هر دیگ بخار ادامه دارد.
بدلیل اهمیت طرح و استراتژیک بودن فعالیت یک نیروگاه هیچگاه نباید نیروگاه بر اثر قطع جریان گاز دچار خاموشی شود به همین دلیل طراحی باید به گونه‌ای باشد که هر گونه استرس ناشی از وزن و تنش های حرارتی که ممکن است در هنگام نصب تجهیزات و در زمان عملکرد سیستم بروز کند را تحمل نموده و علاوه بر آن هر گونه دبی ناگهانی و فشار تناوبی را که حداکثر آنها کمتر از شرایط تست است را تحمل کند.
با توجه به مطالب فوق باید برای تعمیرات و نگهداری سیستم مربوطه اقدام لازم را بعمل آورد. این مطلب بیانگر آن است که در دسترس بودن تجهیزات و سایر اجزا که نیاز به تعمیر و نگهدرای و تعویض دارند از اهمیت خاصی برخوردار است این دسترسی شامل دسترسی اپراتور به تجهیزات، دسترسی ماشین آلات حمل و نقل برای تجهیزات سنگین می باشد که باید جاده های مورد نظر به طور کامل در نظر گرفته شود.
برای عملکرد بهینه سیستم و کنترل مناسب نیازمند یک سری تجهیزات ابزار دقیق هستیم که در ادامه به طور مفصل در بخش های جداگانه به هر یک از موارد فوق خواهیم پرداخت.
2-1-منابع و استانداردها
تمامی مراحل طراحی و ساخت و نصب تجهیزات بر طبق استانداردهای زیر صورت گرفته است. در مورد استانداردهای زیر استفاده از آخرین ویراش ضروری است.
· ASME:
Sec. VIII, Div. I: Unfired pressure vessels/ safety valve sizing
Sec. IX: Welding and brazing qualifications
· ANSI:
B 20.1: Piping threads
B 16.5: Steel pipe flanges and flanged fittings
B 16.104: Control valve seat
B 6.16.11: Forged steel fittings, socket welding and threads
B 16.37: Control valve Hydrostatic testing
B 6.16.20: Ring joint gasket and grooves for steel flanges
B 16.10: Dimensions of valve
B 18.2.1 and B.18.2.2: Bolting
B 31.8: Gas transmission and distribution piping system
B 31.3: Pressure piping / Welding.
B 16.34: Valve class/bore
B 16.9: Factory Made Wrought Steel Butt Welding Fittings.
AISC: American Institute of Steel Construction 8th edition
N.I.G.C Specification: No. SAI-M-03 Rev.1
API RP 521: Guide for pressure-Relieving and Depressurizing System.
ASCE 7-93:Building Code Requirements fo MinimumDesign Loads in Building and other Structures.
API: RP-551 ~555 for Instrument & Control systems & 520 for safety valve sizing.
IEEE: 802.3 (TCP/ IP) for Ethernet
ISA: S18.1 (Annunciator / sequence) for alarm system
S 75.01 For control valve sizing
S 75.02 For control valve capacity test
S 75.03 For dimensions of valves
S 75.04 For dimensions of flange valves
S 5.1 For Conventional instrument symbols
S 5.3 For DCS symbols
S 61.1 & S61.2 For process computers
RP 60.8 Electrical guide for control center
MATERIAL
ASTM:
NAMUR: Proximity SW. / Solenoid valve connection
SO-5167 : Differential pressure & DP type flow measurement
BS: 1042: Differential pressure sizing
5308: Safe installation of instrumentation cables
IEC: 61168: PLC/ ESD
61131: PLC/ ESD
61508: Instrumented safety
Explosion Protection
60548: Thermo couple
60751: RTD
337.1: Switch contact rat ivy
60079: Electrical installation & wiring
61131: Logic Diagram
2-اطلاعات فنی
1-2-شرایط محیط :
- دما : حداکثر – حداقل- متوسط (Cْ)55/-10/20
-رطوبت نسبی: حداکثر – متوسط 100%- 69%
-کد زلزله : (براساس کد french) 1,2
-ارتفاع از سطح دریا: نیروگاه در ارتفاعی هم سطح با دریاست
-سرعت باد حداکثر- حداقل 31-2 (M/S)
2-2- اطلاعات مربوط به خط لوله انتقال گاز از خط لوله سراسری به داخل نیروگاه
-دبی حجمی 824/0 Nm3/hr
-فشار عملکرد 8-10 barg
-فشار طراحی 16 barg
- طول تقریبی 600 M
-ترکیبات گاز طریعی و شرایط آن به شرح زیر است:
| Charact. |
MOL % |
| N2 |
6.2 |
| CO2 |
0.34 |
| O2 |
0.1 |
| C1 |
91.27 |
| C2 |
1.26 |
| C3 |
0.33 |
| iC4 |
0.07 |
| nC4 |
0.11 |
| iC5 |
0.05 |
| nC5 |
0.04 |
| C6 |
0.11 |
| C7 |
0.07 |
| C8 |
0.03 |
| C9 |
0.01 |
| C10 |
0.01 |
-توضیحات فنی
1-3-ورودی سیستم
همانطور که گفته شد گاز مورد نیاز از خط لوله سراسری گاز تأمین می شود پس از انشعاب از خط لوله سراسری، گاز وارد سیستم سوخت نیروگاه می شود. برای جداسازی سیستم از خط لوله یک شیر اصلی که وظیفه قطع و وصل جریان گاز را به عهده دارد تعبیه شده است. این شیر به طور خودکار به وسیله سیگنالهایی که دربافت می کند عمل می کند. هر گاه فشار گاز در سیستم بیش از حد بالا یا پائین برود این شیر بطور خودکار قطع می شود در ضمن هر گاه دمای مشعل های دیگ های بخار بسیار بالا رود این شیر به طور خودکار بسته می‌شود.
پس می توان گفت سیگنالهای مورد نیاز از سوی بویلرها و کنترلهای موجود در سیستم تأمین می شود. در ادامه در مبحث کنترل به چگونگی تولید این سیگنالها می پردازیم.
همانطور که کاملاً مشخص است ممکن است این شیر نیاز به تعمیر و تعویض داشته باشد بنابراین باید یک خط Bay pass برای آن در نظر گرفت.
سایز خط ورودی 20 اینچ در نظر گرفته شده است و حداکثر سرعت سیال داخل آن 20 متر بر ثانیه است مشخصات مکانیکی لوله بر اساس ASMEB31.3 و ضخامت جداره برابر با 12.7mm و حداکثر خوردگی ناشی از فرسایش برابر با 3mm ، در فشار طراحی 16barg در نظر گرفته شده است.
به دلیل بزرگ بودن سایز خط لوله و شیرهای موجود شیر اصلی به وسیله موتور الکتریکی باز و بسته می شود که این موتور به وسیله سیگنال دریافتی کار میکند.
برای خروج گاز باقیمانده در لوله ها به هنگام تعمیر و نگهداری از یک خط 2 اینچ که حاوی نیتروژن است استفاده می شود. بعد از خروج گاز از شیر اصلی مسیر به دو خط مساوی 20 اینچ تقسیم شده و بسوی فیلترهای تصفیه گاز می رود قبل از ورود به فیلترها دو شیر اصلی از نوع Ball valve در مسیر تعبیه شده است که برای جداسازی فیلترها از سیستم به منظور تعمیر و تعویض بکار می رود.
به نقشه های زیر رجوع شود.
1- FSP- PR- 1001
2-FSP- PR- 2001
جهت مشاهده اطلاعات طراحی به ضمیمه 1 که شامل گزارش اطلاعات و پردازش آنها که به وسیله نرم افزار hycyc مدل شده است توجه فرمائید.
این نرم افزار که اساس طراحی تمام پالایشگاه ها و سیستم های مربوط به نفت و گاز و پتروشیمی است با مدل کردن واقعی طرح کلیه اطلاعات از قبیل اندازه خط لوله، فشار، ده، سرعت، تبادل انرژی، و …. را در اختیار ما قرار می دهد.
2-3- فیلترهای تصفیه کننده گاز
به دلیل وجود میعان در داخل خط لوله و مایعات موجود در آن همچنین وجود ذرات جامد ناشی از نصب خطوط لوله و گرد و خاک داخل لوله گاز ورودی باید تصفیه شود. این امر به دلیل اینکه این گاز بعداً وارد قسمت تقلیل فشار می شود دارای اهمیت خاصی است چون سیستم تقلیل فشار نسبت به هر گونه جسم جامد و مایع حساس است همچنین در بویلرها نیز وجود ذرات جامد و مایع باعث بروز مشکلات جدی خواهد شد.
پس از خروج گاز از شیر اصلی و وارد شدن آن به فیلترها عملیات زیر صورت می گیرد.
نازل N1 ورودی گاز بر روی فیلترها قرار دارد واین فیلترها به صورت افقی قرار دارند ابتدا گاز وارد مرحله اول فیلتر شده و در آنجا قطرات مایع آن به وسیله اختلاف وزن قطرات مایع از گاز جدا می شود بعد از آن گاز به مرحله بعدی رفته و قطرات مایع در ته فیلتر ته نشین می شود بعد از آن گاز که دارای رطوبت و گرد و خاک است وارد مرحله دوم شده و در آنجا به وسیله نوع خاصی از فیلترهای جدا کننده خشک و عاری از گرد و غبار می شود رطوبت گرفته شده دوباره ته نشین می‌شود و گرد وخاک و ذرات جامد درون فیلتر باقی می ماند بعد از مدت زمان مشخصی فیلترهای مرحله دوم تعویض خواهد شد.
سپس گاز خشک و تصفیه شده از نازل خروجی N2 خارج شده و به سوی ایستگاه اندازه گیری می رود. هر گاه سطح مایعات داخل فیلتر به حد کافی بالا بیاید این مایعات به مخزن ذخیره فرستاده می شود. که در زیر این فیلترها قرا ردارد این کار به وسیله دو سنسور N9A/B انجام می شود که با اندازه گیری سطح مایع و بالا آمدن آن از حد معینی مایعات را به درون منبع ذخیره می فرستد. هر گاه سطح مایعات درون منبع ذخیره بالا بیاید به وسیله دو سنسور دیگر N7A/B که باعث باز شدن دو نازل N6,N5 می شوند مایعات درون منبع تخلیه شده و به سوی واحد تصفیه آب می رود.
برای کنترل فشار داخل این فیلترها مقداری فشار سنج بر روی آن نصب می شود که نازل شماره N8 برای این کار در نظر گرفته شده است.
جهت خروج فشار اصلی درون این فیلترها یک شیر اطمینان که به وسیله فشار باز می شود در نظر گرفته شده است. که هر گاه فشار از حد معینی بالاتر برود به طور خودکار عمل می کند. خروجی این شیر به داخل سیستم FLARE که باعث سوزاندن گازهای مضر است می رود که بعداً توضیح داده خواهد شد. نازل شماره N4 جهت شیر اطمینان تعبیه شده است.
به منظور تخلیه گاز و مایعات درون فیلتر در زمان تعمیر کلیه ورودی ها و خروجی را بسته و مقداری گاز نیتروژن به داخل آن تزریق می کنند که باعث خروج گازها و مایعات باقیمانده می شود. سپس این گاز ها به همراه گاز نیتروژن به وسیله یک شیر کوچک که در خط شیر اطمینان و قبل از آن است خارج می شود این شیر بطور دستی باز و بسته می شود و همانطور که در نقشه ها مشخص است خروجی این شیر نیز به سیستم FLARE است. جهت تزریق نیتروژن از نازل شماره N3 استفاده می شود.
پس از تصفیه گاز و خروج آن از فیلترها، گاز به سوی ایستگاه اندازه گیری دبی فرستاده می شود.
سایز خروجی و فشار خط همچنان ثابت است و تمامی مشخصات مکانیکی ثابت است. بعد از خروجی فیلتر یک شیر قرار دارد که باعث جداسازی فیلتر و بسته شدن مسیر گاز به هنگام تعمیر و تعویض است.
به دلیل اهمیت این فیلترها طراحی آنها بسیار مهم است. درانتها چگونگی طراحی این فیلترها به صورت کامل توضیح داده شده است.
-به نقشه های زیر رجوع شود.
1-FSP- PR- 1001
2-FSP- PR- 2001
3-3-واحد اندازه گیری دبی
پس از خروج گاز از هر فیلتر دو خط دوباره به یک خط تبدیل شده هم چنان دارای سایز ثابت 20 اینچ و فشار عملکرد 8-10BARG و سایر شرایط مکانیکی خط لوله که قبلاً ذکر شد می باشد.
سپس گاز به سوی واحد اندازه گیری دبی می شود تا دبی حجمی آن مشخص گردد. قبل از این مرحله یک سیر برای شیر اطمینان با سایز 3 اینچ در نظر گرفته شده است تا در صورت بروز احتمالی افزایش فشار به واحد اندازه گیری آسیب نرسد طبیعی است که خروجی شیر اطمینان به سیستم FLARE منتقل می شود.
همچنین برای تخلیه گازهای باقیمانده در خط لوله در هنگام بسته بودن دو شیرخروجی فیلترها از یک سیستم تزریق نیتروژن که قبلاً توضیح داده شد استفاده می گردد.