مهندسی گاز ایران

شبیه‌سازی انتقال گاز طبیعی توسط خط لوله در شرایط دوفازی و فوق بحرانی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

2 استاد، گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

3 دانشیار، گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

چکیده

خط لوله انتقال گاز طبیعی به‌عنوان یکی از روش‌های مرسوم و اقتصادی جهت انتقال گاز طبیعی می‌باشد که بررسی و مطالعه آن جهت کاهش افت فشار و جلوگیری از تشکیل سیال دوفازی ضروری است. برای کاهش این مشکلات، در این مطالعه انتقال گاز طبیعی در شرایط فوق بحرانی مورد بررسی قرار گرفته است. برای انتقال گاز طبیعی در شرایط فوق بحرانی دمای گاز باید بین دمای بحرانی و بیشترین دما در ناحیه دوفازی و همچنین فشار گاز باید بالاتر از بیشترین فشار در ناحیه دوفازی باشد. هدف اصلی در این مطالعه، شبیه‌سازی خط لوله انتقال گاز طبیعی در دو حالت فوق بحرانی و دوفازی با استفاده از نرم‌افزار اسپن پلاس نسخه 1/12 می‌باشد. برای شبیه‌سازی خط لوله از معادله پنگ-رابینسون برای محاسبه خواص ترمودینامیکی استفاده شد. نتایج اعتبارسنجی شبیه‌سازی خطوط لوله نشان داد بیشترین خطای نسبی بین شبیه‌سازی و داده‌های خطوط لوله 5/4 درصد است؛ بنابراین تطابق خوبی بین نتایج شبیه‌سازی و داده‌های خطوط لوله وجود دارد. بعد از اعتبار‌سنجی، افت فشار، تغییرات دما، تغییرات دانسیته و هزینه‌های مرتبط در دو حالت فوق بحرانی و دوفازی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج مطالعات نشان داد در حالت فوق بحرانی، افت فشار 3 برابر کمتر از حالت دوفازی است. همچنین نتایج مطالعات نشان داد کاهش دما در حالت فوق بحرانی برابر 21 درصد و در حالت دوفازی 53 درصد است. نتایج مربوط به بررسی دانسیته نشان داد در حالت فوق بحرانی و دوفازی تغییرات دانسیته به ترتیب برابر با 5 و 36 درصد است. درنهایت مشخص شد هزینه مصرف کل انرژی موردنیاز در سال در حالت فوق بحرانی و دوفازی تقریباً مشابه و به ترتیب برابر با 1860000 و 1831000 دلار در سال می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Simulation of Natural Gas Transmission in the Pipeline in Two-Phase and Supercritical Conditions

نویسندگان [English]

  • Moslem Abrofarakh 1
  • Mortaza Zivdar 2
  • Davod Mohebbi-Kalhori 3

1 Ph.D. student, Department of Chemical Engineering, Shaid Nikbakhat Faculty of Engineering, University of Sistan and Baluchistan, Zahedan, Iran

2 Professor, Department of Chemical Engineering, Shaid Nikbakhat Faculty of Engineering, University of Sistan and Baluchistan, Zahedan, Iran

3 Associate Professor, Department of Chemical Engineering, Shaid Nikbakhat Faculty of Engineering, University of Sistan and Baluchistan, Zahedan, Iran

چکیده [English]

The pipeline transportation of natural gas serves as a conventional and economical method for transmitting natural gas, making it crucial to investigate for reducing pressure drop and preventing the occurrence of two-phase fluid formation. To address these concerns, this study delves with the transport of natural gas under supercritical conditions. Under such supercritical conditions, the gas temperature must be between the critical temperature and the maximum temperature within the two-phase region, while the gas pressure must exceed the maximum pressure within this region. The main objective of this study is to simulate natural gas pipeline behavior under supercritical and two-phase conditions utilizing Aspen Plus software version 12.1. The Peng-Robinson equation was employed to compute thermodynamic properties for pipeline simulation. Validation of pipeline simulations indicate a maximum relative error of 4.5% between simulated and actual pipeline data, demonstrating satisfactory agreement between simulation and pipeline data. After validation, pressure drop, temperature variations, density variations, and associated costs under supercritical and two-phase conditions were investigated. Findings reveal that under supercritical conditions, the pressure drop is three times less compared to two-phase conditions. Additionally, temperature reduction under supercritical conditions amounts to 21%, contrasting with a 53% reduction in two-phase conditions. Density variations in supercritical and two-phase states were approximately 5% and 36%, respectively. Finally, it was found that the cost of the total energy consumption required per year in supercritical and two-phase mode is almost similar and is equal to 1,860,000 and 1,831,000 dollars per year, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Supercritical
  • Natural gas
  • Pipeline
  • Two- phase
  1. Dorao, M. Fernandino, Simulation of transients in natural gas pipelines, Journal of Natural Gas Science and Engineering, 3 (2011) 349-355.
  2. Faramawy, T. Zaki, A.-E. Sakr, Natural gas origin, composition, and processing: A review, Journal of Natural Gas Science and Engineering, 34 (2016) 34-54.
  3. Thomas, R.A. Dawe, Review of ways to transport natural gas energy from countries which do not need the gas for domestic use, Energy, 28 (2003) 1461-1477.
  4. Mokhatab, J.Y. Mak, J.V. Valappil, D. Wood, Handbook of liquefied natural gas, Gulf Professional Publishing2013.
  5. Gregory, K. Aziz, R. Moore, Computer Design of Dense-Phase Pipelines, Journal of Petroleum Technology, 31 (1979) 40-50.
  6. Moore, P. Bishnoi, J. Donnelly, Rigorous design of high pressure natural gas pipelines using BWR equation of state, The Canadian Journal of Chemical Engineering, 58 (1980) 103-112.
  7. Müller-Steinhagen, K. Heck, A simple friction pressure drop correlation for two-phase flow in pipes, Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 20 (1986) 297-308.
  8. Zhang, G. Wang, P. Massarotto, V. Rudolph, Optimization of pipeline transport for CO2 sequestration, Energy Conversion and Management, 47 (2006) 702-715.
  9. Mokhatab, Explicit method predicts temperature and pressure profiles of gas-condensate pipelines, Energy Sources, Part A, 29 (2007) 781-789.
  10. Moshfageyan, http://www.jmcampbell.com/tip-of-the month/2012/08/transportation-of-natural-gas-in-dense-phase, jmcampbell, 2012.
  11. -H. Vargas-Vera, A.-M. Rada-Santiago, M.-E. Cabarcas-Simancas, Gas transport at dense phase conditions for the development of deepwater fields in the Colombian Caribbean sea, CT&F-Ciencia, Tecnología y Futuro, 10 (2020) 17-32.
  12. Zivdar, Natural Gas Transmission in Dense Phase Mode, Journal of Gas Technology. JGT, 6 (2021).
  13. M. Almara, G.-X. Wang, V. Prasad, Conditions and thermophysical properties for transport of hydrocarbons and natural gas at high pressures: Dense phase and anomalous supercritical state, Gas Science and Engineering, 117 (2023) 205072.
  14. Prasad, L.M. Almara, G.-X. Wang, Ultra-long-distance transport of supercritical natural gas (SNG) at very-high mass flow rates via pipelines through land, underground, water bodies, and ocean, Gas Science and Engineering, 117 (2023) 205053.
  15. Tech, Aspen plus, 2021.
  16. Mohammadi, Y. Jiang, S. Borjian, K. Powell, Thermo-economic assessment and optimization of a hybrid triple effect absorption chiller and compressor, Sustainable Energy Technologies and Assessments, 38 (2020) 100652.
  17. Li, S. Zheng, J. Li, Z. Zeng, Optimal design and thermo-economic analysis of an integrated power generation system in natural gas pressure reduction stations, Energy Conversion and Management, 200 (2019) 112079.
مهندسی گاز ایران
دوره 10، شماره 2 - شماره پیاپی 18
دی 1402
صفحه 8-16
  • تاریخ دریافت: 19 مهر 1402
  • تاریخ بازنگری: 22 آذر 1402
  • تاریخ پذیرش: 26 آذر 1402