بررسي عملكرد توربينهاي گازي

:چكيدهويت فشار خطوط اصلي انتقال در اين مقاله مقايسه اي بين عملكرد توربوكمپرسورهاي ايستگاه هاي تق

ها با توجه به نوع و زمان ساخت به توربوكمپرسورهاي موجود در ايستگاه. گاز كشور صورت گرفته است ساخت كشور روسيه، GTK-10-3توربوكمپرسورهاي : چهار دسته تقسيم مي شوند كه عبارتند از

GPU16/74،ساخت كشور اكراين MS-5002C ساخت شركت Nuovo Pignone ايتاليا و توربين هاي ي پارامترهاي عملياتي توربين هاي فوق با استفاده از ابزار اندازه گير . سوئدAlstom G.T. 10B2گازي

از توربين گاز در محيط پرتابل و ابزار دقيق سايت اندازه گيري شده و سپس با توسعه يك مدل نتايج حاصل . است ساير پارامترهاي عملياتي و راندمان عملكرد آنها بدست آمد هHysysشبيه سازي

عملكردي بهتر نسبت به ساير% 15/31 با راندمان Alstomنشان مي دهد كه توربين هاي گازي . توربين هاي گازي موجود دارند

مقدمه-1بران تلفات فشار از كمپرسور در خط لوله به علت وجود تلفات اصطكاكي، از فشار گاز كاسته و براي ج

حدود (همين دليل در فواصل مشخص از خطوط لوله اصلي جهت متراكم كردن گاز استفاده مي شود، به km 200داليل بكارگيري .گرددچندين كمپرسور براي متراكم كردن گاز بكار گرفته مي ) 100ـ

: عبارتند از توربين گازي در ايستگاه هاي تقويت فشار گاز

)تغيير دور و تغيير دبي(ـ انعطاف پذيري عملكرد توربين گاز سيتهـ اقتصادي بودن استفاده از گاز طبيعي به عنوان سوخت نسبت به الكتري

ـ دسترسي به گاز در ايستگاه هاي تقويت فشار گاز ـ توان باالي مورد نياز كمپرسورهاي گاز

ايستگاه تقويت فشار گاز -2يان يافتن دبي گاز و غلبه بر وظيفة ايستگاه هاي تقويت فشار گاز، فراهم آوردن فشار مناسب براي جر

گاز ورودي به هر ايستگاه پس از عبور از شيرهاي موجود در . افت فشار گاز در مسير خط لوله استها، بين واحدهاي مختلف كمپرسور Scrubberابتداي ايستگاه وارد هدر توزيع گاز شده و پس از عبور از

گاز پر فشار توليدي توسط هر كمپرسور . كه وظيفة افزايش فشار گاز را بر عهده دارند، تقسيم مي شود است، پس از خروج از وارد هدر خروجي گاز شده و چون عمل افزايش فشار با افزايش دما همراه

در شكل . و وارد خطوط انتقال گاز مي شود كرده ، عبور )معموالً هوايي( از يك مبدل حرارتي ،كمپرسور. نمايي از يك ايستگاه تقويت فشار گاز نشان داده شده است) 1(

راندمان برايتون توربين گاز -3-2مشخصات سيكل، و با استفاده ازراندمان سيكل توربين گازي را مي توان از طريق آناليز ترموديناميكي

يك سيكل برايتون ايده آل درنظر بگيريد، بنابراين راندمان بمنظور سهولت در كار، . فوق بيان كردنشان داده) 3( آيزنتروپيك هستند كه در شكل 3-4 و 1-2مي باشد و فرآيندهاي % 100 تمامي اجزاء

سيكل و با استفاده از راندمان سيكل توربين گازي را مي توان از طريق آناليز ترموديناميكي . شده انددر اين صورت راندمان سيكل سادة توربين گازي از روابط زير محاسبه ، بيان كردآنمشخصات

: ]3،4،5[ مي شود

)1 ( رابطه

و و ) 2(رابطه

مي باشد و % 100در حالت واقعي نه راندمان تجهيزات . با فرض هاي ايده آل حاصل شده است) 2(رابطه گردند كه راندمان -همواره اين عوامل موجب مي . آيزنتروپيك مي باشند3-4 و 1-2نه فرآيندهاي

. واقعي مجموعه از راندمان ايده آل محاسبه شده كمتر باشد

راندمان واقعي توربين گاز -3-3اين . بين گاز استفاده مي شود بيان ديگري براي راندمان وجود دارد كه در حالت واقعي كاركرد يك تور

. آورده شده است ) 3(بيان در رابطه )3(رابطه كار محوري توليدي توسط توربين گازي : مقدار سوخت مصرفي توربين گاز : ارزش حرارتي پايين سوخت :

واقعي عملكرد توربين گازي در اين تحقيق به كمك اندازه گيري و شبيه سازي توربين گاز ، راندمان .تعيين گرديده است

توربين هاي گازي مورد بررسي -4:]5[ جود دارند كه عبارتند از به طور كلي، چهار نوع توربين گازي در ايستگاه هاي تقويت فشار گاز و

ساخت كشور روسيه، از نوع سيكل باز و داراي مبدل هاي بازيافت GTK-10-3توربين گازي نوع -كمپرسورهاي گاز اين . اشدحرارتي، شفت جداگانه و توربين محرك كمپرسور از نوع اتصال آزاد مي ب

مگاوات 10 در شرايط نامي توربين هاي گازي توان تحويل . مرحله اي سانتريفيوژ مي باشند 1توربين ها . دور بر دقيقه را دارد4800در دور

) IGAT-2(روي خط دوم انتقال گاز ساخت كشور اكراين، بر GPU16/74توربوكمپرسورهاي مدل - 16 توان نامي توليدي آن . مي باشدDJ59L2 نوع تغيير يافتة توربين گازي دريايي وقرار گرفته

ز و كمپرسور اين توربين گازي از نوع سيكل باز و داراي اتصال آزاد بين توربين گا . استمگاوات .است

) ايتاليا (Nuovo Pignone در ايستگاه هاي تقويت فشار دسته سوم از توربين هاي گازي ساخت شركت - كيلووات است و توربين هاي گازي 16480توان مصرفي اين كمپرسور در اين شرايط . استفاده مي شود

كمپرسور هواي اين و بوده MW 2/28 توليدي ISO و با توان MS-5002Cاين ايستگاه ها از نوع . مرحله اي و توسط توربين با فشار باال چرخانده مي شود 16توربين ها

در اين . اخيرا ساخته شده اندايستگاه هاي تقويت فشار دسته چهارم، شامل ايستگاه هايي مي گردد كه به عنوان محرك كمپرسورهاي گاز ) Alstom G.T. 10B2( ايستگاه ها از توربين هاي گازي آلستوم سوئدي

. استMW 5/24استفاده مي شود كه توان هريك از توربين هاي فوق

بحث و بررسي نتايج-5. شده استراندمان حرارتي توربين هاي گازي به عنوان پارامتر مشخصه آنها آورده ) 1(در جدول

راندمان حرارتي توربين هاي گازي -1جدول

.قع مي گردديل بهتر بودن راندمان توربين هاي گازي سوئدي مورد تحليل و بررسي وا در ادامه دال برابر نسبت تراكم 4 بيش از توربين سوئدي كمپرسور هواينسبت تراكم : نسبت تراكم كمپرسور هوا-

اما افزايش . برابر توربين هاي ايتاليايي است2 برابرتوربين هاي اكرايني و افزون بر 5/1توربين هاي روسي، ي شود و ازسويي ديگر، با نسبت تراكم از يك سو موجب افزايش توان مصرفي كمپرسور هواي توربين م

ماكزيمم دماي (T I T ن به يكافزايش نسبت تراكم، هوا با دماي بااليي كمپرسور را ترك و براي رسيد .يز، انتظار داشتثابت سوخت كمتري مصرف مي گردد، در نتيجه مي توان راندمان باالتري ن) سيكل

ي ا افزايش دماي ماكزيمم سيكل راندمان برايتون و تبع آن راندمان واقعب : دماي ماكزيمم سيكل-اژ بكار اما تعيين دماي ماكزيمم سيكل يك پديده متالوژيكي است كه براساس آلي . سيكل افزايش مي يابد

مسلما پيشرفت علم متالوژي . ودرفته در پره هاي توربين كه در معرض گاز داغ قرار دارند، تعيين مي ش ي آنها در توربين هاي گازي سوئدي از در توليد آلياژهايي با مقاومت زياد در مقابل دماهاي باال و بكارگير

وريكه دماي ماكزيمم سيكل اين ديگر داليل باالتر بودن راندمان اين توربين نسبت به بقيه است، به ط.افزايش يافته است% 40توربين نسبت به ساير توربين ها تا

وربين هاي توربين هاي گازي سوئدي داراي دماي دودكش بااليي در حدود دو برابر ت: دماي دودكش -دليل باالتر بودن . راندمان آنها به مراتب باالتر از توربين هاي روسي است اماگازي روسي هستند،

بت تراكم كمپرسور هوا و افزايش راندمان علي رغم دماي كمتر دودكش را مي توان اثر مهم دو پارامتر نس مي باشند و از ) Recuperator( توربين هاي روسي داراي مبدل بازيافت حرارت . جستجو كرد TIT دماي

هواي ورودي به محفظه (حرارت خروجي دودكش براي گرم كردن هواي خروجي از كمپرسور هوا ن اين ويژگي موجب كاهش دماي دودكش گرديده و علي رغم داشتن پايين تري .استفاده مي شود) احتراق

Nuovo نسبتا پايين، راندمان آن حتي از توربين هاي TITنسبت تراكم كمپرسور هوا و همچنين داشتن

Pignonعالوه بر داليل مذكور، نحوه بهره برداري، تعمير، نگهداري و ميزان . ايتاليايي نيز بهتر است.ن اثر مستقيم دارندساعاتي كه توربين بكارگرفته شده، از عواملي هستند كه بر راندمان آ

نتيجه گيري نهايي-6نسبت به بقيه %) 15/31(ان، نتايج نشان مي دهد كه توربين هاي گازي سوئدي، داراي باالترين راندم

ن و افزايش دماي ماكزيمم مي باشند كه اين امر ناشي از افزايش نسبت تراكم كمپرسور هواي توربيين هاي بازيابي حرارتي دودكش، يك روش بسيار موثر براي افزايش راندمان تورب همچنين . سيكل است

لوژي قديمي، داراي راندماني گازي است به طوري كه توربين هاي گازي روسي علي رغم استفاده از تكنو . مي باشندNuovo Pignon باالتر از توربين هاي گازي

مراجع[1] Andreas Poullikkas, "An overview of current and future sustainable gas turbine technology ", Renewable and Sustainable Energy Reviews, 9 (2005) 409-443[2] API Standard 616, "Gas Turbines for the petroleum, chemical, and gas industry services

دفتر نشر آثار : ناشر" سيكل توربين گاز و كاربرد آن در توليد انرژي الكتريكي " محمد رضا انصاري، ]3[ 1380علمي دانشگاه تربيت مدرس، چاپ اول،

مهندس غالمرضا ملك زاده، : مترجم" مباني ترموديناميك كالسيك "ون وايلن، زونتاگ، بورگناك، ]4[1381چاپخانه آستان قدس رضوي، چاپ چهاردهم، :ناشر

[5] Ernest E. Ludwig, "Applied Process Design for chemical and petrochemical Plant" Volume 3, Third Edition, 2002

، مدريت برنامه ريزي )1383(آمار تفضيلي شركت ملي گاز ايران ]6[

از كشورمقايسه عملكرد توربين هاي گازي ايستگاه هاي تقويت فشار خطوط اصلي گمحسن علي مندگاري، علي خواجه مباركه

) مبنا(شركت مشاوران بهسازي، نوسازي انرژي

توربين گاز -3 از توربين .، انرژي مكانيكي محوري تحويل مي دهد است دوار كه با مصرف سوخت توربين گازي ماشيني

، كمپرسور، ژنراتور و به عنوان عامل محرك پمپ MW 270-kW 200گازي در بازه وسيعي از توان . ]1[ساير ماشين هاي دوار استفاده مي گردد

سيكل سادة توربين گازي -3-1همانطور كه در شكل نشان داده شده، . ديده مي شود ) 2(شماي كلي يك سيكل توربين گازي در شكل

: اين سيكل از سه جزء اصلي زير تشكيل شده است .كمپرسور كه وظيفة افزايش فشار هواي ورودي به سيكل را برعهده دارد -1. ودمحفظة احتراق كه در آن عمليات احتراق و افزايش دماي هوا انجام مي ش -2ن وارد شده و ضمن انبساط توربين كه گازهاي با دما و سرعت باالي خروجي از محفظه احتراق در آ -3

. توليد كار مي شود

Power

نمايي از يك ايستگاه تقويت فشار گاز -1شكل

Burn Pit

S-4

S-3

S-2

S-1

S-5

G.T. - A

Comp.-A

Comp.-B

G.T. -B

G.T. -C

Comp.-C

G.T. -D

Comp.-D

G.T. -E

Comp.-E

from

Staion by Passto Gas Conditioning

to Gas Conditioning

Station by Pass

Recycle

Recycle

Vent Stack

Vent Stack

Coolers by Pass

Coolers by Pass

Compressors Antisurege Header

Compressors Antisurege Header

E-601AGas Cooler

E-601BGas Cooler

E-601DGas Cooler

E-601EGas Cooler

E-601CGas Cooler

1

REV.

DWG :Process Flow Diagram

DATE : 1385/10/4

SOURCE : V-002-PR-227098

DWG No. :DEA- P0102

CLIENT :

CHECKED BY :A.K

UNIT :

( مبنا (مشاوران بهسازي، نوسازي انرژي

SUPERVISOR : MABNA

DRAWN BY : M.A.M

نمايي از توربين گاز -2شكل

)1()1(1

)()(1

)()(11

23

14

2

1

23

14

23

14

−−

−=−−

−=−−

−=−=−

==TT

TT

T

T

TTC

TTC

hhm

hhm

Q

Q

Q

QQ

Q

W

P

P

H

C

H

CH

H

η

1

4

3

4

3−

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

k

k

T

T

P

P 1

1

2

1

2−

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

k

k

T

T

P

P

1

2

4

3

T

T

T

T=

1

4

2

3

T

T

T

T=

1

2

4

3

P

P

P

P=

k

k

rpT

T1

2

1 111 −−=−=η

LHVm

W

Fuel

out

.⋅=η

outW

Fuelm.

... VHL

... VHL

P

1 4

2 3

V

1

S

T2

3

4

سيكل ساده توربين هاي گاز -3شكل

های تقویت فشار خطوط اصلی گاز کشور های گازی ایستگاه مقایسه عملکرد توربین

مقدمه -1

، از از مبادی تولید به مراکز مصرف کشور ایران دارای ذخایر عظیم گاز است و برای انتقال پیوسته گ در و مقـداری از خـط لولـه چهـارم، سوم ،دوم خطوط سراسری اول، .شوداز خط لوله استفاده می

خطوط سراسری نیـز در مراحـل راند و سای راستای این هدف اجرا و مورد بهره برداری قرار گرفته . قرار دارند و بررسی طراحی، اجراء

و بـرای جبـران تلفـات گـردد از فشار گاز کاسته می ، در خط لوله به علت وجود تلفات اصطکاکی در فواصـل مشـخص از همـین دلیـل به ،شودفشار از کمپرسور جهت متراکم کردن گاز استفاده می

کـار گرفتـه بـه چندین کمپرسور برای متراکم کردن گـاز ) 100ـkm200حدود (خطوط لوله اصلی به همراه سایر تجهیزات به عنوان ایستگاه تقویت فشار گاز شناخته ها کمپرسور مجموعه که شودمیوان محرک کمپرسورها مورد استفاده توربین گازی به عن ،های تقویت فشار گاز در ایستگاه .دنشومی

: که دالیل عمده این انتخاب عبارتند از گردد واقع می )تغییر دور و تغییر دبی (ـ انعطاف پذیری عملکرد توربین گاز

کتریسیته به النسبتـ اقتصادی بودن استفاده از گاز طبیعی به عنوان سوخت تقویت فشار گازهایـ دسترسی به گاز در ایستگاه

ـ توان باالی مورد نیاز کمپرسورهای گاز بـرداری از با توجه به شرایط مختلف کمپرسورها و همچنین باتوجه به تأخر و تقدم زمانی در بهـره

مختلفـی بـرای گردانـدن هـای از تـوربین هـای تقویـت فشـار، خطوط اصلی انتقال گاز و ایسـتگاه ، های تقویت فشـار گـاز ممیزی انرژی ایستگاه در راستای پروژه .شود کمپرسورهای گاز استفاده می

شـبیه مـورد انـدازگیری، )مبنـا (نوسازی انرژی توسط شرکت مشاوران بهسازی،های فوق، توربین . د گرفتن در این مقاله مورد بررسی قرار خواههک اندسازی و بررسی قرار گرفته

ایستگاه تقویت فشار گاز-2

ز، فراهم آوردن فشار مناسب برای جریان یافتن دبی گاز و غلبـه های تقویت فشار گا وظیفۀ ایستگاه گاز ورودی بـه هـر ایسـتگاه پـس از عبـور از شـیرهای . استبر افت فشار گاز در مسیر خط لوله

بین واحـدهای ،هاScrubberموجود در ابتدای ایستگاه وارد هدر توزیع گاز شده و پس از عبور از کمپرسـورهای گـاز . شود ش فشار گاز را بر عهده دارند، تقسیم می کمپرسور که وظیفۀ افزای مختلف

بـه دلیـل تـوان بـاالی . ای باشند توانند یک یا چند مرحله بسته به شرایط مورد نیاز افزایش فشار می گـاز پـر فشـار . گـردد های توربینی برای این کمپرسورها استفاده مـی از محرک ، کمپرسور مورد نیاز

ور وارد هدر خروجی گاز شده و چون عمل افزایش فشار با افـزایش دمـا تولیدی توسط هر کمپرس کنـد و وارد عبور می ،)معموالً هوایی ( از یک مبدل حرارتی خروج از کمپرسور همراه است، پس از

ایستگاه تقویت فشـار گـاز نشـان داده شـده یک نمایی از ) 1( در شکل .شودخطوط انتقال گاز می ایستگاه عبارتند از سیستم کاهش فشار گاز جهت راهبری یسات موجود سایر تجهیزات و تاس . است

، )شـیرهای فشارشـکن و هیترهـای الزم (ها و مصـرف کننـدگان جـانبی جهت گاز مصرفی توربین دریافــت بــرق از شــبکۀ سراســری یــا) دیــزل ژنراتــور یــا توربوژنراتــور(تاسیســات تولیــد بــرق

) هـای هـوا کن کمپرسورهای هوا و خشک ( و ابزاردقیق ، سیستم تولید هوای فشرده )ترانسفورماتور() معموالً هـوایی (های حرارتی و یا سیستم کاهش فشار گاز جهت استفاده بجای هوای فشرده، مبدل

، Pigگـاز و کمپرسـور، تجهیـزات الزم جهـت ارسـال و دریافـت کاری روغن توربین جهت خنک .)Burn Pit ( و چاله سوخت)Flare( مشعلسیستم

Burn Pit

S-4

S-3

S-2

S-1

S-5

G.T. - A

Comp.-A

Comp.-B

G.T. -B

G.T. -C

Comp.-C

G.T. -D

Comp.-D

G.T. -E

Comp.-E

from

Staion by Passto Gas Conditioning

to Gas Conditioning

Station by Pass

Recycle

Recycle

Vent Stack

Vent Stack

Coolers by Pass

Coolers by Pass

Compressors Antisurege Header

Compressors Antisurege Header

E-601AGas Cooler

E-601BGas Cooler

E-601DGas Cooler

E-601EGas Cooler

E-601CGas Cooler

1

REV.

DWG :Process Flow Diagram

DATE : 1385/10/4

SOURCE : V-002-PR-227098

DWG No. :DEA- P0102

CLIENT :

CHECKED BY :A.K

UNIT :

??????? ????????????? ????? ????( (

SUPERVISOR : MABNA

DRAWN BY : M.A.M

نمایی از یک ایستگاه تقویت فشار گاز-1کل ش

توربین گاز-3

از . دهـد ، انرژی مکانیکی محوری تحویل می توربین گازی ماشینی دوار است که با مصرف سوخت ای دانست که انرژی حرارتـی را بـه کـار مکـانیکی تبـدیل توان توربین گازی را وسیله دید کلی می

از تـوربین . هـای متنـوعی از آن نمـود سبب شده که بتوان استفادهاین ویژگی توربین گازی . کند می، کمپرسـور، ژنراتـور عنوان عامل محرک پمپ به MW270- kW200 در بازه وسیعی از توان گازی

در ادامه اصول و مبانی تـوربین گـازی مـورد بررسـی .]1[گردد می های دوار استفاده و سایر ماشین .گیرد قرار می

ادۀ توربین گازی سیکل س-3-1

همــانطور کــه در . شــود دیــده مــی) 1-3(شــمای کلــی یــک ســیکل تــوربین گــازی در شــکل : است شکل نشان داده شده، این سیکل از سه جزء اصلی زیر تشکیل شده

کلی یک توربین گازی سادهنمای:1- 3شکل

.کمپرسور که وظیفۀ افزایش فشار هوای ورودی به سیکل را برعهده دارد - 1. شــود ۀ احتــراق کــه در آن عملیــات احتــراق و افــزایش دمــای هــوا انجــام مــیمحفظــ - 2ــراق در آن -3 ــاالی خروجــی از محفظــه احت ــا و ســرعت ب ــا دم ــای ب ــه گازه ــوربین ک ت

.شود وارد شده و ضمن انبساط تولید کار میبا توجه به اینکه شرایط هوای محیط با مکان و زمان متغیر اسـت در نتیجـه عملکـرد تـوربین در

کنـد، لـذا انتخـاب یـک سـری شـرایط یکسـان بـرای معرفـی مکانها و فصول مختلف تغییر می شـرایط انتخـاب شـده بعنـوان . رسـد ویژگیهای توربین در آن شرایط، امری ضروری به نظر مـی

سـپس %. 60 و رطوبت نسبی bar 013/1، فشار C °15دمای : شرایط هوای استاندارد عبارتند از شود ن و سایر ویژگیهای سیکل کاری توربین توسط شرکت سازنده ارائه می در این شرایط راندما

. ]2[ گردد و برای کار در سایر شرایط از ضرایب تصحیح استفاده می توربین گاز برایتون راندمان-3-2

ــی ــازی را م ــوربین گ ــیکل ت ــدمان س ــا ران ــیکل، و ب ــامیکی س ــالیز ترمودین ــق آن ــوان از طری تــو ــتفاده از مشخصــات ف ــرداس ــان ک ــون . ق بی ــک ســیکل برایت ــار، ی ــهولت در ک بمنظــور س

Power

و 1-2باشـد و فرآینـدهای مـی % 100آل درنظـر بگیریـد، بنـابراین رانـدمان تمـامی اجـزاء ایده .اند نشان داده شده) 1( که در شکل آیزنتروپیک هستند4-3

P

1 4

2 3

V

1

S

T2

3

4

سیکل ساده کاری توربینهای گازی:2- 3 شکل

ــا ــیکل سـ ــدمان سـ ــورت رانـ ــن صـ ــبه در ایـ ــر محاسـ ــط زیـ ــازی از روابـ ــوربین گـ دۀ تـ

: ]5،3،4[شود می

)1()1(1

)()(1

)()(11

23

14

2

1

23

14

23

14

−−

−=−−

−=−−

−=−=−

==TTTT

TT

TTCTTC

hhmhhm

QQ

QQQ

QW

P

P

H

C

H

CH

H

η

)1( رابطه

1

2

4

3

PP

PP

=

1

1

2

1

2−

=

kk

TT

PP

1

4

3

4

3−

=

kk

TT

PP

)2( رابطهkk

rpTT

12

1 111 −−=−=η 1 و

4

2

3

TT

TT

=1 و

2

4

3

TT

TT

=

در حالـت واقعـی نـه رانـدمان تجهیـزات . اسـت حاصـل شـده آل های ایـده با فرض ) 2(رابطه باشـند و عـالوه بـر آنهـا افـت آیزنتروپیـک مـی 3-4 و 1-2باشـد و نـه فرآینـدهای می% 100

ایــن عوامــل دهــد کــه همــواره فشــارهایی نیــز طــی عبــور گــاز از تجهــزات مختلــف رخ مــیــده موجــب مــی ــدمان ای ــدمان واقعــی مجموعــه از ران ــد کــه ران ــر آ گردن ل محاســبه شــده کمت

.باشد راندمان واقعی توربین گاز-3-3

ــوربین گــاز ــدمان وجــود دارد کــه در حالــت واقعــی کــارکرد یــک ت ــرای ران ــان دیگــری ب بیکنـد کـه از بیـان مـی ایـن رابطـه . آورده شـده اسـت )3(ایـن بیـان در رابطـه . شـود استفاده می

انرژی ورودی به شـکل سـوخت بـه داخـل تـوربین گـاز چـه مقـدار بـه صـورت کـار خـارج در این رابطـه اگرچـه اثـر تجهیـزات مختلـف تـوربین گـاز بـه صـورت مجـزا وارد . شده است

. نشده است، اما عملکرد هر یک بر روی راندمان موثر خواهد بود )3(رابطه

outW : کار محوری تولیدی توسط توربین گازی ،Fuelm.

مقدار سوخت : ...، مصرفی توربین گاز VHL :ارزش حرارتی پایین سوخت

ابتـدا دمـا، . های گازی از این روش برای تعیین راندمان استفاده گردیده اسـت ندر بررسی توربی فشار و دبی گاز ورودی و خروجی کمپرسور به کمک ابزار دقیق موجود در توربین گاز و ابـزار

کـار ( کار مورد نیـاز کمپرسـور گـاز Hysysسازی در محیط دقیق پرتابل سنجیده شده و با شبیه پارامترهـای عملیـاتی تـوربین کمپرسور گاز، بر عالوه. تعیین گردیده است )تولیدی توربین گاز

، شـرایط هـوای خروجـی از )دمـا و رطوبـت (گاز، همچون شـرایط هـوای ورودی بـه تـوربین دما و میزان اکسیژن دودکش نیز بـه کمـک دسـتگاه . اندگیری شده کمپرسور هوای توربین اندازه

-نمـایی ابـزار انـدازه ) 2(در شکل . اندسنجیده شده) Gas Analyzer(آنالیزور گازهای احتراقی

.گیری پرتابل آورده شده است

دماسنج تشعشی سنج محیطی دما و رطوبت دستگاه آنالیزور گازهای احترقی

گیری پرتابل نمایی از تجهیزات اندازه- 2شکل

یک مدل از توربین گاز براساس المانهای موجود در این تجهیز، توسط شرکت مشاوان بهسـازی، آورد شده ) 3( در شکل آنکه نمایی از توسعه یافته Hysysسازی نوسازی انرژی در محیط شبیه

، نـرم Hysysسـازی و وارد کردن آنها در محـیط شـبیه مترهای فوق اگیری پار بعد از اندازه .استسازد و در نهایت راندمان حرارتی توربین گـاز سایر پارامترهای توربین گاز را مشخص می افزار

.شود حاصل می

LHVm

W

Fuel

out

.⋅=η

Hysysسازی توربین گاز در محیط نمایی از شبیه -3شکل

های گازی مورد بررسی توربین-4

هـای تقویـت فشـار گـاز وجـود دارنـد کـه به طور کلی، چهار نوع تـوربین گـازی در ایسـتگاه : ]5[ عبارتند از توربیناین چهار نوعمشخصات

هـای از نـوع سـیکل بـاز و دارای مبـدل ، ساخت کشور روسیه GTK-10-3 توربین گازی نوع -. باشـد شـفت جداگانـه و تـوربین محـرک کمپرسـور از نـوع اتصـال آزاد مـی ،بازیافت حرارتـی

و بـر روی دنباشـ می 1-13-260ای سانتریفیوژ و از نوع مرحله 1 هاتوربینکمپرسورهای گاز این ظرفیت نامی متراکم نمـودن گـاز در ایـن کمپرسـورها . اندخط اول سراسری انتقال گاز واقع شده

. اسـت در حالت مجـزا 19/1 در حالت سری و 41/1 میلیون متر مکعب با نسبت فشار 23روزانه . دور بر دقیقه را دارد4800مگاوات در دور 10ان تحویل های گازی تو در شرایط نامی توربین

روی خـط دوم انتقـال گـاز بـر ، سـاخت کشـور اکـراین GPU16/74مدل های توربوکمپرسور -)IGAT-2 ( ای و دارای کمپرسور گاز این مجموعـه از نـوع سـانتریفیوژ دو مرحلـه . اند قرار گرفته

میلیـون 22ر شرایط تابسـتان و د گاز استاندارد میلیون متر مکعب 15ظرفیت افزایش فشار روزانه در تابسـتان 49/1نسبت فشـار تولیـدی توسـط ایـن کمپرسـورها . باشد متر مکعب در زمستان می

های گازی این مجموعه نوع تغییـر یافتـۀ تـوربین گـازی دریـایی توربین. است در زمستان 40/1وDJ59L2 ایـن تـوربین گـازی از . باشد مگاوات می 16باشد که در شرایط نامی توان تولیدی آن می

.استنوع سیکل باز بوده و دارای اتصال آزاد بین توربین گاز و کمپرسور

Nuovo Pignoneهای گـازی سـاخت شـرکت های تقویت فشار دسته سوم از توربین در ایستگاه -. دنباشـ ی مـی واحـد توربوکمپرسـور گـاز 4 یـا 3 دارای هـا این ایسـتگاه . شود استفاده می ) ایتالیا(

ظرفیـت هسـتند و ای ، سانتریفیوژ و سـه مرحلـه PCL802-3کمپرسورهای گاز این مجموعه از نوع دور 4655 کیلوگرم بر ساعت در سرعت 975132گاز عبوری از این کمپرسور در شرایط طراحی

16480تـوان مصـرفی ایـن کمپرسـور در ایـن شـرایط . باشد می 48/1بر دقیقه و نسبت فشار آن MW تولیـدی ISO و با تـوان MS-5002C از نوع ها های گازی این ایستگاه توربین و استلووات کی بوده و از نوع سـیکل بـاز و دارای اتصـال آزاد بـین تـوربین و تـوربین محـرک کمپرسـور 2/28

ای و توسـط تـوربین بـا فشـار بـاال چرخانـده مرحله 16ها کمپرسور هوای این توربین . دنباش می .شود می

در . اند گردد که اخیرا ساخته شده هایی می های تقویت فشار دسته چهارم، شامل ایستگاه یستگاها -عنـوان محـرک بـه ) Alstom G.T. 10B2( آلسـتوم سـوئدی گـازی هـای هـا از تـوربین این ایسـتگاه

. باشـد مـی MW 24,5هـای فـوق تـوان هریـک از تـوربین کـه شود کمپرسورهای گاز استفاده می هریـک توانـایی فشـرده سـازی و مورد استفاده توسط شرکت زیمنس ساخته شـده کمپرسورهای

MMSCMD 22,5 فشـار . سـازند فشـرده مـی 1,33باشند و گاز را با ضـریب تـراکم می دارا را گاز .در نظر گرفته شده است Psi1055 و فشار گاز خروجی از ایستگاه Psi798ورودی به ایستگاه

بحث و بررسی نتایج-5

و پارامترهـای گیـری شـده اندازه) 3-3(های گازی فوق برمبنای روش بیان شده در قسمت نتوربیرانـدمان حرارتـی ) 1(در جـدول . انـد سازی و محاسبات حاصل گردیده مهم آنها با استفاده از شبیه

در ادامـه دلیـل . های گازی به عنوان پارامتر مشخصه آنها جهـت مقایسـه آورده شـده اسـت توربین .گردد های گازی فوق مورد تحلیل و بررسی واقع می های توربین ت بودن راندمانمتفاو

گیری شده کمپرسور گاز مترهای اندازها پار- 1جدول Alstom G.T. 10B2

سوئدیNuovo Pignone

ایتالیاییGPU16/74 اکراینی

GTK-10-3 واحد روسی

راندمان حرارتی % 07/25 43/26 08/23 15/31 تـوان دریافـت کـه بـاالترین رانـدمان مربـوط بـه تـوربین هـای گـازی اساس جدول فـوق مـی بر

10B2 Alston G.T.های تقویـت فشـار های گازی به تازگی در ایستگاه این توربین. سوئدی است. اسـت ها، قابل انتظار و باالتر بودن راندمان آن نسبت به سایرتوربین اند گاز مورد استفاده واقع شده

بـاالی نسبت تراکم بسـیار ،ها شده نسبت به سایرتوربین عملکرد، یمواردی که باعث بهبود یکی از

برابر نسبت 4طوریکه نسبت تراکم آن بیش از به. استیه قکمپرسورها هوای این توربین نسیت به ب . های ایتالیایی است برابر توربین 2اکراینی و افزون بر های برابرتوربین 5/1 ی،س رو یها تراکم توربین

کمپرسور هوا، یکی از تجهیزات اصلی توریبن گاز است کـه درصـد چشـمگیری از تـوان تولیـدی موجب افزایش گاز مصرفی اما افزایش نسبت تراکم از یک سو .گردد توربین گاز، در آن مصرف می

ی یمـای بـاال با افـزایش نسـبت تـراکم، هـوا بـا د ، دیگر و ازسویی شود کمپرسور هوای توربین می ثابـت سـوخت کمتـری ) سـیکل مـاکزیمم دمـای (T I T کمپرسور را ترک و برای رسیدن به یـک

.، انتظار داشت نیزتوان راندمان باالتری گردد، در نتیجه می مصرف میبنا . استT I T، ها سایر توربین های سوئدی نسبت به ینبیکی دیگر از دالیل باالتر بودن راندمان تور

رانـدمان برایتـون مشخص است که با افزایش دمای ماکزیمم سیکل ))1(رابطه (رائه شده ا به روابط امـا تعیـین دمـای مـاکزیمم سـیکل یـک پدیـده . یابـد مـی و تبع آن راندمان واقعی سیکل افـزایش

های توربین که در معرض گـاز داغ قـرار دارنـد، متالوژیکی است که براساس آلیاژ بکار رفته در پره در مقابـل دماهـای زیـاد مسلما پیشرفت علم متالوژی در تولید آلیاژهایی با مقاومت . شود تعیین می

های گازی سوئدی از دیگر دالیل باالتر بودن رانـدمان ایـن تـوربین باال و بکارگیری آنها در توربین % 40هـا تـا نسبت به سایر تـوربین این توربین طوریکه دمای ماکزیمم سیکل نسبت به بقیه است، به

.یش یافته استاافزدمای گازهای احتراقـی خروجـی از دودکـش از دیگـر پارامترهـای مـوثر در رانـدمان حرارتـی

باالتر بودن دمای گازهای احتراقـی، بـه معنـای از دسـت رفـتن انـرژی . های گازی است توربینه هـا، نتیجـ مقایسه دمـای دودکـش تـوربین . حرارتی توربین گاز و کاهش راندمان حرارتی است

دمای دودکـش بـاالیی در حـدود دو دارای های گازی سوئدی توربین. سازد جالبی را روشن می آورده شده، رانـدمان آنهـا ) 1(گونه که در جدول های گازی روسی هستند، اما همان برابر توربین

کمتـر رغـم دمـای دلیل بـاالتر بـودن رانـدمان علـی . های روسی است به مراتب باالتر از توربین جسـتجو TIT کمپرسور هوا و افزایش دمای نسبت تراکم توان اثر مهم دو پارامتر را می ش دودکهـای سـوئدی، بـه علـت دمـای بـاال، مسلما در صورت بازیابی حرارتی از دودکش توربین . کرد

هـای روسـی توربین. یابد ها از مقدار کنونی به میزان قابل توجهی افزایش می راندمان این توربین برای گرم باشند و از حرارت خروجی دودکش می) Recuperator( بازیافت حرارت دلدارای مب

ایـن .شـود استفاده مـی ) ورودی به محفظه احتراق هوای (کردن هوای خروجی از کمپرسور هوا ترین نسبت تراکم کمپرسور رغم داشتن پایین و علی ویژگی موجب کاهش دمای دودکش گردیده

ایتالیایی Nuovo Pignonهای راندمان آن حتی از توربین،سبتا پایین نTITداشتن هوا و همچنین

برداری، تعمیر، نگهـداری و میـزان سـاعاتی کـه عالوه بر دالیل مذکور، نحوه بهره . استنیز بهتر .توربین بکارگرفته شده، از عواملی هستند که بر راندمان آن اثر مستقیم دارند

گیری نهایی نتیجه-6

های تقویت فشـار گـاز خطـوط اصـلی مـورد له، چهار نوع توربین گاز که در ایستگاه در این مقا هـای دهـد کـه تـوربین نتایج نشان می . گیرند، مورد بررسی و مقایسه قرار گرفتند استفاده قرار می

باشند کـه ایـن امـر ناشـی از نسبت به بقیه می %) 15/31(گازی سوئدی، دارای باالترین راندمان، همچنـین . ت تراکم کمپرسور هوای توربین و افزایش دمـای مـاکزیمم سـیکل اسـت افزایش نسب

سازد که بازیابی حرارتی دودکش، یک روش بسیار موثر برای افزایش رانـدمان نتایج مشخص می اسـتفاده از تکنولـوژی رغـم های گازی روسـی علـی طوری که توربین های گازی است به توربین

.دنباش میNuovo Pignon های گازی ر از توربینقدیمی، دارای راندمانی باالت

:مراجع[1] Andreas Poullikkas, "An overview of current and future sustainable gas turbine

technology ", Renewable and Sustainable Energy Reviews, 9 (2005) 409-443

[2] API Standard 616, "Gas Turbines for the petroleum, chemical, and gas industry services

دفتر نشر آثار علمـی : ناشر" سیکل توربین گاز و کاربرد آن در تولید انرژی الکتریکی" محمد رضا انصاری، ]3[ 1380دانشگاه تربیت مدرس، چاپ اول،

ضـا ملـک زاده، مهنـدس غالمر : متـرجم " مبـانی ترمودینامیـک کالسـیک "ون وایلن، زونتـاگ، بورگنـاک، ]4[ 1381چاپخانه آستان قدس رضوی، چاپ چهاردهم، :ناشر

[5] Ernest E. Ludwig, "Applied Process Design for chemical and petrochemical Plant" Volume 3, Third Edition, 2002

، مدریت برنامه ریزی)1383(آمار تفضیلی شرکت ملی گاز ایران ]6[