مدل سازی عملکرد توربین های گازی سه محوره محرک کمپرسور ایستگاههای تقویت فشار گاز از دیدگاه اکسرژی

نوع مقاله: مقاله مکانیک

نویسندگان

1 دانشگاه آزاد اسلامی واحد لامرد

2 فارس- مهر- شرکت پالایش گاز پارسیان

چکیده

توربین‌‌‌‌‌‌های گازی یکی از مصرف کننده‌های عمده گاز طبیعی در شرکت ملی گاز محسوب می‌شوند. در این میان توربین‌های سه محوره بخش عمده‌ای از توربین‌های موجود در ایستگاه‌های تقویت فشار را به خود اختصاص داده‌اند. در این تحقیق ابتدا روابط اکسرژی حاکم بر اجزاء مختلف ایستگاه تقویت فشار گاز استخراج و بر اساس اطلاعات واقعی، مدل‌های ریاضی مختلفی بر اساس متغیرهای محیطی و عملیاتی ایجاد گردید. این مدل‌ها با استفاده از رگرسیون خطی چند متغیره و با کمک آنالیز واریانس ایجاد شده که نتایج دقیقی را ارائه داده است. براساس مدل‌های ایجاد شده می‌توان پارامترهایی از قبیل، بازده اکسرژی توربین، مصرف سوخت، مصرف سوخت ویژه و اکسرژی هدر رفته در کل ایستگاه را با داشتن متغیرهای محیطی و عملیاتی مانند دمای ورودی به کمپرسور هوای توربین، دمای ورودی به توربین و نسبت تراکم توربین پیش بینی کرد. با توجه به مدل‌های ایجاد شده، روند تاثیر متغیرهای مختلف بر روی پارامترهای مذکور مورد بررسی قرار گرفت و اثر متقابل متغیرهای مختلف بر روی پاسخ مدل‌های ایجاد شده نیز بررسی گردید. نتایج نشان دادند که تغییر در هرکدام از متغیرها بر شیب تغییرات توان خالص خروجی ناشی از تغییر دیگر متغیرها تاثیری ندارد، در حالی که دمای ورودی به کمپرسور و نسبت تراکم در مدل بازده اکسرژی، دمای ورودی به توربین و نسبت تراکم در مدل مصرف سوخت و دمای ورودی به کمپرسور و دمای ورودی به توربین در مدل مصرف سوخت ویژه، تأثیر متقابلی بر روی پاسخ مدل‌ها دارند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Gas Compressor Station Triple Shaft Gas Turbine Performance Modeling Based on Exergy

نویسندگان [English]

  • mehdi mohammadi 1
  • seyed morteza bayareh 1
  • mohammad kowsari 2
چکیده [English]

Triple shaft gas turbines are the most gas compressor driven in natural gas compressor station in national Iranian Gas Company. In the recent study, exergy equilibrium formula of each components of gas compressor station specified and several mathematical models made. The model predict different parameters based on environmental and operational conditions. Models made by multivariate linear regression and ANOVA technique that made high precision models. The models results show that how varying the environment and operational condition such compressor inlet temperature, turbine inlet temperature and turbine pressure ratio affect exergy efficiency, fuel consumption, exergy destruction and specific fuel consumption. In this study effects of environmental and operational variables on this parameters and interaction of this variable on each other surveyed. Results showed that variation in each variables has no effect in slope of net output power variation due to change in other variables, whereas compressor inlet temperature and pressure ratio in exergy efficiency model, turbine inlet temperature and pressure ratio in fuel consumption model and turbine and compressor inlet temperature in specific fuel consumption model have interaction on their model's response

کلیدواژه‌ها [English]

  • Exergy
  • gas turbine
  • regression
  • ANOVA
  • gas compressor station
 
[1] W.A Herman, (2006), “Quantifying global exergy resource”, Journal of Enegy, Vol 31. pp.1685-1702,.
[2] M.A Rosen, Dincer I, (2004), “Effect of varying dead-state properties on energy and exergy analyses of thermal systems”, International Journal of Thermal Sciences, Vol 43. pp.121-133.
[3] TW. Song, JL. Sohn, JH. Kim, TS. Kim, TS. Ro, (2002), “Exergy-based performance analysis of the heavy-duty gas turbine in part-load operating conditions”, Journal of Exergy, Vol 2, pp. 105-112.
]4[ا عطایی، ی گلزاری، (1388)، " تحلیل اکسرژتیک و انرژتیک عملکرد توربین گاز V94.3A زیمنس در سطوح بار مختلف"، بیست و چهارمین کنفرانس بین المللی برق.
[5] C. T. Yucer, (2016), “Thermodynamic analysis of the part load performance for a small scale gas turbine jet engine by using exergy analysis method”, Journal of Energy, Vol 111, pp. 251-259.
[6] Y. Sohret, E. Acikkalp, (2015), “Advanced exergy analysis of an aircraft gas turbine engine: Splitting exergy destructions into parts”, Journal of Energy, Vol 90, pp. 1219-1228.
 [7]AA. El Hadic, (1989), “The impact of atomospheric condition on gas turbine performance”, ASME Transactions, Journal of Engineering for Gas Turbine and Power, Vol. 112, pp. 590-596.
[8]M. Gorji bandpay, MJ. Ebadi, (2005), “Exergetic analysis of gas turbine plants”, International Journal of Energy, Vol. 2, pp. 31-39.
[9] M. Kanoglu, I. Dincer, (2008), “Performance assessment of cogeneration plant”, Journal of Energy Conversion and Management, Vol. 55, pp. 76-81.
[10] M.Fallah ,A.Rosen, (2016), “Comparison of different gas turbine cycles and advanced exergy analysis of the most effective”, Journal of Energy, Vol 116, pp. 701-715.
[11]A. Khaliq, (2009), “Exergy analysis of gas turbine trigeneration system for combined production of power heat and refrigeration”, Journal of Refrigeration, Vol. 32, pp. 534-545.
[12]L. Chen, Y. Li, F. Sun, C. Wu, (2004), “Power optimization of open-cycle regenerator gas-turbine power-plants”, Jornal of Applied Energy, Vol. 78, pp. 199-218.
[13] A. Datta, R. Ganguly, L. Sarkar, (2010), “Energy and exergy analyses of an externally fired gas turbine (EFGT) cycle integrated with biomass gasifier for distributed power generation”, Journal of Energy, Vol. 35, pp. 341-350.
[14]DPS. Abam, NN. Moses, (2011), “Computer Simulation of a Gas Turbine Performance”, Journal of Research in Engineering, Vol 11, pp. 36-44.
[15] T. K. Ebrahim, F. Basrawi, (2017), “Thermal performance of gas turbine power plant based on exergy analysis”, Journal of Applied Thermal Engineering. Vol 115, pp. 977-985.
[16]S.M. Hosseinalipour, A. Mehrpanahi, K. Mobini, (2011), “Investigation of full repowering effect on techno-economic properties of steam power plant”, Journal of Modares Mechanical Engineering, Vol 12, No.3, pp. 117-133.
]17[ج. پیرکندی، م. جهرمی، م. محمودی، (1394)، "شبیه سازی پارامتری یک سیستم تولید هم‌زمان بر پایه میکرو توربین صنعتی از دیدگاه اگزرژی و اقتصادی"، مجله مدل سازی در مهندسی، دوره 13، شماره 40.
[18] J. Pirkandi, M. Ghassemi, M.H. Hamedim, (2012), “Performance comparison of direct and indirect hybrid systems of gas turbine and solid oxide fuel cell from thermodynamic and exergy view point”, Journal of Modares Mechanical Engineering, Vol 11, No.1, pp. 1-18.
[19] N. Sarabchi, S.M.S Mahmoudi, R. Khoshbakhti Saray, (2013), “Thermodynamic analysis of trigeneration cycle with HCCI engine prime mover”, Journal of Modares Mechanical Engineering, Vol 13, No.2, pp. 56-69.
]20[ه. پورمیرزاآقا، ر. ابراهیمی، ا.ب. انصاری، (1396)، "تحلیل انرژی و اکسرژی سیستم ترکیبی توربین گازی مجهز به پیل سوختی اکسید جامد"، مجله مدل­سازی در مهندسی، دوره 15، شماره 51.
]21[س. سعیدی، س. رستگار، (1389)، "تحلیل اگزرژی در ایستگاه تقلیل فشار گاز طبیعی دروازه شهری"، مجله مدل‌سازی در مهندسی، دوره 8، شماره 22.
[22]M.Chaczykowski, AJ. Osiadacz, FE. Uilhoorn, (2011), “Exergy-based nalysis of gas transmission system with application to yamal-europe pipeline”, Journal of Applied Energy, Vol 88. pp. 2219-2230.
[23] Ahmadi P, Dincer I. (2011). “Thermodynamic and exergoenvironmental analyses, and multi-objective optimization of a gas turbine power plant”. Applied Thermal Engineering, 31:2529-2540.
[24] TJ. Kotas, (1985), “The Exergy Method Of Thermal Plant Analysis”, New York, USA, Butterworth, 329p.
[25] B. G. Kyle, (1984), “Chemical and Process Thermodynamics”,Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall.
[26]I. Ertesvag, (2007), “Sensitivity of chemical exergy for atmospheric gases and gaseous fuels to variations in ambient conditions”, Journal of Energy Conversion and Management, Vol. 48, pp. 1983-1995.
[27] I. Dincer, (2007), M.A Rosen, “Exergy, Energy, Environment and sustainable development”, Elsevier, 454p.
[28] D.C Montgomery, (2001), “Design and analysis of experiments”, fifth Edition, john Wiley & sons inc. New York, 684 p.
[29] I. Lind, (2006), “Regressor and Structure selection: Uses of ANOVA in system identification”, Linkoping University, Sweden, 185 p.
[1]