مقدمه
این گزارش به بررسی و شبیه‌سازی فرآیند فشرده‌سازی و انتقال گاز طبیعی از طریق خط لوله با استفاده از نرم‌افزار Aspen HYSYS V11.0 می‌پردازد. هدف اصلی این پروژه، طراحی یک سیستم کارآمد و اقتصادی برای انتقال گاز طبیعی از منبع به مقصد، با در نظر گرفتن نیازهای فنی و اقتصادی است. ابتدا، ترکیب درصد گاز ورودی براساس داده‌های واقعی انتخاب شده و معادله حالت مناسب برای شرایط عملیاتی تعیین می‌گردد. سپس، فرآیند فشرده‌سازی با استفاده از کمپرسورهای رفت و برگشتی و طراحی خط لوله بهینه مورد بررسی قرار می‌گیرد. در نهایت، با محاسبه هزینه‌های سرمایه‌گذاری و عملیاتی، تحلیل اقتصادی انجام می‌شود تا کارایی و مقرون‌به‌صرفه بودن این سیستم ارزیابی شود. این گزارش می‌تواند به عنوان یک راهنمای کاربردی برای پروژه‌های مشابه در صنعت نفت و گاز مورد استفاده قرار گیرد.
شرح شبیه‌سازی
این پروژه با استفاده از نرم‌افزار Aspen HYSYS V11.0 برای شبیه‌سازی انتقال و فشرده‌سازی گاز طبیعی انجام شده است. ترکیب درصد گاز طبیعی مورد بررسی بر اساس داده‌های مربوط به شهر تهران تنظیم شده است.
شرایط عملیاتی و معادله حالت
به دلیل فشار بالا و ترکیبات هیدروکربنی غیرقطبی، معادله حالت Peng-Robinson برای این شبیه‌سازی انتخاب شده است.
مراحل شبیه‌سازی
- تقسیم جریان گاز: گاز ورودی ابتدا به دو بخش تقسیم شده است:
- گازی که باید فشرده‌سازی و ارسال شود.
- گازی که به عنوان سوخت مصرف می‌شود.
- فشرده‌سازی: گاز ورودی به دو جریان مساوی در تجهیز Tee-101 تقسیم شده و وارد دو کمپرسور مشابه K-100 و K-101 می‌شود. پس از فشرده‌سازی، گاز به فشار 1482 psig و دمای 256.9 درجه فارنهایت می‌رسد. سپس گاز فشرده شده وارد خط لوله CGP-100 می‌شود که قطر آن 12 اینچ و جنس آن کربن استیل در نظر گرفته شده است.
- مصرف به عنوان سوخت: بخشی از گاز طبیعی به عنوان سوخت برای تولید بخار فشار متوسط استفاده می‌شود. فشار بخار تولیدی 470.9 psig در نظر گرفته شده است. آب با شرایط محیطی در پمپ P-100 به فشار لازم می‌رسد و سپس در بویلر E-101 به بخار تبدیل می‌شود. انرژی مورد نیاز برای این بویلر از سوختن جریان گاز تأمین می‌شود. بازده بویلر 70 درصد فرض شده و دیوتی بویلر در Q-E-101-CALCULATION محاسبه شده است.
- تولید انرژی برای کمپرسورها: بخار تولیدی به دو بخش تقسیم شده و در توربین‌های K-102 و K-103 انرژی لازم برای کمپرسورها و پمپ P-100 را تأمین می‌کند. محاسبات مربوط به این بخش در Q-K-100 & Q-P-100 CALCULATION انجام شده است.
- تنظیم میزان سوخت: با استفاده از ابزار Adjust در نرم‌افزار، میزان گاز مصرفی به عنوان سوخت به گونه‌ای تنظیم شده است که فشار خروجی خط لوله گاز 1400 psig باشد. حدود 3.8 درصد از گاز به عنوان سوخت مصرف می‌شود.
برآورد اقتصادی
در این پروژه، برآورد اقتصادی بر اساس سه بخش اصلی شامل کمپرسورها، خط لوله، و بخش تولید بخار و برق بر اساس کتاب Seider انجام شده است. جزئیات هر یک از این بخش‌ها به شرح زیر است:
کمپرسورها
در این پروژه با توجه به شرایط عملیاتی و شبیه‌سازی انجام‌شده، از کمپرسورهای رفت و برگشتی استفاده شده است. با توجه به فشار و دبی مورد نیاز، توان مصرفی هر کمپرسور در حدود 1627 اسب بخار تخمین زده شده است. هزینه هر کمپرسور با استفاده از نمودارهای هزینه و با توجه به توان و فشار کاری محاسبه شده است:
- هزینه اولیه: قیمت هر کمپرسور بر اساس داده‌های سال 2013 حدود 1 میلیون دلار تخمین زده شده است.
اصلاح هزینه: برای محاسبه قیمت کمپرسورها در سال 2021، از شاخص قیمت استفاده شده است. شاخص قیمت در سال 2013 برابر با 567 و در سال 2021 برابر با 750 گزارش شده است. با استفاده از رابطه زیر، هزینه کمپرسورها به سال 2021 اصلاح شده است:
خط لوله
هزینه ساخت و نصب خط لوله نیز بخش مهمی از برآورد اقتصادی این پروژه را تشکیل می‌دهد. این خط لوله از جنس کربن استیل با قطر 12 اینچ طراحی شده است.
- محاسبه وزن خط لوله: برای محاسبه وزن، با توجه به قطر خارجی و داخلی لوله که به ترتیب 12.75 اینچ و 11.37 اینچ است، حجم لوله محاسبه شده و با در نظر گرفتن دانسیته کربن استیل (785 کیلوگرم بر متر مکعب)، وزن آن به شرح زیر محاسبه شده است:
- حجم کربن استیل: با توجه به طول خط لوله (35 مایل یا حدود 56.3 کیلومتر)، حجم کربن استیل مورد نیاز 950 متر مکعب می‌باشد.
- وزن لوله: با دانسیته 785 کیلوگرم بر متر مکعب، وزن کل خط لوله 745.75 تن خواهد بود.
- برآورد هزینه خط لوله: با توجه به هزینه کربن استیل که به طور متوسط 900 دلار به ازای هر تن محاسبه شده است، هزینه کلی خط لوله حدود 671,175 دلار محاسبه می‌شود.
بخش تولید بخار و برق
تولید بخار فشار متوسط و تأمین انرژی برای کمپرسورها با استفاده از بخشی از گاز طبیعی به عنوان سوخت در نظر گرفته شده است. برای محاسبات این بخش از فرمول زیر که در کتاب مرجع گزارش شده است، استفاده می کنیم:
در رابطه فوق S توان یا برق مورد نیاز (MW) می باشد که با توجه به شبیه سازی حدود 2.45 مگاوات می باشد. در نتیجه قیمت این بخش حدودا برابر خواهد شد با 6.1 میلیون دلار (بر مبنای سال 2013). قیمت مذکور مشابه با بخش کمپرسور برای سال 2021 حدود 8.1 میلیون دلار خواهد شد.
جمع‌بندی برآورد اقتصادی
- هزینه کل کمپرسورها: 2.644 میلیون دلار
- هزینه خط لوله: 671,175 دلار
- هزینه بخش تولید بخار و برق: 8.1 میلیون دلار
- هزینه کلی پروژه: جمع کل هزینه‌های برآورد شده برای این پروژه حدود 11.4 میلیون دلار در سال 2021 می‌باشد.
این تحلیل اقتصادی نشان می‌دهد که عمده هزینه‌ها مربوط به بخش تولید بخار و برق است، که خود به دلیل نیاز به تامین انرژی برای کمپرسورها و همچنین تولید بخار برای فرایند، هزینه‌بر است. بنابراین، بهینه‌سازی در مصرف انرژی و بهره‌برداری از تجهیزات می‌تواند به کاهش هزینه‌های کلی پروژه کمک کند.
نتیجه‌گیری
این پروژه نشان داد که با استفاده از یک شبیه‌سازی جامع و تحلیل اقتصادی دقیق، می‌توان به بهینه‌سازی انتقال و فشرده‌سازی گاز طبیعی دست یافت. نکات کلیدی مانند انتخاب صحیح معادله حالت، تنظیم جریان‌های ورودی و بررسی پروفایل‌های مختلف به بهبود عملکرد و کاهش هزینه‌ها کمک کرده است.
نتایج این پروژه نشان داد که استفاده از کمپرسورهای رفت و برگشتی و طراحی بهینه خط لوله می‌تواند به فشرده‌سازی و انتقال کارآمد گاز طبیعی کمک کند. تحلیل‌های فنی و اقتصادی بیانگر آن است که با استفاده از سیستم‌های مناسب برای تولید بخار و مصرف بخشی از گاز به عنوان سوخت، می‌توان هزینه‌های عملیاتی را بهینه کرد. در نهایت، با توجه به برآورد هزینه‌های سرمایه‌گذاری و بهره‌برداری، این پروژه از نظر اقتصادی مقرون به صرفه بوده و می‌تواند به عنوان یک مدل کارآمد برای پروژه‌های مشابه در صنعت نفت و گاز مورد استفاده قرار گیرد.
شبیه‌سازی و تحلیل اقتصادی فرآیند فشرده‌سازی گاز طبیعی با اسپن هایسیس
در این پروژه، شبیه‌سازی و تحلیل اقتصادی فرآیند فشرده‌سازی گاز طبیعی با اسپن هایسیس نسخه 11 انجام شده است.جهت خرید پروژه و یا کسب اطلاعات بیشتر در مورد آن، از طریق لینک زیر اقدام نمایید.