شعار سال 97-1
 
  
جمعه 29 شهريور 1398   15:46:19
مقالات
10:081388/5/4 يكشنبه
تخمين گازهاي نشت شده در اثر شكست كامل و يا ايجاد حفره در خطوط لوله گاز بهنگام برخورد با يك وسيله مكانيكي

چکيده

يكي از مباحث مهم و قابل توجه در صنعت گاز محاسبه گازهاي تلف شده مي باشد و اين مسئله همواره بعنوان يك معضل مورد توجه بوده است . عوامل مختلفي در اتلاف گاز نقش دارند كه در خيلي از موارد قابل اندازه گيري نيستند و بايد روشهايي براي تخمين و محاسبه آنها پيش بيني نمود براي مثال گازهاي نشت شده از رگلاتورها ، گازهاي خروجي از شيرهاي ايمني و گازهاي تلف شده در اثر سوراخ شدن خطوط لوله بهنگام برخورد با يك وسيله مكانيكي و غيره . در اين مقاله ابتدا مروري بر معادلات جريان در خطوط لوله گاز شده و با استفاده از اين معادلات روشي براي تخمين گازهاي تلف شده در اثر سوراخ شدن خطوط لوله هنگام برخورد با يك وسيله مكانيكي در حالتي كه شكست كامل در شبكه را داريم و حالتي كه در شبكه حفره يا سوراخي ايجاد مي شود ارائه شده است . مقاله مذكور بصورت تئوري انجام شده و فرض شده است كه حفره يا سوراخ ايجاد شده كروي مي باشد ، افت فشار در شبكه صفراست و دما در خطوط نيز استاندارد در نظرگرفته شده است . در ادامه كار مي توان معادلات را براي دماها و اشكال مختلف حفره يا سوراخ ايجاد شده بدست آورد . همچنين مي توان بصورت عملي ميزان انحراف را محاسبه نمود .

واژه کليدي : گاز ، تلف شده ، وسيله مکانيکي ، برخورد ، حفره ، شکست کامل

مقدمه
با توجه به وسعت هر شهر، متراژ شبكه تغذيه و توزيع عوامل و پارامترهاي تاثيرگذار در ميزان گازهاي گمشده را مي‌توان به صورت زير دسته‌بندي كرد:
1- عدم دقت در كنتورهاي خانگي و صنعتي
2- سرقت گاز توسط مشترك
3- عدم تاثير و يا دخالت صحيح، ضرايب تصحيح دما، فشار و تراكم عالي
4- عدم تعيين شاخص براي ميزان مصرف در زمان خرابي كنتورها
5- عدم اندازه‌گيري گاز طبيعي مصرفي توسط هيترها در ايستگاههاي تقليل فشار برون شهري (C. G. S)
6- استفاده از گاز به جاي هوا در تميز كردن خطوط تغذيه و توزيع
7- عدم اندازه‌گيري گازهاي خروجي از شيرهاي اطمينان (safety valve)
8- عدم اندازه‌گيري گازهاي تخليه شده از خطوط
9- ناهمگن بودن آمار و گزارشات مصرف
10- نشت گاز و غيره
كه يكي از مهمترين عوامل در ميزان گازهاي گمشده، نشتي گاز مي‌باشد. نشت گاز حدود 79 درصد كل گازهاي گمشده را شامل مي‌شود. اين نشتيها از كارهاي عملياتي عادي، امور تاسيساتي و توزيع‌ كننده‌هاي سيستم و غيره نتيجه مي‌شوند.
متان بخش عمده‌اي از گاز طبيعي را تشكيل مي‌دهد و زمانيكه وارد اتمسفر شود، يك گاز گلخانه‌اي قوي محسوب مي‌گردد. نشتيهاي متان مي‌تواند از نظر اقتصادي به ميزان قابل توجهي برسد و موجب خطرات ايمني گردد پس با كاهش نشتيهاي متان مي‌توان به منافع اقتصادي و محيط زيست اساسي دست يافت.انجام فرصتهاي موثر موجود براي كاهش نشتي در صنعت نفت و گاز مي‌تواند به كاهش گم شدن محصول، نشت كمتر متان و منافع بيشتر منجر شود. بنابراين علاوه بر اطلاع از ميزان گازهاي گمشده بنا به دلايل اقتصادي و زيست محيطي دانسيته ميزان نشتي براي شركتهاي توزيع مهم است تا بتوانند هم ميزان نشتي را محاسبه كنند و هم بدنبال راه‌حلهايي براي كاهش منظم نشتي‌ها باشند.
در اين مقاله صرفاً بر مبناي مطالعات تئوري، فرمولهاي معتبر در صنعت گاز كه براي محاسبه ميزان نشت گاز در اثر ضربات مكانيكي قابل استفاده مي‌باشد، بررسي شده و يك جدول تصميم‌گيري براي اينكه به هنگام محاسبه هر آيتم خاص از چه معادله‌اي استفاده شود ارائه شده است.
نشت گاز
نشت گاز طبق تعريف عبارتست از خروج ناخواسته گاز كه به علل گوناگون و معمولاً به طور ناگهاني روي مي‌دهد و همواره امكان بروز پديده نشت گاز در تاسيسات خط لوله، شبكه‌هاي گازرساني و منازل وجود دارد.
علل نشت گاز
نشت گاز به علل مختلف در لوله‌هاي گاز و تاسيسات گازي روي مي‌دهد كه مهمترين آنها عبارتند از:
1ـ خوردگي (corrosion)
در اثر نقص در عايق‌كاري و يا عدم اجراي صحيح حفاظت كاتريك سطوح خارجي لوله‌ها، امكان بروز خوردگي وجود دارد. گر چه خوردگيهاي عمده در سطوح خارجي لوله ها اتفاق مي افتد ولي امكان بروز خوردگي داخلي چه در لوله ها و چه در ظروف عملياتي به علت وجود تركيبات خورنده‌اي مثل هيدروژن سولفوره و آب نيز وجود دارد.
2ـ سايش داخلي (Erosion)
در اثر وجود ناخالصيهاي همراه با گاز پديده سايش اتفاق مي‌افتد. معمولاً در محل خم لوله‌ها و يا در شيرهاي كاهش دهنده فشار به علت افزايش سرعت گاز ميزان سايش بيشتر است.
3ـ عوامل خارجي
مانند ضربه‌هاي مكانيكي و اعمال تنشهاي اضافي
4ـ نقص در ساختار متالوژيكي لوله‌ها، اتصالات و شيرها و غيره.
5ـ نقص در اجراء و نصب شيرها و ساير اتصالات فلنجي و رزوه‌اي.
6ـ نقص در جوش لوله‌ها و اتصالات جوشي.
درجه‌بندي نشت
نشت گاز در شبكه‌هاي گازرساني به طور خلاصه مي‌تواند به يكي از طرق زير باشد كه در هر صورت مي‌بايست به عنوان يك پديده خطرناك با آن مواجه شويم.
1- نشتي‌هاي ناپايدار و تدريجي و كم از سيستمهاي لوله‌كشي، فلنجها، شيرها، رگلاتورها و ساير تجهيزات شبكه كه در صورت نشت در فضاي بسته به آرامي تجمع يافته و به حد قابل اشتعال مي‌رسد.
2- نشتي‌هاي نيوماتيكي شيرها و مجراهاي تخليه به اتمسفر در مواقع عمليات تعمير و نگهداري
3- نشتي‌هاي غير مترقبه با حجم زياد از سيستمهاي لوله‌كشي كه در اثر شكستگي و يا بروز نقص مكانيكي اتفاق مي‌افتد و در مدت كوتاهي فضاي اطراف را پر و آماده انفجار مي‌نمايد.
روشهاي تخمين نشتي
فعاليت معمول براي تخمين نشتيهاي گاز در شبكه هاي توزيع استفاده از فاكتورهاي نشر مي‌باشد كه حجم گاز را به ازاي واحد طول يا به ازاي فشار گاز در خط بيان مي‌كند. اين فاكتورها براي مواد و فشارهاي مختلف، متفاوت است و انتخاب مناسبترين روش براي يك موقعيت خاص كم‌اهميت نيست و به طور ايده‌آل بايد براساس اطلاعات پايه‌اي باشد.
شرح فعاليتهاي انجام شده
شبكه‌هاي گازرساني به مجموعه‌اي از ايستگاههاي تقليل فشار شهري و شبكه گسترده‌اي از لوله‌هاي زيرزميني كه در سطح شهر پراكنده و گسترش يافته‌اند اطلاق مي گردد كه وظيفه گازرساني به منازل و واحدهاي تجاري و صنعتي را در داخل هر شهر به عهده دارند. هر چند كه فشار گاز درون اين شبكه‌ها در مقايسه با خطوط انتقالي اصلي به مراتب پائينتر مي‌باشد و علي‌القاعده انتظار مي‌رود كه لوله‌هاي مذكور و تاسيسات مربوط به آنها كمترين حوادث را داشته باشند ولي به دليل وسعت و گستردگي زياد اين شبكه‌ها و قرار گرفتن آنها در زير معابر و خيابانها گهگاه شاهد حوادث ناشي از نشت گاز مي‌باشيم.
براساس اطلاعات موجود بيشترين حوادث منجر به نشتي‌هاي عمده در شبكه‌هاي گازرساني بر اثر حفاري ساير سازمانها در خيابانها و معابر اتفاق افتاده است. عدم هماهنگي سازمانهايي نظير آب و فاضلاب، برق و مخابرات به شركت گاز در موقع حفر كانال باعث برخورد بيل مكانيكي به لوله‌هاي گاز و بروز نشتي در آنها بوده است. البته همانطور كه در قبل ذكر شد عوامل ديگري در بروز نشتي موثر مي‌باشد.
در مراجع و هندبوكهاي معتبر مهندسي شيمي و مهندسي گاز نظير GPSA فرمولهايي براي محاسبه شدت جريان خروجي سيالات تراكم‌پذير از يك منبع فشار بالا به يك محيط با فشار كم داده شده است كه تمامي اين روابط را مي‌توان با اصول حاكم بر سيالات تراكم‌پذير اثبات نمود. در اين مقاله با كمك اين فرمولها روشهايي براي تخمين گازهاي نشت شده از خطوط لوله به هنگام صدمات مكانيكي در حالتهاي مختلف شكست، ارائه شده است.
در تمامي اين روشها ميزان گاز نشت شده به طور مستقيم اندازه‌گيري نمي‌شود و به طور تقريب تخمين زده مي‌شود. چنين تخمينهايي داراي عدم قطعيت بالا بوده و كار بيشتر نياز به بهبود قابليت اطمينان آنها دارد. به هر حال چنين مطالعاتي بسيار پرهزينه هستند و تعداد كمي كار در اين خصوص در متون فني يافت مي شود. بنابراين توسعه روشهاي قابل اطمينان براي ارزيابي و محاسبه نشتي گاز هنوز يك موضوع باز است كه به تلاش بيشتري نياز دارد.
انواع شكست
به هنگام ايجاد صدمات مكانيكي در خط لوله حالتهاي مختلفي از شكست ممكن است ايجاد شود كه عبارتند از:
1- شكست كامل خط لوله
2- ايجاد حفره يا سوراخ در خط لوله
فرضيات
در اثبات و بكارگيري فرمولها و روشهاي ارائه شده براي محاسبه حجم گاز نشت شده در اثر صدمات مكانيكي فرضياتي در نظر گرفته شده كه به شرح زير مي‌باشد:
1- در اثر شكست ،گاز مستقيماً به اتمسفر تخليه مي شود در واقع از مقاومت خاك صرفنظر شده است.
2- از افت فشار در شبكه صرفنظر شده و فرض بر اين مي‌باشد كه در طول خط لوله فشار يكنواختي وجود دارد.
3- فرض بر اين مي‌باشد كه يك منبع تغذيه وجود دارد .
4- جريان گاز در خط لوله آرام در نظر گرفته شده است و فرمولهاي ارائه شده براي شبكه توزيع مي‌باشد.
5- حفره ايجاد شده به صورت دايره‌اي مي‌باشد.
مقادير محاسبه شده با استفاده از فرمولهاي ارائه شده تخميني از ماكزيمم مقدار گاز نشت شده مي‌باشد، زيرا از تاثير پارامترهايي همانند مقاومت در نقطه شكست به علت وجود خاك، مقاومت موجود به علت شكل و زبري لبه شكست و افت فشار و غيره صرفنظر شده است.
روش محاسبه گاز نشت شده در شكست كامل لوله‌ها
همانطور كه بيان شد يكي از حالات صدمات مكانيكي، شكست كامل لوله مي‌باشد. در چنين حالتي فشار در نقطه شكست برابر با فشار اتمسفر يا به عبارتي فشار گيج صفر مي‌باشد و قطر شكست برابر قطر لوله است. بنابراين با توجه به معادلات حاكم بر محاسبه جريان در داخل لوله‌ها مي‌توان حجم گاز نشت شده را تخمين زد.
براي شبكه‌هاي توزيع با يك تقريب خوب مي‌توان از معادلات ارائه شده در جدول 1 استفاده كرد.
جدول 1: معادلات مورد استفاده در شبكه‌هاي توزيع براي تخمين حجم گاز نشت شده در اثر صدمات مكانيكي
معادله پيشنهادي فرمول معادله كاربرد
Spitz glass (1)
با تقريب خوب براي جريان در داخل لوله‌هاي صاف با قطر in12 و كمتر
Pole(2)
با تقريب خوب براي جريان در داخل لوله‌هاي صاف با قطر in4 و كمتر
IGT (3)
با تقريب خوب براي جريان در داخل لوله‌هاي صاف
, : s.Pa , T : K
sT : دماي استاندارد
sP : فشار استاندارد
Z : ضريب تراكم پذيري گاز
G: وزن مخصوص گاز
avgT : دماي متوسط گاز
: ويسكوزيته گاز
1P : فشار ورودي
2P : فشار خروجي
جدول 2: ضرايب ثابت C در معادله Pole
‍‍C قطر لوله (in)
4.635 4/3 الي 1
5.096 4/1 1 الي 2/1 1
5.561 2
6.027 3
6.255 4
در تمامي معادلات فوق با قرار دادن p2 معادل صفر و D معادل قطر لوله مي‌توان حجم گاز نشت شده در شكست كامل را به دست آورد.
روش تخمين گاز نشت شده هنگام ايجاد حفره در خطوط لوله
شكل دوم از صدمات مكانيكي وارد بر خطوط لوله، ايجاد حفره مي‌باشد كه در اينجا فرض بر اين است كه حفره ايجاد شده به صورت دايره‌اي مي‌باشد. در اين مورد با بررسي معادلات و روابط موجود در هندبوك مهندسي گاز (GPSA) دو حالت را مي‌توان در نظر گرفت.
1ـ جريان بحراني (critical flow)
در اين حالت در اثر ايجاد حفره در خط لوله فشار در انتهاي خط به كمتر از نصف فشار خط مي رسد. كه مي‌توان از روابط زير براي محاسبه شدت جريان نشت شده استفاده كرد.
Q: حجم گاز نشت شده
d: قطر نقطه شكست (mm)
P: فشار ابتداي خط (Kpa)
: دماي سيال
: ثابت جريان بحراني
K: نسبت ظرفيت حرارتي
Z: ضريب تراكم پذيري
G: وزن مخصوص گاز
2ـ جريان غيربحراني (subcritical flow)
در اين حالت با توجه به بررسيها و مطالعات انجام شده در صورتي كه قطر حفره بسيار كوچك باشد با يك تقريب خوب و با در نظر گرفتن فرضيات ذكر شده مي‌توان از معادلات حاكم بر اوريفيسها حجم گاز نشت شده را تخمين زد. كه اين روابط عبارتند از:
Q: حجم گاز نشت شده
: دماي سيال
d: قطر سوراخ (mm)
D: قطر لوله (mm)
: ثابت اوريفيس
H: فشار ابتداي خط (mm Hg)
بحث و نتيجه‌گيري
بررسي صحت فرمولها و روشهاي ارائه شده نياز به تحقيقات و كار بيشتر همچنين صرف وقت و هزينه زيادي را دارد اما با يك تقريب خوب مي‌توان به عنوان پايه از فرمولهاي ارائه شده با در نظر گرفتن موارد زير استفاده نمود.
• در صورتي كه قطر حفره بزرگتر از تقريبا" 40درصد قطر لوله شودبه علت افت فشار زياد و ناگهاني در شبكه ، مي‌توان حجم گاز نشت شده را معادل با حالتي در نظر گرفت كه شكست كامل داريم و از روابط حاكم بر آن استفاده نمائيم.
• در حالتي كه قطر نقطه شكست بسيار كم تقريبا" كمتر از 10% قطر لوله باشد افت فشار چنداني نداريم و مي توان گفت جريان غير بحراني است و از فرمول (5) براي محاسبه حجم گاز نشت شده مي‌توان استفاده نمود.
پيشنهادات
در ادامه كار ميتوان به موارد زير پرداخت :
1- محاسبه گاز نشت شده وقتي دو منبع تغذيه وجود دارد.
2- محاسبه گاز نشت شده وقتي حفره ايجاد شده بصورت غير دايره اي مي باشد.
3- محاسبه گاز نشت شده بدون صرفنظر كردن از افت فشار موجود در شبكه .
مراجع
1- آموزش نيروي انساني شرکت گاز ، " ايمني گاز طبيعي " ، جلد1 ، آموزش نيروي انساني شرکت گاز ، چاپخانه شرکت ملي گاز .
2- آموزش نيروي انساني شرکت گاز ، " گازرساني " ، جلد2 ، آموزش نيروي انساني شرکت گاز ، چاپخانه شرکت ملي گاز.
3- استريتر-وايلي ، " مکانيک سيالات " ، ترجمه ملکزاده ، غلامرضا ، جلد 1، ويرايش 8 ، آستان قدس
تهيه کننده :
مرضيه تفنگ چي ها رييس واحد آموزش شركت گاز استان قزوين


تاریخ به روز رسانی:.


مجری سایت : شرکت سیگما