شرکت طراحی، مشاوره و تولید مواد شیمیایی FNSB

تاثیر دمای هوا روی عملکرد توربین های گازی

طراحی توربین های گازی بر اساس شرایط استاندارد ISO که دارای مشخصات زیر می باشد انجام می پذیرد.

1. دمای هوای خشک برابر 15 ⁰C
2. دمای هوای مرطوب برابر 7.2 ⁰C
3. رطوبت نسبی هوا برابر 60%
4. فشار هوا 1bar

اما اغلب توربین های گازی در شرایط متفاوتی با شرایط ISO  از نظر آب و هوایی نصب و مورد بهره برداری قرار میگیرند که تاثیر دمای محیط بر روی توان خروجی توربین همچنین دما و حجم گازهای خروجی و میزان توان مصرفی توربین  در شکل زیر نمایش داده شده است.

سوال این است که چگونه دمای هوا بر عملکرد توربین گازی موثر است ؟ که در جواب باید گفت چون دمای خشک هوا با دانسیته آن نسبت عکس داشته و از طرفی توان خروجی از توربین بستگی به جرم هوای ورودی دارد نه حجم آن بنابراین با افزایش دمای هوای ورودی به توربین جرم هوا کم شده و در نتیجه توان آن کاهش می یابد ضمن اینکه جهت جبران آن مجبور به افزایش توان سوخت مصرفی خواهیم بود و ماحصل آن افزایش دمای گازهای خروجی می باشد و می تواند توان مورد انتظار توربین را محدود نماید.

راه حل

با توجه به موارد فوق برای افزایش راندمان توربین های گازی لازم است تا شرایط هوای ورودی به توربین را به شرایط استاندارد نزدیک شود. راه حل هائیکه جهت این کار در نظر گرفته شده است عبارتند از:

1.      خنک کردن به روش تبخیر( روش معمول در کولر های آبی)

2.      سیستم تزریق آب به هوا ( Fogging System )

3.      سیستم سرمایش مکانیکی

4.      استفاده از چیلر جذبی

روش اول بصورت شماتیک در شکل زیر نمایش داده شده است.

در روش دوم آب بدون املاح با نازل و بصورت پاششی به هوای ورودی تزریق میشود. کیفیت آب اهمیت دارد.

در روش سوم از یک مبدل با سیال مبرد نظیر آب خنک  در ورودی هوا استفاده میشود که آب بوسیله سیستم کولینگ یا به کمک سرما سازهای مکانیکی  خنک میشود.

در روش چهارم که همانند روش قبل می باشد لیکن آب به وسیله چیلرهای جذبی خنک میگردد.

مقایسه روشهای خنک کردن هوا

  در روش اول و دوم حدود 6% راندمان توربین گازی افزایش می یابد اما در روش سوم و چهارم بر حسب نوع خنک کردن هوا تا 15% می توان افزایش راندمان داشت.

  دمای مرطوب هوا و رطوبت نسبی در روش اول و دوم تاثیرگذار خواهد بود ولی در دو روش دیگر خیر.

  چنانچه هزینه نصب و راه اندازی روش اول را یک ( 1 ) در نظر بگیریم برای روش دوم ( 2 ) برای روش سوم ( 10 ) و برای روش چهارم (5/8 ) خواهد بود.

کنترل کیفیت آب Boiler water و Boiler Feed Water (BFW)

چکیده

کیفیت Boiler water و BFW با تعیین پارامترهایی از قبیل سختی، محتوای روغن، اکسیژن حل شده، pH ، محتوای یونهای فسفات و سولفت کنترل می­گردد که با کنترل موارد فوق در محدوده تعیین شده توسط مراجع و شرکتهای سازنده از خوردگی و تشکیل رسوب جلوگیری شده و کاراریی بویلر افزایش پیدا می­کند.

مقدمه

کنترل کیفیت آب بویلر عملی اساسی جهت جلوگیری از کاهش کارایی بویلر، خراب شدن لوله­ها به دلیل اسکیل بستن سطح جانبی داخلی آنها می­باشد. بسته به فشار عملیاتی بویلر کیفیت آب پیشنهادی بویلر فرق می­کند که باید از دفترچه راهنمای شرکت سازنده یا مراجع استخراج گردد.

سختی (TH: Total Hardness)

سختی آب به واسطه حل کلسیم و منیزیم در آب مشاهده می­گردد که معادل کربنات کلسیم (CaCO₃) بر حسب ppm است. نگه داشتن سختی BFW در محدوده مقادیر ذکر شده عملی ضروری است چون سختی آب اصلی ترین عامل تشکیل دهنده اسکیل روی سطح جانبی داخل تیوبهای بویلر  بوده و منجر به تجمع لجن در داخل بویلر می­گردد که این پدیده سبب کاهش کارایی بویلر گردیده و هر از گاهی لوله­های بویلر را خراب می­کند.

اکسیژن حل شده

اکسیژن حل شده در BFW اصلی ترین عامل خوردگی سطح جانبی داخلی بویلر و لوله­های Feed Water است. بنابراین بعد از هوازدایی مکانیکی، اکسیژن حل شده باقیمانده باید تا جای ممکن به وسیله دی اکسیداسیون مواد شیمیایی با استفاده از موادی به مانند هیدرازین یا سولفیت سدیم حذف گردد.

کاربرد هیدرازین در بویلرهای با فشار بالاتر از 900 psi ارجحیت دارد و واکنش آن با اکسیژن به شرح زیر است:

N₂H₄ + O₂ à N₂ + 2H₂O

سولفیت سدیم در فشار کمتر از 900 psi استفاده می­شود و واکنش آن با اکسیژن عبارت است از:

SO₃^-2 + 1/2O₂ à SO₄^-2

این واکنش در دماهای بالا سریع و در دماهای معمولی کند است. بنابراین سولفیت سدیم به طور دائم به مخزن هوازدا، یا به ابتدای لوله خوراک آب اامایزرها و پیش گرمکن ها افزوده می­شود. برای محافظت از پیش گرمکنها کاتالیزور به سولفیت سدیم اضافه می­شود که در بازار به صورت سولفیت سدیم کاتالیزوری فروخته می­شود.

pH آب بویلرها

در تئوری سرعت خوردگی سطح استیل در pH = 12  حداقل است با این وجود pH آب بویلر نباید بیش از حد بالا باشد چون منجر به افزایش Carry Over می­شود بنابراین pH آب بویلر باید در محدوده دکر شده شرکت سازنده کنترل شده و بسته به شرایط عملیاتی فشاری بویلر اندکی پایین­تر از 12 کنترل گردد.

قلیاییت آب بویلر

تعیین میزان قلیاییت آب بویلر با استفاده ار محلول استاندارد اسید به روش تیتراسیون، یکی از روشهای ساده و مهم برای کنترل آب دیگهای بخار است با اندازه­گیری قلیاییت فنل فتالین و متیل اورانژ، مقادیر P و M ، می­توان غلظت تقریبی هیدروکسید، کربنات و بی­کربنات را در آب ها تعیین نمود. این مقادیر  در کنترل خوردگی و جلوگیری از تشکیل رسوب دیگهای بخار اهمیت دارند.

فسفات

بدون توجه به روش نرم سازی آب، معمولا مقداری سختی در آب تصفیه شده باقی می­ماند. یکی از روشهای مرسوم برای جلوگیری از تشکیل رسوبات قلیایی خاکی افزایش فسفات می­باشد که فسفات در محلول قلیایی کلسیم و منیزیم را به صورت یک لجن نرم پراکنده رسوب می­دهد.

زمانی که سختی کل آب خوراک بیش از 15-20 ppm بر حسب CaCO₃ است استفاده از فسفات عملی منطقی نیست زیرا آنقدر لجن تشکیل می­شود که به طور مرتب باید Blow down کرد. تزریق بیش از اندازه فسفاتهای سدیم سبب کف کردن و جدا شدن گل فسفات در بویلرها و لوله­های دیواره آن می­گردد.

سیلیکا SiO₂

وجود سیلیکا در آب بویلر منجر به اسکیل بستن شدید می­گردد با افزایش فشار سرعت حل سیلیکا در آب بویلر کاهش می­یابد بنابراین محدودیت سیلیکا در بویلر با افزایش فشار کاهش می­یابد. همچنین وجود سیلیکا در آب بویلر منجر به آلودگی Steam به آن می­گردد. اگر Steam برای توربین استفاده شود غلظت بالای سیلیکا منجر به آسیب دیدن پره­های توربین خواهد شد. سیلیکا به دلیل انحلال و Carry over وارد Steam می­گردد. سرعت انحلال سیلیکا در Steam بستگی به فشاربویلر، غلظت سیلیکا و pH آب بویلر دارد، بنابراین محتوای سیلیکا باید در محدوده ذکر شده نگهداری شود.

خشک کردن گاز طبیعی

انواع روشهای خشک کردن گاز

آب متداولترین و نامناسب­ترین ناخالصی موجود در گاز است. حضور آب در جریان گاز سبب بروز برخی مشكلات در عملیات مربوط به تولید می­شود. بسته به دما و فشار موجود در تأسیسات، آب ممكن است به مایع تبدیل شده و منجر به تشكیل هیدرات­ها، تركیبات جامد یا در صورت حضور سازنده­ای اسیدی در گاز، منجر به خوردگی شدید شود. تشکیل هیدرات چه در فرایند و چه در حمل و نقل و انتقال صورت گیرد، باعث گرفتگی در شیرها و مسیر خطوط لوله ارتباطی گاز شده و سبب از کار اندازی و خرابی دستگاه­های ارزشمند می­شود. لذا جداسازی آب از گاز، فرایندی ضروری به شمار می­رود. روشهای مختلف فرایند آب زدایی گاز عبارتند از:

روش جذب در مایع بوسیله مایعات نمگیر^[1]

روش جذب جامد بوسیله جامدات نمگیر^[2]

میعان بوسیله فشرده­کردن یا سردکردن گاز

انتخاب روش آب زدایی بستگی به شرایط گاز (اجزای تشکیل دهنده، فشار، دما و دبی) و میزان آب زدایی دارد. مقدار آب موجود در گاز را می­توان با نقطه شبنم گاز در فشار و دمای موردنظر مشخص کرد.

الف- آب زدایی به روش جذب در مایع

جذب توسط حلال، رایج ترین فرآیندی است که به منظور آب زدایی گاز طبیعی در صنعت بکار می­رود. در حالت كلی در یك فرآیند جذب، گازی که باید فرآوری شود در یک برج سینی­دار یا پر شده با حلالی که خاصیت جذب انتخابی دارد به طور غیر همسو در تماس قرار می­گیرد. اگر حلالی که از بالای برج وارد آن می­شود خالص باشد، مقدار گردش حلال و تعداد سینی­ها و یا ارتفاع پركن­ها را در برج   می­توان به گونه­ای تنظیم کرد تا میزان خلوص گاز در هنگام خروج از برج، منطبق با معیارهای مشخص شده باشد. حلالی که از برج جذب خارج می­شود جهت بازیابی به یک ستون تقطیر که اغلب در فشار پایین­تری نسبت به برج قبلی عمل می­کند، فرستاده می­شود. پس از بازیابی، حلال دوباره به سمت برج جذب برگردانده می­شود.

برخی مایعات قابلیت جذب آب از گاز را دارا می­باشند، اما تعداد کمی از آنها از نظر اقتصادی مناسب هستند. به­طور كلی حلالی برای آب زدایی مناسب است كه دارای خصوصیات زیر باشد:

گرایش شدید نسبت به آب

قیمت كم

غیر خورنده

گرایش كم نسبت به هیدروكربن­ها وگازهای اسیدی

پایداری حرارتی

بازیافت آسان

گرانروی پایین

فشار بخار پایین در دمای تماس

حلالیت كم در هیدروكربن­ها

تمایل كم برای تشكیل كف و معلق شدن

جهت نم­زدایی، هر یک از محلولهای زیر می­توانند مورد استفاده قرار گیرند:

کلسیم کلراید

لیتیم کلراید

متانول

اتیلن گلایکول با علامت اختصاری EG و فرمول شیمیاییH₆O₂   ‍C₂   

دی­اتیلن گلایکول با علامت اختصاری DEG و فرمول شیمیاییH₁₀O₃   ‍C₄

تری­اتیلن گلایکول با علامت اختصاری TEG و فرمول شیمیاییH₁₄O₄   ‍C₆

ب- روش جذب جامد به وسیله جامدات نمک گیر

در این روش علاوه بر بخارآب ناخالصیهای دیگر گاز نیز توسط مواد جاذب جدا می­شوند. مكانیزم جذب به سه طریق انجام می­شود:

جذب سطحی

ایجاد آب هیدراته با مواد جامد

واكنش شیمیایی با جامد

روش جذب سطحی بیشترین كاربرد را برای آبگیری در صنعت پالایش گاز دارد.

به طور كلی یك ماده جاذب باید دارای خصوصیات زیر باشد:

دارای سطح زیاد بر واحد وزن باشد.

نسبت به اجزاء قابل جذب، فعال باشد.

میزان انتقال جرم در آن زیاد باشد.

احیاء آن آسان بوده و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشد.

مدت قابل ملاحظه­ای مواد جذب شده را در خود نگه دارد.

در مقابل جریان گاز مقاومت كم ایجاد كند.

خرد نشده و به صورت پودر درنیاید.

ارزان، غیرخورنده و غیر سمی باشد و تركیب شیمیایی ایجاد نكند.

تغییر حجم قابل ملاحظه در موقع جذب و احیا ایجاد ننماید.

در اثر مرطوب شدن مقاومت آن كم نشود.

هر گرم از مواد جاذبی كه كاربرد صنعتی دارند، سطحی در حدود 500 تا 600 مترمربع ایجاد می­كنند. چنین سطحی در صورتی امكان پذیر است كه جسم به علت موئینگی دارای سطح داخلی زیاد باشد و یا شبكه­های كریستالی در جسم بوجود آید. متداولترین و مناسب ترین مواد جاذب كه در صنعت كاربرد دارند عبارتند از:

بوكسیت (Al₂O₃) كه بطور طبیعی یافت می­شود.

آلومینا كه عبارت است از Al₂O₃ فعال شده كه از بوكسیت تهیه می­شود.

سیلیكاژل كه قسمت اعظم آن شامل Al₂O₃ و SiO₃ است و به طور طبیعی یافت می­شود.

غربالهای مولكولی كه شامل سیلیكات كلسیم و سدیم و آلومینیم است.

كربن فعال

تئوری شیرین سازی گاز ترش

گازهای ترش ترکیباتی هستند که در مواجهه با محیط های آبی، تولید محلوهای اسیدی میکنند و بیشتر شامل سولفید هیدروژن، دی اکسید کربن، کربونیل سولفید (COS)، کربن دی سولفید  (CS₂)و مرکاپتانها هستند. گازهایی که حاوی این ترکیبات هستند را گازهای ترش می نامند و به فرایندهایی که برای جداسازی جمیع این ترکیبات و یا جداسازی هر کدام از آنها انجام می گیرد، شیرین سازی گفته میشود. در بین این مواد و ترکیبات، H₂S خطرناک تر است و خورندگی بیشتری ایجاد مینماید. وجود سولفید هیدروژن در ترکیب گاز سبب میشود تا نتوان از آن به عنوان سوخت نیز استفاده کرد. بنابراین باید قبل از استفاده در دستگاهها، آنرا جدا نمود. جنبه سمی بودن ترکیبات H₂S و CO₂ به مواقعی برمیگردد که خوراک حاوی بخار آب باشد یا احتمال کندانس شدن بخار آب یا یک ترکیب دیگر که با H₂S و CO₂ تشکیل اسید دهد، وجود داشته باشد.

فرایندهای شیرین سازی گاز طبیعی

هنگامی که درصد ترکیبات اسیدی موجود بیشتر از حد مجاز صادرات یا مصرف باشد باید از فرایند شیرین سازی گاز برای جداسازی این ترکیبات استفاده کرد. این فرایند معمولاً بر پایه جذب شیمیایی استوار میباشد. البته فرایندهای جذب فیزیکی نیز میتوانند استفاده شوند. بسته به فشار جریان گاز و فشار جزئی گازهای اسیدی، از فرایندهای جذب فیزیکی (با بکارگیری یک حلال خشک) نیز میتوان استفاده نمود. با این حال فرایند جذب فیزیکی، بیشتر برای جداسازی هیدروژن سولفید مناسب است و جداسازی دی اکسید کربن با این فرایندها مشکل میباشد. به طور اجمالی برای شیرین سازی گاز، روشهای زیر به کار گرفته میشوند:

·        جذب شیمیایی (استفاده از حلال مایع)

·        جذب فیزیکی (استفاده از حلال جامد و خشک)

·        جذب در بستر جامد (استفاده از بسترهای جامد جاذب)

در فرایند جذب شیمیایی، حلال شیمیایی ترکیبات اسیدی را جذب میکند. این کار از طریق یک واکنش شیمیایی رخ میدهد و در مرحله بعد، حلال در فشار پایین و دمای بالا احیا میگردد. رایج ترین فرایندهای شیمیایی، شیرین سازی با آمین میباشند. در کل، آلکانول آمینها[1]، بازهای ضعیفی هستند که با گازهای اسیدی واکنش میدهند و کمپلکسهای نمکی تشکیل میدهند. مهمترین جاذبهای شیمیایی عبارتند از همان آلکانول آمینها که دارای دسته بندی زیر هستند:

جدول: مشخصات آلکانول آمین های استفاده شده در شیرین سازی گاز

آلکانول آمینها به دلایلی نمی توانند به طور خالص استفاده شوند. اول اینکه در دماهای معمولی بصورت جامد هستند. دوم اینکه پایداری کمی در دماهای بالا دارند و در اثر تجزیه در دماهای بالا تولید محصولات خورنده مینمایند. بنابراین این ترکیبات بصورت محلولهای آبی و با غلظتهای زیر مورد استفاده قرار میگیرند:

·        مونو اتانول آمین  . 15 تا 20 درصد وزنی

·        دی اتانول آمین   . 20 تا 35 درصد وزنی

·        تری اتانول آمین  . 30 تا 50 درصد وزنی