محاسبه میزان هدررفت گاز طبیعی از یک حفره در خطوط لوله توزیع گاز زیر زمینی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

3 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران

چکیده

در این تحقیق با استفاده از روش عددی به محاسبه میزان نشتی گاز طبیعی از یک سوراخ کوچک واقع بر سطح جانبی لوله­ای در خطوط توزیع گاز طبیعی رو­زمینی و مدفون در خاک پرداخته شده است. هندسه مورد بررسی توسط نرم­افزار Gambit طراحی و شبکه­بندی شده و سپس حل عددی توسط نرم­افزار Fluent انجام شده است. سیال مورد نظر، تراکم­پذیر با رفتار گاز ایده­آل و جریان به­صورت آشفته می­باشد و خاک، به­صورت یک ناحیه متخلخل در نظر گرفته شده است. نتایج به­دست آمده نشان می­دهد که در سوراخ­های با قطر کوچک، سرعت تخلیه به سرعت صوت رسیده و به­اصطلاح خفگی در جریان رخ می­دهد. همچنین نتایج حاصل از برازش داده­ها نشان دهنده این است که دبی حجمی گاز نشت­یافته، یک رابطه خطی با فشار و رابطه درجه دو با قطر سوراخ دارد. برای لوله­های زیر زمینی، در سوراخ­های با قطر کوچک نسبت به سوراخ­های بزرگ­، عمق نفوذ گاز در داخل خاک بیش­تر اما دبی حجمی گاز نشت یافته کمتر می‌باشد. در انتها به منظور کاربرد نتایج برای صنایع گاز طبیعی، روابط همبسته­ای برای محاسبه نشت گاز در حالت­های لوله رو زمینی و زیر زمینی ارائه شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Ebrahimi-Moghadam A., Farzaneh-Gord M., and Deymi-Dashtebayaz M., Correlations for estimating natural gas leakage from above-ground and buried urban distribution pipelines, Journal of Natural Gas Science and Engineering, Vol. 34, pp. 185-196, 2016.
[2] H. Y. et al., Analysis of natural gas pipeline accident hazards quantitative, China Safety Science, Vol. 13, No. 6, pp. 21-24, 2003.
[3] Flatt R., A singly-iterative second-order method of characteristics for unsteady compressible one-dimensional, Communications in applied numerical methods, Vol. 1, No. 6, pp. 269-274, 1985.
[4] Costello K., Lost and unaccounted-for gas: Challenges for public utility regulators, Utilities Policy , Vol. 29, No. 1,  pp. 17-24, 2014.
[5] Arpino F., Dell’Isola M., Ficco G., and Vigo P., Unaccounted for gas in natural gas transmission networks: Prediction model and analysis of the solutions, Journal of Natural Gas Science and Engineering , Vol. 17, No.1,  pp. 58-70, 2014.
[6] Montiel H., Vìlchez J., Arnaldos J., and Casal J., Historical analysis of accidents in the transportation of natural gas, Journal of Hazardous Materials, Vol. 51, No. 1-3, pp. 77-92, 1996.
]7[ جابری خسروشاهی علیرضا، حسین پور سیامک، نورالهی بسطام نوراله، شبیه­سازی جریان و تعیین دبی گاز خروجی هنگام شکست کامل لوله با در نظر گرفتن خواص گاز واقعی، نخستین کنفرانس بین­المللی نفت، گاز و پتروشیمی با رویکرد توسعه پایدار (ارتباط دانشگاه با صنعت)، تهران، ایران، 1393.
[8] Nouri-Borujerdi A., Transient modeling of gas flow in pipeline following catastrophic failure, Mathematical and Computer Modelling, Vol. 54, No. 11-12, pp. 3037-3045, 2011.
[9] Montiel H., Vìlchez J., Casal J., and Arnaldos J., Mathematical modelling of accidental gas releases, Journal of Hazardous Materials, Vol. 59, No. 2-3, pp. 211-233, 1998.
[10] Woodward J. L., and Mudan K. S., Liquid and gas discharge rates through holes in process vessels, Journal of Loss Prevention in the Process, Vol. 4, No. 9, pp. 161-165, 1991.
[11] Yuhu D., Huilin G., Jing᾿en Z., and Yaorong F., Mathematical modelling of gas releases through holes in pipelines, Chemical Engineering Journal, Vol. 92, No. 1-3, pp. 237-241, 2003.
[12]  Lu L., Zhang X., Yan Y., Li J. M., and Zhao X., Theoretical Analysis of Natural-Gas Leakage in Urban Medium-Pressure Pipelines, Journal of Environment and Human, Vol. 1, No. 2, pp. 71-86, 2014.
[13] Jo Y., and Ahn B., A simple model for the release rate of hazardous gas from a hole on high-pressure pipelines, Journal of Hazardous Materials, Vol. 97, No. 1-3, pp. 31-46, 2003.
[14] Oke A., Mahgerefteh H., Economou I., and Rykov Y., A transient outflow model for pipeline puncture, Chemical Engineering Science, Vol. 58, No. 20, pp. 4591-4604, 2003.
]15[ نورالهی احسان، داورپناه سید احسان، برادران رحیمی اصغر، شبیه­سازی نشتی خطوط لوله گاز با استفاده از روش مشخصه­ها، دوازدهمین کنفرانس دینامیک شاره­ها، بابل، ایران، 1388.
[16] Kostowski W. J., and Skorek J., Real gas flow simulation in damaged distribution pipelines, Energy, Vol. 45, No. 1, pp. 481-488, 2012.
[17] Engineering Data Book, Twelfth Edittion, Gas Processors Suppliers Association (GPSA), Oklahoma, 2004.
[18] FLUENT 6.3 User᾿s Guide, February 2003.
[19] Versteeg H. K., and Malalasekera W., An introduction to computational fluid dynamics; the finite volume method, Longman Scientific and Technical, London, 1995.
[20] Launder B. E., and Spaldind D. B., The numerical computation of turbulent flows, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol. 3, No. 2, pp. 269-289, 1974.
[21] Ewing R. E., Wang J., and Weekes S., On the simulation of multicomponent gas flow in porous media, Applied Numerical Mathematics, Vol. 31, No. 4, pp. 405-427, 1999.
[22] Itoh O. T., Thermal properties of soils, CRREL, United States, 1981.
[23] Ergun S., Fluid flow through packed columns, Chem. Eng. Prog., Vol. 48, No. 2, pp. 89-94, 1952.
]24[ جابری خسروشاهی علیرضا، ارزیابی و تحلیل مقدار گاز طبیعی تخلیه شده از لوله به محیط، پایان­نامه مقطع کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی سهند، 1393.
[25] Handbook of Polyethylene Pipe, Second Edittion, Plastics Pipe Institute (PPI), Decker Court , 2007.