Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Nasresfahany
محسن نصراصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Reza Mansourizadeh
رضا منصوری زاده

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Investigation of Reduce Fuel Consumption’s Methods in Indirect Water Bath Heat Exchanger in City Gate Station
Natural gas pressure decreases in City Gate Stations (CGS) for industrial and residential use. The moisture present in natural gas may result in hydrate formation in the pipelines. Water bath heat exchanger is used to prevent hydrate formation by increasing the temperature of natural gas. Energy consumption in heaters of CGS is considerable and high quality refined gas is used for combustion in these heaters. Because of great amount of air or fuel entered into combustion chamber of the heaters as well as high temperature of stack effluent, these heaters usually work inefficiently and there is room for improving performance. The aim of the present thesis was to save fuel consumption in heaters. Computation fluid dynamic was used to analyse the heater making use of commercial software Fluent 15. Heat recovery from combustion exhausts by installing an economizer was studied. Four economizers with two helical coils with a diameter of 25.4 mm and 50.8 mm and pitch 1.5 and 1.8 and four economizer with a single helical coil with a diameter of 50.8 mm and 101.6 mm and pitch 1.5 and 1.8 were examined. The results showed that installing economizer with two helical coils with a diameter of 50.8 mm and pitch 1.5 made the greatest saving in fuel consumption by10%. Heat recovery from combustion exhausts by installing a recuperator was also studied. Installing recuperator reduces fuel consumption by 11%. Improved performance of the heat exchanger with different finned tubes were also investigated with corrugated fins with height to tube diameter ratio of 0.05, 0.075 and 0.1 and the ratio of blade pitch to height of 4, 10 and 20. Finned tube with the ratio of height to tube diameter of 0.1 and the ratio of pitch to the height of 4 showed the best performance by reducing fuel consumption by 3.3%. Fluid in the tank transfers energy from fire tubes to coils via natural convection. Addition Al 2 O 3 nano particles to the fluid, increased the transfer rate. Addition of 1% (vol) Alumina to the fluid reduced the fuel consumption by 3%. It is proposed that both nano fluid addition and installing economizer or recuperator will be used to achieve the best performance. Keywords : City Gate Station, Helical Coiled Heat Exchanger, Finned Tube, Nano Fluid, Natural Convection Heat Transfer, Subcooled Boiling
در ایستگاه های کاهش فشار گاز طبیعی، فشار گاز طبیعی به‌منظور استفاده تجاری و مسکونی کاهش می یابد. به دلیل وجود رطوبت در گاز طبیعی با کاهش فشار احتمال تشکیل هیدرات در خطوط لوله انتقال گاز طبیعی افزایش می یابد که احتمال انسداد خطوط را در پی دارد. برای جلوگیری از این اتفاق در ایستگاه کاهش فشار گاز طبیعی از یک مبدل غیر مستقیم آب به گاز به‌منظور افزایش دمای گاز طبیعی استفاده می شود. در این مبدل ها، مقداری از انرژی گرمایی تولیدشده توسط مشعل توسط سیال واسط جذب و بقیه آن از طریق دودکش به محیط منتقل می شود. به‌منظور افزایش کارایی مبدل انتقال گرما و درنتیجه، صرفه جویی در مصرف سوخت مشعل های مبدل راه های بهبود عملکرد مبدل انتقال گرما و استفاده بیشینه از انرژی تولیدشده، موردبررسی قرارگرفت. در این پایان نامه، دینامیک سیالات محاسباتی برای شبیه‌سازی حالت سه‌بعدی پدیده‌ انتقال گرما برای قسمت‌های مختلف مبدل استفاده شده است. معادلات حاکم بر روی هندسه مبدل انتقال گرما در نرم‌افزار تجاری فلوئنت 15 شبیه‌سازی شده‌اند. به کمک شبیه‌سازی راه های مختلف بهبود عملکرد مبدل انتقال گرما مورد بررسی قرارگرفته است. یکی از راه های بهبود عملکرد مبدل، بازیافت گرما گازهای حاصل از احتراق خروجی از دودکش مبدل توسط یک مبدل جانبی به عنوان اکونومایزر و گرم کردن سیال واسط درون مبدل است. در این پژوهش چهار اکونومایزر با دو لوله مارپیچ با قطر 4/25 میلی‌متر و 8/50 میلی‌متر و نسبت گام پیچش به قطر لوله 5/1 و 8/1 و چهار اکونومایزر با یک لوله مارپیچ با قطر 8/50 و 6/101 میلی متر و نسبت گام پیچش به قطر لوله 5/1 و 8/1 مورد بررسی قرارگرفته است. نتایج بررسی نشان داد که اکونومایزر با دو لوله مارپیچ با قطر 8/50 میلی متر و نسبت گام پیچش به قطر لوله 5/1 با جذب بیشترین گرما بالاترین دمای خروجی را برای سیال واسط در عدد رینولدز یکسان رقم‌زده است که معادل 10% صرفه جویی در مصرف گاز در مشعل می شود. از مبدل جانبی ذکر شده با بهترین عملکرد به عنوان رکوپراتور جهت گرم کردن هوا مورد نیاز مشعل استفاده شد که کاهش 11% مصرف سوخت مشعل را نتیجه داده است. در ادامه بهبود عملکرد مبدل انتقال گرما لوله‌های کویل درون مبدل انتقال گرما که وظیفه انتقال گاز طبیعی در درون مبدل را دارند، با استفاده از لوله های پره دار مورد بررسی قرارگرفته است. بدین منظور لوله از درون با پره هایی با نسبت ارتفاع به قطر لوله 05/0 ، 075/0 و01/0 و نسبت طول گام پره به ارتفاع 4، 10 و 20 مورد بررسی قرارگرفته است. لوله پره دار با نسبت ارتفاع به قطر لوله 01/0 و نسبت طول گام پره به ارتفاع 4 با جذب بیشترین گرما باعث افزایش دمای گاز طبیعی به‌طور میانگین 5 در نرخ جریان های مختلف شده است که سبب 3/3% صرفه جویی در مصرف گاز در مشعل است. در قسمت پایانی انتقال گرما توسط سیال واسط درون مبدل شبیه‌سازی شده است. سیال واسط در مخزن مبدل به روش جا به جایی طبیعی انرژی گرمایی را از لوله آتش به لوله کویل حامل گاز طبیعی منتقل می کند. در این قسمت با افزودن نانو ذرات Al 2 O 3 به سیال واسط، افزایش گرما دریافتی از لوله آتش مورد بررسی قرار گرفت. به دلیل دمای بالا سیال حاصل از احتراق، در مخزن مبدل جوشش مادون سرد رخ می دهد. در تمامی غلظت های 10/0%، 25/0% ، 50/0% ، 75/0% و 1% میزان انرژی دریافتی افزایش یافت که حداکثر آن در غلظت 1% رخ‌داده است که سبب صرفه جویی 3% در مصرف گاز مشعل می شود. با افزودن نانو ذرات به سیال واسط و استفاده از اکونومایزر و یا رکوپراتور در مبدل انتقال گرما می توان به بیشترین کاهش مصرف سوخت مشعل مبدل که هدف اصلی در این پایان نامه است، دست پیدا کرد. کلمات کلیدی : ایستگاه گاز شهری ، مبدل اتقال حرارت مارپیچ، لوله پره دار، نانو سیال، انتقال گرما جا به جایی طبیعی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی