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천연가스 유량변화에 따른 터보팽창기 감압시스템 운전 최적화에 관한 연구
A Study on the Operational Optimization of Turbo-Expander Pressure Reduction System to the Natural Gas Flow Rates 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.19 no.6, 2015년, pp.72 - 79  

유한빛 (서울시립대학교 화학공학과) ,  김효 (서울시립대학교 화학공학과)

초록
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천연가스 감압기지에 터보팽창기 감압시스템을 도입하여 천연가스의 감압과정에서 전기에너지를 생산할 수 있다. 터보팽창기의 효율은 천연가스의 유량과 터보팽창기 설계유량의 비에 따라 달라진다. 따라서 터보팽창기로 들어가는 유량을 조절함으로써 감압시스템을 운전하기 위한 최적조건을 결정할 수 있다. 본 연구에서는 두 곳의 저압 정압기지에서 천연가스의 압력이 17.5 bar에서 8.5 bar로 감압될 때 천연가스의 유량에 따라 생산 가능한 전력을 계산하고 계산결과의 비교를 통해 터보팽창기 감압시스템이 최적으로 운전되기 위한 조건을 찾았다. 천연가스의 평균 유량이 크고 유량의 변화가 작을 때 터보팽창기가 효율적으로 운전되었고 터보팽창기의 설계유량은 천연가스의 유량을 가장 많이 포함하는 용량에서 결정되었다. 선정된 두 정압기지에서 회수 가능한 전력생산량은 9 MW(B 기지), 12 MW(D 기지)로 추산되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Electricity can be generated when the natural gas passes through a turbo-expander pressure reduction system at natural gas pressure reduction stations. Efficiency of the turbo-expander depends on the ratio of the natural gas flow rates to the design flow rate of the turbo-expander. Therefore, the op...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 정압기지에 설치 가능한 터보팽창기 감압시스템을 구성하여 제시하고, 터보팽창기의 특성 및 감압시스템에 적용 가능한 열역학적 관계식들을 살펴보고, 각 기지에 대해서 터보팽창기의 설계유량과 생산 가능한 일의 관계, 설계유량과 열효율의 관계를 계산하여 살펴본 후 비교하여 최적의 운전조건을 제시한다. 또한 최적의 운전조건에서 연간 회수 가능한 전력을 계산하여 터보팽창기 감압시스템 도입을 통해 정압기지에서 효율적으로 전기에너지를 회수할 수 있음을 밝히는데 본 연구의 목적이 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
터보팽창기의 설계유량이란? 터보팽창기의 발전효율은 터보팽창기로 들어오는 천연가스의 유량에 따라 달라진다. 터보팽창기가 최대의 효율을 가질 때의 유량을 터보팽창기의 설계유량이라 하고 터보팽창기로 들어오는 유량을 실제유량이라 한다. 실제유량이 설계유량보다 높거나 낮을 경우 터보팽창기의 효율이 감소하기 때문에 터보팽창기로 들어가는 유량을 조절하기 위해 터보팽창기를 팽창밸브와 병렬로 설치한다.
터보팽창기로 들어가는 유량을 조절하여 감압시스템을 운전하기 위한 최적조건을 결정하는 것의 전제는? 천연가스 감압기지에 터보팽창기 감압시스템을 도입하여 천연가스의 감압과정에서 전기에너지를 생산할 수 있다. 터보팽창기의 효율은 천연가스의 유량과 터보팽창기 설계유량의 비에 따라 달라진다. 따라서 터보팽창기로 들어가는 유량을 조절함으로써 감압시스템을 운전하기 위한 최적조건을 결정할 수 있다.
천연가스의 감압과정에서 전기에너지를 생산하는 방법은? 천연가스 감압기지에 터보팽창기 감압시스템을 도입하여 천연가스의 감압과정에서 전기에너지를 생산할 수 있다. 터보팽창기의 효율은 천연가스의 유량과 터보팽창기 설계유량의 비에 따라 달라진다.
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참고문헌 (11)

  1. Mirandola, A., and Minca, L., "Energy Recovery by Expansion of High Pressure Natural gas", Proceedings of the 21st Intersociety Energy Conversion Engineering Conference, 1, 16-21, (1986). 

  2. Hedman, B. A., "Waste energy recovery opportunities for interstate natural gas pipelines", Interstate Natural Gas Association of America, (2008). 

  3. Howard, C., Oosthuizen, P., and Peppley, B., "An investigation of the performance of a hybrid turboexpander fuel cell system for power recovery at natural gas pressure reduction stations", Applied Thermal Engineering, 31(13), 2165-2170, (2011). 

  4. Rahman, M. M., "Power generation from pressure reduction in the natural gas supply chain in Bangladesh", Journal of Mechanical Engineering, 41(2), 89-95, (2010). 

  5. Ardali, E. K., and Heybatian, E., "Energy Regeneration in Natural Gas Pressure Reduction Stations by Use of Gas Turbo Expander; Evaluation of Available Potential in Iran", Proceedings 24th world gas conference, 5-9, (2009). 

  6. Yoo, H. B., Kim, H., "Feasibility Study of Pressure Letdown Energy Recovery from the Natural Gas Pressure Reduction Stations in South Korea", KIGAS, Vol 19, No3, 9-17, (2015). 

  7. Bloch, H. P., Soares, C., "Turboexpanders and Process Applications", Gulf Professional Publishing, MA,(2001) 

  8. Yoo, H. B., Kim, H., "Electricity Generation by Using Turbo-Expander in Natural Gas Pressure Reduction Stations in Republic of Korea", Proceeding of the Annual Fall Meeting of KICHE 2014, 273, (2014) 

  9. Maric, I., "The Joule-Thomson effect in natural gas flow-rate measurements", Flow Measurement and Instrumentation, 16, 387-395, (2005). 

  10. Peng, D. Y., and Robinson, D. B., "A New Two-Constant Equation of State", Ind. Eng. Chem. Fundamen., 15(1), 59-64, (1976). 

  11. Smith, J. M., Van Ness, H. C., Abbott, M. M., Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, 7th ed., McGraw-Hill, New York, (2005). 

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