USE OF EXPANDERS FOR GENERATING ELECTRICAL ENERGY IN NATURAL GAS PRESSURE REDUCTION STATIONS

• Main Author: PAULO ROBERTO PINTO LOPES
• Other Authors: ALCIR DE FARO ORLANDO
• Language: Portuguese
• Published: PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO 2009
• Online Access: http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=14604@1; http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=14604@2

O gás natural é comprimido para pressões elevadas para que possa ser transportado pelo gasoduto e distribuído aos clientes em pressões mais baixas, através de sua redução em válvulas de controle, num processo adiabático. A termodinâmica mostra que o mesmo estado de saída do gás natural poderia ser conseguido se as válvulas de controle puderem ser substituídas por expansores, gerando trabalho e, portanto, energia elétrica, e com transferência de calor obtida através da queima de combustível, que no caso é o próprio gás natural, para que sua temperatura permaneça a mesma. O investimento nos equipamentos desta substituição é pago num determinado tempo, função da economia líquida de operação, resultante da diferença entre o beneficio econômico da energia elétrica gerada e o custo operacional da queima do combustível. Para a realização deste trabalho, um programa de cálculo HYSYS foi usado para quantificar o trabalho produzido e o calor necessário, a partir do registro de dados diários de 34 estações de redução de pressão operadas pela TRANSPETRO. Foram levantadas as características técnicas dos diferentes expansores existentes no mercado. Como resultado desta dissertação é apresentado um procedimento que serve para verificar a viabilidade da utilização de expansores em estações de redução de pressão da TRANSPETRO. A dissertação é, portanto, classificada como uma análise termo-econômica para determinação da viabilidade da utilização destes sistemas em instalações operadas pela TRANSPETRO, uma vez que eles já são utilizados em outras partes do mundo. Os resultados têm um impacto direto nos custos operacionais dos gasodutos. === The natural gas is compressed to high pressures in order to be transported in the gas pipeline and delivered to the clients at lower pressures, using pressure reduction control valves in an adiabatic process. It can be shown that the same natural gas thermodynamic output state is achieved if the control valves can be substituted by expanders, producing work and, therefore, electric energy, with heat transfer from natural gas burning, so that the output temperature remains the same. The payback of the needed investment in equipments is a function of the operational net saving, which is equal to the difference between the economical benefit of produced electric energy and the operational cost of the fuel burning. All the necessary calculations were made with the HYSYS software used to quantify the produced work and the needed heat transfer, from available daily values of temperature, pressure and gas flow rate for 34 pressure reduction stations operated by TRANSPETRO. The technical characteristics of the different expanders in the market were used to calculate the produced work and thermal energy. This dissertation presents a procedure which is useful to verify the feasibility of the utilization of expanders in pressure reduction stations operated by TRANSPETRO. This dissertation is, therefore, classified as a thermoeconomical analysis to determine the feasibility of the utilization of expanders in TRANSPETRO facilities, as they are used in other parts of the world. The results have a direct impact on the operational costs of the gas pipelines.