| شبیه سازی و انتگراسیون حرارتی شبکه مبدلهای حرارتی واحد جداسازی میعانات گازی پارس جنوبی | |
| تعداد صفحات | ۱۵۷ |
| نوع فایل | Word |
| حجم فایل | ۷٫۱۸ Mb |
شبیه سازی و انتگراسیون حرارتی شبکه مبدلهای حرارتی واحد جداسازی میعانات گازی پارس جنوبی
در این قسمت پروژه با موضوع شبیه سازی و انتگراسیون حرارتی شبکه مبدلهای حرارتی واحد جداسازی میعانات گازی پارس جنوبی به صورت فایل word برای دانلود ارائه شده است.
قسمتی از متن پروژه در زیر نشان داده شده است.
چکیده
یکی از مهمترین مباحثی که امروزه مطرح می شود بازیافت توان و انرژی در صنعت و استفادهی بهینه از انرژیهای موجود در واحدهای مختلف صنعتی است. در این پایان نامه واحد جداسازی میعانات گازی مجتمع گاز پارس جنوبی در حالت پایا شبیه سازی شده است و تأثیر دمای ورودی جریان خوراک، شماره ی سینی خوراک، نسبت جریان برگشتی و تعداد سینی های تئوری برج ها به عنوان پارامتر های مؤثر بر خلوص محصولات و بار حرارتی تجهیزات بررسی شده است. از این طریق بهترین مقدار این پارامتر ها به دست آمده است. همچنین با توجه به اهمیت طراحی شبکه ی مبدل های حرارتی به عنوان یکی از بخش های مهم طراحی فرآیند ها، شبکه ی مبدل های حرارتی این واحد با دیدگاه انتگراسیون حرارتی بررسی گردیده است. این بررسی با دو رویکرد در قالب اصلاح شبکه ی موجود و طراحی مجدد شبکه انجام گرفته است. در طراحی مجدد شبکه، هدف کمینه کردن سطح انتقال حرارت و یا هزینه ی سالیانه کلی آن واحد میباشد. درحالیکه هدف از بازبینی و اصلاح شبکه موجود کمینه کردن دوره بازگشت سرمایه بعد از اعمال تغییرات انجام شده در شبکه میباشد. دو روش رایج در طراحی و اصلاح شبکه ی مبدل های حرارتی روش طراحی پینچ و روش برنامهنویسی ریاضی میباشند. حالت عملیاتی شبکه نیز جهت بررسی کارآیی طرح، هنگام تغییر در شرایط عملیاتی، مورد بررسی قرار گرفت. کاهش ضریب کلی انتقال حرارت در اثر ایجاد رسوب، تغییر در دمای ورودی یا دبی جرمی جریانهای فرآیندی از جمله پارامترهای عملیاتی هستند که اثر آنها را در شبکه بررسی گردید. در این پایان نامه از ترکیب دو روش بهینهسازی ریاضی و روش پینچ، که براساس تحلیل ترمودینامیکی و طراحی کاربردی میباشند، به منظور طراحی مجدد و اصلاح شبکه استفاده شده است. در بررسی شبکه موجود به منظور اصلاح آن با توجه به شرایط عملیاتی بهبود قابل ملاحظه ای مشاهده نگردید و در طراحی مجدد شبکه هزینه ی کل سالیانه به میزان ۲/۵۰ درصد و سطح انتقال حرارت به میزان ۷۱ درصد کاهش یافت و استفاده از انرژی حرارتی منابع خارجی به کمینه مقدار خود رسید.
مقدمه
یکی از مهمترین مباحثی که امروزه مطرح میشود بازیافت توان و انرژی در صنعت و استفادهی بهینه از انرژیهای موجود در واحدهای مختلف نفت و پتروشیمی است.
انرژی یکی از نیازهای نخستین صنعت و از اساسیترین معیارهای رشد اقتصادی و فرآیندی کارخانه های عملیاتی میباشد. با توجه به محدودیت منابع انرژی در جهان و لزوم توجه شایسته به مسائل زیست محیطی، بهینه سازی مصرف انرژی از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
انتگراسیون فرآیندها (یکپارچه کردن فرآیند) چیدن و قرار دادن اجزاء تجهیزات فرآیندی در واحد میباشد به نحوی که شرایط بهینه حاصل گردد [۱].
مبدلهای حرارتی از پرکاربردترین اجزاء در فرآیندهای شیمیایی هستند و میتوان آنها را در بیشتر واحدهای صنعتی دید. اولین گام در طراحی شبکهی مبدلهای حرارتی، مرحله هدف گذاری است. در طراحی بر اساس مقدار ΔTmin بین هزینهی سرمایه گذاری و هزینه عملیاتی، تقابل آشکاری وجود دارد که استفاده از مقدار مطلوب آن موجب کمینه شدن هزینهی کل سالیانه میشود.
در سال ۱۹۶۵، وا نظریهی ادغام کلیهی حالات مختلف شبکه مبدلها را در یک شبکه کلی به نام ابر ساختار ارائه نمود. روش وی به عنوان ابزاری قوی برای طراحی شبکه مبدلهای حرارتی و ترکیب کلی فرآیند با استفاده از مدلهای برنامه ریزی ریاضی مورد استفاده قرار گرفت[۲].
هامن در سال ۱۹۷۱ با استفاده از مفاهیم ترمودینامیکی گامهای مؤثری را در زمینه تحلیل شبکه مبدلهای حرارتی برداشت که تحقیقات وی بعدها زمینه ساز نکات ارزنده ای در طراحی شبکه مبدلهای حرارتی گردید. کار وی به طور عمده بر تعیین حداقل انرژی مورد نیاز شبکه مبدلهای حرارتی با استفاده از روش تحلیلی استوار بود که در سالهای بعد به وسیلهی فلاور و لینهوف کاملتر و به صورت الگوریتمی ریاضی و مناسب برای هدف گذاری تبدیل شد [۲].
نتایج بیان شده توسط هامن، سهم اندکی در زمینه طراحی شبکه مبدلها به وسیله روشهای ریاضی تا آن زمان داشت، اما بعدها برجستگی این روش در حل اینگونه مسائل مشخص گردید. مهمترین تشخیص وی اهمیت مقدارΔTmin در طراحی شبکه مبدلهای حرارتی است، به این معنا که دو هزینه عمده در طراحی شبکه مبدلهای حرارتی یعنی هزینه انرژی و هزینه خرید مبدلهای حرارتی با این متغیر ارتباط معنا داری دارند. اما علی رغم نکات ارزندهی گفته شده، او موفق به تشخیص فواید کاربردی و مهم نقطه پینچ نشد.
در سال ۱۹۷۸، یومدا و همکاران به برخی از خواص نقطه پینچ از جمله خصوصیات منحنی ترکیبی و همپوشانی دو منحنی ترکیبی گرم و سرد پی ببرند [۳].
لینهوف و هیندمارنش در سال ۱۹۸۳ دمای پینچ را به عنوان یک معیار طراحی برای رسیدن به بیشینه بازیافت انرژی معرفی کردند. آنها سه قانون را برای نقطه پینچ بیان نمودند که به عنوان قوانین طلایی پینچ نامیده شدند [۴].
مبحث هدف گذاری مساحت را به طور جدی نخستین بار در سال ۱۹۸۴، لینهوف و تاون سند با ارائه فرمول یکنواخت بث بیان کردند. این فرمول توانایی ارائه مقدار مطلقی برای کمترین مساحت واقعی شبکه نداشت و همچنین دارای فرضیاتی بود که میتوانست نتایج آن را از آنچه در واقعیت وجود داشت دور سازد. از مهمترین فرضهای آن، یکسان بودن ضرایب انتقال حرارت تمامی واحدهای حرارتی و یکسان بودن جنس مبدلهای حرارتی است [۵].
مباحث متفاوت بودن ضریب انتقال حرارت در منحنی ترکیبی یا عدم انتقال حرارت عمودی در سال ۱۹۸۵ توسط احمد بیان گردید [۶] و در سال ۱۹۹۰ توسط کلبرگ۸ و مراری۹ تکمیل گردید [۷]. نتیجه این تحقیق آن بود که فرض یکسان بودن ضریب انتقال حرارت با آنچه در عمل وجود داشت تا ۱۰ % از واقعیت دور میباشد.
در سال ۱۹۹۰ لینهوف و احمد دیدگاه جدیدی را نسبت به فواصل آنتالپی بیان کردند. آنها چنین فرض کردند که در هر فاصله آنتالپی، جریانهای گرم با تعدادی جریانهای سرد و جریانهای سرد با تعدادی جریانهای گرم جفت میشوند، به نحوی که برای هر یک از جریانهای جفت شده در فاصله آنتالپی، یک واحد حرارتی میتواند بر روی آنها قرار بگیرد که این از دیدگاه انتقال حرارت عمودی نشأت میگیرد [۸].
تا به حال آنچه دربارهی هدف گذاری مساحت گفته شد بر این اساس استوار بود که تمامی مبدلهای حرارتی از یک نوع و از یک جنس باشند. اما در سال ۱۹۹۰ هال و همکاران موفق به ارائه الگوریتمی شدند که قابلیت هدف گذاری با مبدلهای متفاوت را دارا میباشد. اما این هدف گذاری نیز دارای نقاط ضعفی از جمله ثابت بودن ضریب انتقال بود که این نیز به نوبه خود در طراحی شبکه مبدلهای حرارتی میتواند حائز اهمیت باشد [۹].
فهرستی از مطالب این پروژه در زیر آمده است:
فصل اول: مقدمه.. ۱
۱-۱– مقدمه ۲
۱-۲-جمع بندی.. ۵
فصل دوم: مبانی نظری و اصول اولیه طراحی و اصلاح شبکه مبدلهای حرارتی ۶
۲-۱- مقدمه ۷
۲-۲- منابع حرارتی خارجی.. ۹
۲-۲-۱- منابع حرارتی گرم خارجی.. ۹
۲-۲-۲- منابع حرارتی سرد خارجی.. ۹
۲-۳- روشهای متداول اصلاح شبکه مبدلهای حرارتی.. ۱۰
۲-۳-۱- اصلاح شبکه به وسیله بازبینی مستقیم ساختمان آن.. ۱۰
۲-۳-۲- اصلاح شبکه به صورت یک طرح جدید. ۱۱
۲-۳-۳- اصلاح شبکه با استفاده از تکنولوژی پینچ.. ۱۱
۲-۳-۴- اصلاح شبکه با استفاده از مدل برنامهنویسی ریاضی.. ۱۱
۲-۴- استفاده مؤثر از مبدلها.. ۱۲
۲-۵- تخمین هزینه سرمایهگذاری و میزان ذخیرهسازی انرژی در اصلاح شبکه ۱۴
۲-۶- آشنایی با فناوری پینچ به منظور اصلاح شبکه مبدلهای حرارتی ۱۵
۲-۶-۱- منحنی ترکیبی (C.C) 15
۲-۶-۲- نمودار آبشاری (Cascade Diagram) 17
۲-۶-۳- منحنی ترکیبی جامع (G.C.C) 18
۲-۶-۴- قوانین طلایی پینچ.. ۲۰
۲-۷- روشهای طراحی شبکه مبدلهای حرارتی.. ۲۱
۲-۸- اصل مثبت- منفی (Plus-Minus Principle).. 22
۲-۹- جمع بندی و بحث.. ۲۳
فصل سوم: واحد جداسازی میعانات گازی مجتمع گاز پارس جنوبی (واحد ۱۰۷، فاز ۹ و ۱۰) ۲۴
۳-۱- مقدمه ۲۵
۳-۲-توصیف فرآیند.. ۲۵
۳-۲-۱- اساس طراحی.. ۲۶
۳-۲-۲- ظرفیت واحد. ۲۶
۳-۲-۳- مشخصات خوراک… ۲۶
۳-۲-۴- مشخصات محصول.. ۲۷
۳-۳- توصیف جریان فرآیند.. ۲۸
۳-۳-۱- پروپان زدایی.. ۲۸
۳-۳-۲- بوتان زدایی.. ۳۰
۳-۳-۳- بازیابی بخار متراکم.. ۳۰
۳-۴- اطلاعات طراحی جریانها و تجهیزات.. ۳۱
۳-۴-۱- جریانهای برج پروپان زدایی.. ۳۱
۳-۴-۲- جریانهای برج بوتان زدایی.. ۳۲
۳-۴-۳- تجهیزات برجهای پروپان زدایی و بوتان زدایی.. ۳۲
۳-۵- جمعبندی.. ۳۳
فصل چهارم : شبیه سازی واحد جداسازی میعانات گازی در حالت پایا ۳۴
۴-۱- مقدمه ۳۵
۴-۱-۱- سینی بهینه خوراک… ۳۶
۴-۱-۲- کمینه نسبت جریان برگشتی.. ۳۶
۴-۱-۳- کمینه تعداد سینیها ۳۷
۴-۲- انتخاب نرم افزار شبیه ساز.. ۳۸
۴-۲-۱- معرفی مجموعه نرم افزاری Aspen Engineering Suite. 38
۴-۳- شبیه سازی خوراک.. ۳۹
۴-۴- انتخاب معادله و مدل ترمودینامیکی.. ۴۱
۴-۴-۱- مدل ترمودینامیکی Peng-Robinson. 44
۴-۵- شبیه سازی فرآیند در محیط شبیه سازی.. ۴۷
۴-۶- مقایسه نتایج شبیه سازی با مقادیر واقعی.. ۵۰
۴-۶-۱- نتایج برج پروپان زدایی.. ۵۰
۴-۶-۲- نتایج برج بوتان زدایی.. ۵۳
۴-۷- جمع بندی.. ۵۶
فصل پنجم: اصول طراحی شبکه مبدلهای حرارتی و بررسی حالت عملیاتی آن ۵۷
۵-۱- مقدمه ۵۸
۵-۲- طراحی شبکه.. ۵۸
۵-۲-۱- مرحله اول.. ۶۰
۵-۲-۲- مرحله دوم. ۶۰
۵-۲-۳- مرحله سوم. ۶۱
۵-۳- اصلاح و بازبینی شبکه (Retrofit Network) 62
۵-۳-۱- تشخیص گلوگاهها در شبکه مبدلهای حرارتی.. ۶۳
۵-۳-۲- حذف گلوگاهها از شبکه مبدلهای حرارتی.. ۶۳
۵-۴- بررسی حالت عملیاتی شبکه مبدلهای حرارتی.. ۶۴
۵-۴- ۱- ضرورت بررسی شرایط عملیاتی.. ۶۵
۵-۵- رویکرد اصولی برای عملکرد بهینه و نگهداری از شبکه مبدلهای حرارتی ۶۵
۵-۵-۱- ضریب انتقال حرارت کلی تمیز. ۶۶
۵-۶- دیدگاه محاسبه شبکه مبدلهای حرارتی (The HEN Calculator Approach) 67
۵-۶-۱- تقابل دو دیدگاه توالی و همزمان.. ۶۸
۵-۶-۲- تقریب خطی هنگامی که سطح مشخص باشد. ۶۹
۵-۶-۳- محاسبه دبی جرمی جریانهای خارجی.. ۶۹
۵-۷- تجزیه و تحلیل رسوب در مبدل حرارتی.. ۶۹
۵-۸- جمع بندی.. ۷۰
فصل ششم: طراحی و اصلاح واحد جداسازی میعانات گازی.. ۷۱
۶-۱- مقدمه ۷۲
۶-۲- بررسی شبکه مبدلهای موجود.. ۷۲
۶-۲-۱- شبیه سازی منابع سرد و گرم خارجی در نرم افزار Aspen HX-Net 73
۶-۳- ترسیم شبکه مبدلهای حرارتی واحد.. ۷۵
۶-۴- هدف گذاری.. ۷۶
۶-۴-۱- تعیین ΔTmin بهینه. ۷۶
۶-۴-۲- برآورد هزینه سرمایه گذاری.. ۷۷
۶-۴-۳- برآورد هزینه عملیاتی.. ۷۷
۶-۴-۴- برآورد هزینه کلی سالانه. ۷۸
۶-۴-۵- فرضیات هدف گذاری.. ۷۸
۶-۵- حالتهای مختلف طراحی شبکه مبدلهای حرارتی.. ۸۱
۶-۶- مقایسه نتایج شبکه اولیه و شبکه پیشنهادی اصلاح شده.. ۸۶
۶-۷- بررسی عوامل مؤثر بر بهینه سازی عملکرد برجهای پروپان زدایی و بوتان زدایی ۸۸
۶-۷-۱- تأثیر دمای خوراک… ۸۹
۶-۷-۲- تأثیر تعداد سینیهای تئوری بر خلوص محصول بالای برج.. ۹۰
۶-۷-۳- تأثیر تعداد سینیهای تئوری بر بار حرارتی چگالنده و باز جوش آور برجها ۹۲
۶-۷-۴- تأثیر سینی خوراک بر روی نسبت جریان برگشتی و بار حرارتی چگالنده و باز جوش آور ۹۳
۶-۸- بررسی شرایط عملیاتی شبکه مبدلهای حرارتی موجود.. ۹۶
۶-۸-۱- رخداد اول – ایجاد رسوب در مبدل حرارتی E-101. 96
۶-۸-۲- رخداد دوم – افزایش دبی جرمی جریان ورودی به واحد. ۹۷
۶-۸-۳- رخداد سوم – تغییر دمای ورودی جریان فرآیندی C-2. 100
۶-۹- جمع بندی.. ۱۰۱
فصل هفتم: نتیجه گیری و پیشنهادات.. ۱۰۲
۷-۱- جمع بندی و نتیجه گیری.. ۱۰۳
۷-۲- پیشنهادات برای مطالعات آینده.. ۱۰۵
مراجع ۱۰۶
پیوستها ۱۱۰
پيوست (الف) : روشهای بهینه سازی در نرم افزار Aspen HX-Net 111
پیوست (ب) : ۱۰ حالت بررسی شده از شبکه مبدلهای حرارتی برای واحد ۱۳۴
پیوست (ج): ۱۰ حالت پیشنهاد شده به وسیله نرم افزار برای شبکه مبدلهای حرارتی واحد ۱۳۹
| شبیه سازی و انتگراسیون حرارتی شبکه مبدلهای حرارتی واحد جداسازی میعانات گازی پارس جنوبی | |
| تعداد صفحات | ۱۵۷ |
| نوع فایل | Word |
| حجم فایل | ۷٫۱۸ Mb |