مقدمه :

بعد از بحران انرژی در دهه 80 به طراحی بهینه فرآیند توجه بیشتری شـده اسـت یکـی اززمینههایی که در آن موفقیت چشم گیری حاصل شده است انتگراسیون فرآیند بوده اسـت.
از طرفی تکنولوژیPinch نشان داده است که یکپارچه سازی خوب فرایند، بواسطه سادگیطراحی تأسیسات و استفاده درست از انرژی و سرمایه، مفید و نافع میباشـد . روشpinch مکمل روشهای قبلی است و تحت عنوان Retrofit by pinch method نام گرفته در ایـن روشاصلاح شبکه براساس مفاهیم فیزیکی و تحلیلهای ترمودینامیک استوار اسـت و بـه طـراحاجازه میدهد که بتواند تغییرات اعمال شده در شبکه را کنترل و آنـرا بـه سـمت طرحهـایعملی هدایت نماید استفاده از این روش در پروژههای صنعتی زمانیکه انرژی در درجه اولاهمیت قرارداشته باشد به صرفهجویی قابل توجهی منجر میشود. یک کار دیگر که در ایـنزمینه انجام شده است، اهداف هزینه سرمایهگذاری را با اهداف انرژی ترکیب میکند و ایـنکار حتی به صرفه جویی بیشتری منجر می شود.

اصلاح شبکه مبدلهای حرارتی برای پالایشگاه به همراه برآورد های اقتصادی

اصلاح شبکه مبدلهای حرارتی برای پالایشگاه به همراه برآورد های اقتصادی

فهرست مطالب

چکیده ………………………………………………………………………………………………………………………الف

فصل اول

مقدمه ای بر اصلاح شبکه مبدلهای حرارتی …………………………………………………………………………………2

گزینه های اصلاح در شبکه مبدل های حرارتی……………………………………………………………………………….3

افزایش مبدلهای حرارتی ………………………………………………………………………………………………………..3

آرایش مجدد مبدلهای حرارتی …………………………………………………………………………………………………..4
تغییر در جریان مبدلها ……………………………………………………………………………………………………………..4

اضافه کردن سطح به مبدلهای موجود و یا تغییر در واحدهای جانبی ………………………………………………………..4
اصلاح شبکه بصورت یک طرح جدید (اصلاح کامپیوتری) ………………………………………………………………………..5

اصلاح شبکه بوسیله بازبینی مستقیم آن …………………………………………………………………………………….5

اصلاح شبکه با استفاده از تکنولوژی Pinch ………………………..ا………………………………………………………..6

فصل دوم

مروری بر اصول تکنولوژی Pinch ….ا………………………………………………………………………………………….9
جدول روند نمای مسأله ……………………………………………………………………………………………………….9

ایجاد بازه دمایی ………………………………………………………………………………………………………………..9

محاسبه آنتالپی خالص برای هر بازه ………………………………………………………………………………………..10

آنالیز آبشاری ……………………………………………………………………………………………………………………10

مثال 1-2 …………………………………………………………………………………………………………………………11

منحنی ترکیبی ………………………………………………………………………………………………………………….24

منحنی ترکیبی جامع …………………………………………………………………………………………………………..29

انتخاب واحد پشتیبانی …………………………………………………………………………………………………………32
روغن داغ در گردش ……………………………………………………………………………………………………………..32

کوره ……………………………………………………………………………………………………………………………..33

در جات آزادی مستقل در کوره ………………………………………………………………………………………………..38

مسائل آستانه ای ………………………………………………………………………………………………………………39

فصل سوم

مبدل………………………………………………………………………………………………………………………………43

حداقل تعداد واحدها در کل شبکه …………………………………………………………………………………………….44

هدف یابی تعداد واحدها برای شبکه MER……………ا……………………………………………………………………..45

هدف یابی تعداد واحدها برای انتقال حرارت عمودی ………………………………………………………………………..45

تعداد حلقه ها در یک شبکه …………………………………………………………………………………………………..45

هدفگذاری مساحت مبدلهای حرارتی ………………………………………………………………………………………..45

هدفگذاری برای تعداد پوسته ها …………………………………………………………………………………………….52

مثال 1-3 ………………………………………………………………………………………………………………………..61

هزینه کلی سالیانه…………………………………………………………………………………………………………….69

هزینه عملیاتی (واحد پشتیبانی) ……………………………………………………………………………………………70

فصل چهارم

هدف یابی در متد Pinch برای بهبود شبکه مبدلهای حرارتی ……………………………………………………………..72

فلسفه هدف یابی
بهینه سازی هدفمند براساس رابطه هزینه ـ انرژی ………………………………………………………………………….79

بهترین نقطه برای طراحی روی منحنی((AREA_ENERGY …………ا……………………………………………………….80

بهترین مسیر برای اصلاح شبکه موجود کدام است …………………………………………………………………………..81

روش هدف یابی …………………………………………………………………………………………………………………..85 .

تعیین مسیر بهینه سازی با استفاده از (α) ……………………………………………………………………………………..86
برآورد هزینه های سرمایه گذاری و میزان ذخیره سازی انرژی در اصلاح شبکه…………………………………………….89

ابزار و روش طراحی ………………………………………………………………………………………………………………93
بررسی مبدلهای عبوری از Pinch ….ا…………………………………………………………………………………………..93

منحنی نیروی محرکه ……………………………………………………………………………………………………………..94

دیدگاه اول ………………………………………………………………………………………………………………………….97

دیدگاه دوم …………………………………………………………………………………………………………………………98

دیدگاه سوم ………………………………………………………………………………………………………………………..98

دیدگاه چهارم …………………………………………………………………………………………………………………….99

دیدگاه پنجم ………………………………………………………………………………………………………………………99

دیدگاه ششم ……………………………………………………………………………………………………………………100

تحلیل مسائل باقیمانده …………………………………………………………………………………………………………101

سطح حرارتی باقیمانده ……………………………………………………………………………………………………….. 104
تغییر موقعیت مبدلهای حرارتی …………………………………………………………………………………………………107

انتقال عمودی …………………………………………………………………………………………………………………….109

انتقال افقی ………………………………………………………………………………………………………………………109

انطباق T∆ و تغییر نسبت Cp ها……………………………………………………………………………………………….111

نتیجه گیری ……………………………………………………………………………………………………………………..113

طراحی …………………………………………………………………………………………………………………………..115

تحلیل مبدلهای موجود …………………………………………………………………………………………………………..115
تصحیح مبدلهای نامناسب ………………………………………………………………………………………………………116

جایگذاری مبدلهای جدید ………………………………………………………………………………………………………..117

اعمال تغییرات ممکن در طرح ……………………………………………………………………………………………………119

فصل پنجم

معرفی شرکت پخش و پالایش تهران ………………………………………………………………………………………121

شرح فرایند واحد تقطیر شمالی پالایشگاه تهران…………………………………………………………………………….121

واحد تقطیر اتمسفریک………………………………………………………………………………………………………….123

واحد تقطیر در خلاء ……………………………………………………………………………………………………………..129
قسمت تثبیت و تفکیک بنزین ………………………………………………………………………………………………….134

فصل ششم

محاسبات و نتایج …………………………………………………………………………………………………………….136

استخراج داده ها……………………………………………………………………………………………………………..137

ضریب انتقال حرارت در Tube ……………………………..ا……………………………………………………………….137

ضریب انتقال حرارت در Shell …………………ا……………………………………………………………………………..138

هزینه سرمایه گذاری …………………………………………………………………………………………………………142

هدف یابی پروژه ……………………………………………………………………………………………………………….142

داده های هزینه ……………………………………………………………………………………………………………….143

هزینه های عملیاتی……………………………………………………………………………………………………………143

محاسبه بازده سطح شبکه فعلی ……………………………………………………………………………………………147

رسم منحنی Area-Energy……………ا…………………………………………………………………………………….149

محاسبه میزان صرفه جویی انرژی و میزان مساحت اضافی ……………………………………………………………..153

تحلیل اقتصادی صرفه جویی برحسب میزان سرمایه گذاری ………………………………………………………………154

تعیین T min∆هدف ……………………………………………………………………………………………………و………159

تحلیل شبکه مبدلهای فعلی ………………………………………………………………………………………………….161

مرحله اشکال زدایی ……………………………………………………………………………………………………………166
نتایج اصلاح شبکه مبدلهای حرارتی ………………………………………………………………………………………….167
نتیجه گیری و پیشنهادات ………………………………………………………………………………………………………..172
علائم و نشانه ها و اختصارات ………………………………………………………………………………………………….178

مراجع …………………………………………………………………………………………………………………………..183

چکیده لاتین ……………………………………………………………………………………………………………………187

فهرست شکلها و نمودارها

1-1 فلوچارت اصلاح شبکه توسط متدpinch …………….ا……………………………………………………………………7
1-2 منحنی ترکیبی سرد و گرم به میزانT2min ∆ داده شده است ……………………………………………………..10
2-2 انرژی از میان pinch نباید عبور کند ………………………………………………………………………………………14
3-2 تأسیسات گرم در پایینpinch نباید بکار رود …………………………………………………………………………….14
4-2 تأسیسات سرد در بالای pinch نباید بکار رود …………………………………………………………………………..14
5-2 منحنی ترکیبی منطقه بندی شده ………………………………………………………………………………………..15
6-2 جایگذاری مبدلهای حرارتی(match) در بالای pinch ………………………………………ا……………………………17
7-2 جایگذاری مبدلهای حرارتی(match) در پایین pinch…………………………………………ا…………………………..18
8-2 طرح کامل از شبکه مبدلهای حرارتی طبق داده های جدول 1-2 ………………………………………………………19
9-2Spilt جریان بخاطر مشکل CP ……………..ا……………………………………………………………………………….20
10- 2Spilt جریان ها بخاطرCP و تعداد جریانات ………………………………………………………………………………..21
11-2 فلوچارتSpilt نمودن شبکه ………………………………………………………………………………………………..22
12-2 یک مسأله بازیابی حرارتی ساده توسط یک جریان سرد و ویـک جریـان گرم………………………………………….23
13- 2منحنی هزینه براساسTmin ∆ ………………….ا………………………………………………………………………..24
14-2 PFD فرآیند …………………………………………………………………………………………………………………..25
15-2 منحنی ترکیبی تراز شده ………………………………………………………………………………………………….27
16-2 منحنی ترکیب جامع ……………………………………………………………………………………………………….29
17-2 فاصله زیاد بین دو قسمت منحنیGap ………………………………ا…………………………………………………..30
18-2 استفاده از روغن داغ بعنوان واحد پشتیبانی گرم ……………………………………………………………………..31
19-2 استفاده از کوره بعنوان واحد پشتیبانی گرم …………………………………………………………………………..32
20-2 کاهش ه وای اضافی کوره و پیش گرم کردن هوای اتاق ……………………………………………………………..34
21-2 حداقل دمایStack بوسیله نقطه شبنم اسیدی ثابت شده است………………………………………………….36

حداقل دمای Stackبوسیله فرایند ثابت شده است …………………………………………………………………………….36

22-2 تقاطع خط گاز خروجی کوره با محور دمای بازده در نقطه شبنم اسیدی ……………………………………………..36
23-2 بررسی مسایل آستانه روی منحنی T-H ..ا……………………………………………………………………………….38
1-3 تجمع جریانات روی بازده های آنتالپی ……………………………………………………………………………………….46
4-3 مقایسه انتقال حرارت عمودی و غیرعمودی در مبدلها ……………………………………………………………………50

5-3 دمای جریان گرم خروجی بیشتر از دمای جریان سرد خروجی…………………………………………………………….51
6-3 دمای جریان گرم خروجی کمتر از دمای سرد خروجی ……………………………………………………………………52
7-3 دمای تلاقی خیلی زیاد می باشد …………………………………………………………………………………………..53
8-3 بررسی امکان طراحی مبدلهای پوسته و لوله (2-1) ………………………………………………………………………54
10-3 سری کردن پوستهها سبب کاهش دمای تلاقی در مبدلها می شود …………………………………………………57
11-3 فلوچارت هدف یابی هزینه کلی سالیانه…………………………………………………………………………………..67
12-3 میزان Tmin∆ بهینه با توجه به کمترین هزینه کلی سالیانه …………………………………………………………..68
1-4 انواع مختلف نمودارهای ترکیبی ……………………………………………………………………………………………71
2-4 منحنی سطح حرارتی بر حسب انرژی ……………………………………………………………………………………76
3-4 مسیر عملی برای پروژه های بهینه سازی ………………………………………………………………………………..79
4-4 مسیرهای متفاوت جهت بهینه سازی شبکه و بهترین مسیر اصلاح ……………………………………………………79
5-4 افزایش زمان بازگشت سرمایه با افزایش می زان سرمایه گذاری ……………………………………………………..80
6-4 منحنی ذخیره سازی انرژی برحسب سرمایه گذاری ……………………………………………………………………81
7-4 راندمان سطح حرارتی (α)………….ا………………………………………………………………………………………..82
9-4 چهار منطقه مشخص شده در منحنی A-E ….ا…………………………………………………………………………..85
11-4 خلاصه روش هدف یابی ………………………………………………………………………………………………….89
12-4 مقایسه Matchهای عمودی و غیرعمودی در منحنی نیروی محرکه………………………………………………….91
13-4 رسم منحنی نیروی محرکه از منحنی ترکیبی …………………………………………………………………………92
14-4 نمایش یک جفت روی منحنی نیروی محرکه ………………………………………………………………………….93
15-4 دیدگاه اول: pinch Match بالای نق طه pinch باشد ………………………………………………………………..94
16-4 دیدگاه دوم:pinch Match پایین نقطهpinch باشد …………………………………………………………………..95
17-4 دیدگاه سوم: عبور ازpinch از بالا به پایین …………………………………………………………………………….96
18-4 دیدگاه چهارم: عبور ازpinch از پایین به بالا …………………………………………………………………………..96
19-4 دیدگاه پنجم: حالت تخلف Tmin∆ ……ا……………………………………………………………………………….97
20-4 دیدگاه ششم: حالت ناکارا……………………………………………………………………………………………..98
22-4 تحلیل سطح حرارتی باقیمانده با انرژی ثابت………………………………………………………………………..102
23-4 تحلیل Tmin∆ باقیمانده ………………………………………………………………………………………………..104
24-4 انتقال مبدلهای حرارتی بصورت عمودی ………………………………………………………………………………106
25-4 انتقال مبدلهای حرارتی بصورت افقی …………………………………………………………………………………107
26-4 انتقال مبدلهای حرارتی بوسیله تغییر شیب( تغییر نسبت CPها)………………………………………………….107

27-4 انتقال با تغییر نسبتCP ها و تغییرT ∆ …………………………..ا…………………………………………………..108
28-4 فلوچارت روش تحلیل مبدلهای موجود …………………………………………………………………………………113
29-4 خلاصه فلوچارت تصحیح مبدلهای نامناسب…………………………………………………………………………..114
30-4 خلاصه فلوچارت روش جایگذاری مبدلهای جدید …………………………………………………………………….116
1-5 PFD واحد تقطیر پالایشگاه تهران………………………………………………………………………………………..133
3-6 منحنی صرفه جویی برحسب میزان سرمایه گذاری ………………………………………………………………….156
4-6 منحنی ترکیبی سرد و گرم در Tmin opt∆ ………..ا……………………………………………………………………157
5-6 منحنی ترکیبی جامع (G.C.C) در Tmin opt∆ ………ا………………………………………………………………….157
6-6 مبدلهایی که حرارت را از pinch عبور داده و یا تأسیساتی که بطور نامناسب جایگذار شده اند……………………159
7-6 منحنی نیروی محرکه شبکه مبدلهای حرارتی واحد تقطیر پالایـشگاه تهـران…………………………………………162
8-6 وضعیت نهایی شبکه پس از اصلاح ………………………………………………………………………………………174
9-6 وضعیت شبکه قبل از اصلاح ……………………………………………………………………………………………..173
فهرست جداول
1-2 جدول داده ها و اطلاعات جریانها …………………………………………………………………………………………15
2-2 جدول داده ها و اطلاعات جریانها …………………………………………………………………………………………16
3-2 جدول مربوط به داده های جریان ………………………………………………………………………………………….25
4-2 جدول مربوط به منحنی ترکیبی جریان گرم ………………………………………………………………………………26
5-2 جدول مربوط به منحنی ترکیبی جریان سرد ……………………………………………………………………………..26
6-2 داده های مربوط به رسم منحنی ترکیبی جامع…………………………………………………………………………..29
1-3 داده ها جریان ها و تأسیسات ……………………………………………………………………………………………..45
2-3 مساحت هدف یابی شده شبکه مثال فوق ………………………………………………………………………………48
4-3 نتیجه N,P,R وFT برای بازه های مختلف ………………………………………………………………………………….61
5-3 نتایج مساحت جدول های (1- 1) و مبدلهای (2-1) ……………………………………………………………………..62
1-4 مقادیر شاخص Tmin∆ برای فرایندهای مختلف ………………………………………………………………………….72
2-4 مقادیر شاخصTmin ∆ برای واحدهای پشتیبانی مختلف که در……………………………………………………….73

3-4 مقادیر شاخصTmin ∆ در بهینه سازی فرایندهای مختلف پالایش …………………………………………………….74
4-4 مراحل طراحی پروژه های Retrofit ……ا…………………………………………………………………………………..112
1-6 اطلاعاتی و داده های مربوط به جریان های استخراج شده واحد تقطیر …………………………………………….. 138
2-6 داده های صحیح هزینه برای اصلاح …………………………………………………………………………………………141
3-6 داده های مربوط به هزینه تأسیسات گرم و تأسیسات سرد …………………………………………………………….142
4-6 مشخصات مبدلهای فرایند به فرایند ……………………………………………………………………………………….142
4-6 مشخصات تأسیسات گرم…………………………………………………………………………………………………..143
4-6 مشخصات کولر هوایی………………………………………………………………………………………………………144
4-6 مشخصات خنک کننده آبی ………………………………………………………………………………………………..144
5-6 نتایج مربوط به (1-1)α=1 ، A∆ وAmax …….ا………………………………………………………………………….149
6-6 نتایج مربوط به A∆و N∆ و ذخیرهسازی انرژی در Tmin∆های مختلف……………………………………………… 153
7-6 نتایج مربوط به میزان صرفه جویی و میزان سرمایه گذاری در Tmin∆ های مختلف………………………………..154
8-6 فهرست مبدلهایی که از pinch عبور کرده و یا تأسیساتی که بطور نامناسب جایگذار شده اند…………………..161
9-6 نتایج اصلاح شبکه مبدلهای حرارتی ……………………………………………………………………………… 168-164

فصل اول مقدمه ای بر اصلاح شبکه مبدل های حرارتی

1ـ1ـ مقدمه ای بر اصلاح شبکه مبدلهای حرارتی (Retrofit)
بعد از بحران انرژی در دهه 80 به طراحی بهینه فرآیند توجه بیشتری شـده اسـت یکـی اززمینههایی که در آن موفقیت چشم گیری حاصل شده است انتگراسیون فرآیند بوده اسـت.
از طرفی تکنولوژیPinch نشان داده است که یکپارچه سازی خوب فرایند، بواسطه سادگیطراحی تأسیسات و استفاده درست از انرژی و سرمایه، مفید و نافع می باشد.[2و1] طرحهای غیربهینه شبکه مبدلهای حرارتی اغلب پروژههایی هستند کـه سـالها قبـل طراحـیشدهاند ولی به علت عدم رعایت اصول طراحیPinch مشکلات فراوانی در آنها وجود دارد.
اینگونه طرحها غالباًٌ از سطح حرارتی بیشتری نسبت به مقدار لازم اسـتفاده مـیکننـد و یـامصرف انرژی بیش از حد دارند. چنین پروژههایی نه تنها از نظر اقتصادی مناسب نیـستندبلکه ممکن است بعد از مدتی مشکلاتی از نظر عملیاتی نیز در فرایند ایجاد نمایند به هر حالاگر هدف رفع مشکل عملیاتی باشد و یا کاهش مصرف انـرژی و طبعـاً کـاهش هزینـههـایعملیاتی لازم است که اصلاحاتی در پروژه صـورت گیـرد. بنـابراین در برخـورد بـا چنـینپروژههایی ابتدا بایستی شبکه موجود بررسـی شـده و تخلـفهـای صـورت گرفتـه در آنمشخص شود و سپس با درنظرگرفتن اهـداف انـرژی و سـرمایهگـذاری و مهمتـر از همـهمحدودیتهای ساختمان شبکه موجود آنرا به سمت یک شبکه بهینه هدایت نمائیم.
با بدست آوردن روشی مناسب برای بهینه سازی شبکه مبدلهای حرارتی خواهیم توانـستپاسخگوی خواس تههای گوناگونی باشیم که در ایـن زمینـه مطـرح مـیگـردد از جملـه ایـنخواسته ها می توان به موارد زیر اشاره نمود.
1- چه مقدار انرژی می توان با صرف حداقل هزینه برای تجهیزات ذخیره نمود؟
2- آیا می توان میزان محصول را بدون استفاده از انرژی مازاد افزایش داد؟
3- بهترین مکانها ی موجود برای تغییر در شبکه مبدلها ی حرارتی کدامند؟
4- آیا نیازمند استفاده از مبدل جدیدی در شبکه هستیم یا اینکه جریانهای گذرنده از مبدلموجود در شبکه را تغییر دهیم و یا اینکه هردو؟ 2-1- گزینه های اصلاح در شبکه مبدلهای حرارتی
لازم ب ه ذکر است که هدف بهبود شبکه های مبدلهای حرارتی انجام انطباقهای مؤثر بررویشبکه موجود برای کاهش هزینـه انـرژی مـیباشـد . بنـابراین بـرای کـاهش هزینـه انـرژیتغییراتی را در شبکه بوجود می آوریم که این تغییرات می تواند یکی از موارد زیر باشد:
1- (Add heat Exchanger) افزایش مبدل حرارتی
عملاً در پروژههای اصلاحی (Retrofit) یکسری مبدلهای اضافی نصب میشوند انجـام ایـنعمل دو اثر مهم بر شبکه میگذارد یکـی اینکـه مبـدلهای جدیـد بـه کمـک یکـدیگر در جهـتبازیابی بیشتر انرژی شبکه اقدام میکنند و دیگر اینکه این مبدلها بواسطه تأثیرگـذاری رویشرایط عملیاتی راندمان مبدلهای موجود را نیز افزایش می دهند.

2- (Resequence Heat Exchanger) آرایش مجدد مبدلهای حرارتی
بهترین وضعیت برای جابجایی و محل جدید مبدل های حرارتی بایستی تعیین گردد.
3- (Repipe Heat Exchanger) تغییر در جریان مبدلها
بایستی بهترین وضعیت در تغییر سیستم لوله گذاری مبدل تعیین گردد.
4- اضافه کردن سطح به مبدلهای موجود و یا تغییر در واحدهای جانبی.
لازم بذکر است که در پروژههای اصلاح سعی مینمـائیم شـبکه را بـه سـمت شـبکه بهینـهخودش هدایت نمائیم ولی این امر همیـشه ممکـن نمـیباشـد یـک طـرح اصـلاحی خـوب ازفرصتها بهرهبرداری میکند و ممکن است شبکه را کاملاً متفاوت از طراحی ابتدایی اصـلاحنمایـد بـه هرحـال بایـستی تاحـد امکـان از تغییـرات گـسترده و عمـده در سـاختار شـبکه خودداری نمائیم.
بنابراین واضح است که اضافه کردن سطح به جفتهـای موجـود عمومـاً انطبـاق سـاختاریکمتری احتیاج دارد بنابراین این مسئله به نصب جفتهای جدید ترجیح داده می شود.
حال این سؤال مطرح می گردد که چگونه از عهده پروژه های بهبود برآئیم:

3-1- روشهای موجود در اصلاح شبکه مبدلهای حرارتی:
1- اصلاح شبکه بصورت یک طرح جدید (اصلاح کامپیوتری)
Retrofit as New Design:
با داشتن اطلاعات مربـوط بـه جریانهـا ی شـبکه موجـود بوسـیله برنامـههـای کـامپیوتریطرحهای (توپولوژیهای) مختلفی را براسـاس طراحـی پایـه ایجـاد مـینماینـد و سـپس ازمقایسه این طرحها با یکدیگر و شبکه موجـود، طرحـی را کـه از نظـر سـاختمان بـه شـبکهموجود نزدیکتر است را انتخاب مینمایند. از معایب این روش این اسـت کـه اولاً مـی توانـدزمان زیادی را برای محاسبه مصرف کند و گران باشد و ثانیاً پاسخ خوبی تولیـد نخواهـدکرد زیرا هیچ دیدی را در مورد مسأله فراهم نمی نماید.
2- اصلاح شبکه بوسیله بازبینی مستقیم آن Retrofit by Inspection:
در این روش کوچکترینT ∆ بعنوانT min ∆ درنظرگ رفته میشـود و اهـداف تعیـین شـدهقبلی هیچ نقشی در تعیینT min ∆ ندارند و طراح غیر از تجربه ابزار دیگـری جهـت اصـلاحشبکه مبدلها در اختیار ندارد. و فقط با تکیه بر تجربه و اصـول اساسـی طراحـی اقـدام بـهاصلاح شبکه میکند و در آخر نتایج اصلاح را با محدودیتهای اعمال شده چک مـیکنـد کـهممکن است مورد قبول باشد یـا نباشـد حتـی در صـورت حـصول یـک نتیجـه خـوب هـیچتضمینی نیست که طرح بهتری وجود نداشته باشد.

3- اصلاح شبکه با استفاده از تکنولوژی Pinch
این روش مکمل روشهای قبلی است و تحت عنوان Retrofit by pinch method نام گرفتـه دراین روش اصلاح شبکه براساس مفاهیم فیزیکی و تحلیلهای ترمودینامیک استوار اسـت وبه طراح اجازه میدهد که بتواند تغییرات اعمال شده در شـبکه را کنتـرل و آنـرا بـه سـمتطرحهای عملی هدایت نماید استفاده از این روش در پروژههای صنعتی زمانیکه انـرژی دردرجه اول اهمیت قرارداشته باشد به صرفه جویی قابل توجهی منجر می شود. یک کار دیگـرکه در این زمینه انجام شده است، اهداف هزینه سرمایهگذاری را بـا اهـداف انـرژی ترکیـبمی کند و این کار حتی به صرفه جویی بیشتری منجر می شود.
یک درس حیاتی که متدPinch میدهد لزوم تنظیم اهـداف اسـت قاعـده کلـی پـیشبینـی آنچیزی است که بایستی بدست آید (هدفیابی) و سـپس تـلاش بـرای رسـیدن بـه آن هـدف(طراحی) می باشد.
بنابراین این فنĤوری بدلیل توانایی در تعیـین اهـداف قبـل از طراحـی و بکـارگیری آنهـا درتعیینT min ∆ بهینه برای اصلاح شبکه، در صنایع مختلف کـاربرد گـستردهای پیـدا کـردهاست.
حال پیش از آنکه به بررسیRetrofit توسط متدPinch بپردازیم در فصل بعد ابتدا مروریبر فنĤوری Pinch می نمائیم.

فصل دوم

مروری بر اصول تکنولوژی Pinch
Prablem Table Algorithm :جدول روند نمای مسأله -2 -1
از جدول روند نمای مسأله برای هدف گذاری انرژی و تعیین نقطهPinch استفاده می شـودجدول روند نما طی مراحل زیر تکمیل می گردد.
Determination of Temperature Interval :ایجاد بازه دمایی
به اندازهT2min ∆ از جریان گرم میکاهیم و به میزان T2min∆ به جریان سـرد مـی افـزائیم.
سپس دماها را از بزرگ به کوچک مرتب مینمائیم. و دماهای تکراری را حـذف مـینمـائیماین مرحله مطمئن میکند که یک نیروی محرکه دماییT min ∆ میـان جریـان سـرد و گـرمبرای انتقال حرارت ممکن درون هر بازه وجود دارد.
توجیه عملیات فوق بدین شکل است که منحنی ترکیبی گرم به اندازه T2min∆ بطور افقی بـهسمت منحنی ترکیبی سرد جابجا شده است و منحنی ترکیبی گرم نیز به میزان بـهمنحنی ترکیبی سرد نزدیک شده است تا دو منحنی همدیگر را در محلی که همان دمای بازهنقطه Pinch است قطع نمایند.

Calculation of Net Enthalpy in Each Interval:محاسبه انتالپی خالص برای هر بازه
ابتدا مجموعCp های جریان گرم را از مجموعCp های جریان سرد در هـر بـازه دمـایی کـممی نمائیم.
Fcp =ΣFcpc −ΣFcph (2 -1) معادله
Cpint =ΣCpc −ΣCph (2 -2) معادله
∆Hi =Cpint ×∆Ti (2 -3) معادله Calculation of cascaded Heat (∆Hcas) :آنالیز آبشاری -2 -2
ابتدا مقدار مصرفی واحد پشتیبانی گرم را صفر درنظرمـیگیـریم و آنـرا از اولـین آنتـالپیخالص کم می نمائیم. Hcas =∆Hcasi−1 −∆Hinti∆ سپس عدد حاصل را از آنتالپی بازه بعدی کم مینمائیم و این عمل را تا انتها انجام میدهیم حال بزرگترین عدد منفی را بعنـوان واحـدپشتیبانی گرم با علامت مثبت در بالای ستون بعدی قرارمیدهیم و آنرا بـا تـک تـکHcas ∆ ستون قبلی جمع مینمائیم تا تمامی اعداد منفی حذف گردد بنـابراین بـالاترین عـدد، بیـانگرمیزان مصرفی واحد پشتیبانی گرم درخواستی و پـایینتـرین عـدد، واحـد پـشتیبانی سـردمورد نیاز را نشان میدهد. ضمناً عدد صفر بوجودآمده بیانگر نقطهPinch است که اگر بـهآن اضافه کنیم دمای گرم نقطهPinch و اگر از آنT2min ∆ بکاهیم دمای سرد نقطـهPinch بدست می آید حال توسط مثال زیر مراحل بالا را توضیح می دهیم.

3- Concept of pinch: Pinch مفهوم -2
با استفاده از جدول روند نمای مسأله(PTA) توانستیم دمـایPinch را معـین نمـائیم نقطـهPinch فرآیند را به دو بخش تقسیم مـی نمایـد . در دماهـای بـالاتر از نقطـه جـدایش(Heat
Sink) بایستی گرما را دفع نمائیم و فقط به واحد پشتیبانی سرد نیازمند می باشیم.
4- Golden rules of pinch: Pinch قوانین طلایی -2
1- هیچ انتقال گرمایی (حرارتی) از میانPinch نباید داشته باشـیم. زیـرا اگـر بـه انـدازهα انرژی از نقطـهPinch بگـذرد دو بـار جریمـه انـرژی بایـستی بپـردازیم یکبـار در سیـستمگرمایشی و یکبار در سیستم سرمایشی. بعبارتی بار حرارتی تأسیسات افزایش می یابد.
2 با توجه به جدول بالا نمودار شـبکه جریانهـای گـرم و سـرد را مطـابق شـکل (8-2) رسـممینمائیم. نمودار در محل نقطهPinch توسط یک خط چین به دو قسمت تقسیم شده اسـت.
حال برای برقراری اتصال بین جریانهای گرم و سرد (مبدلها) بایستی قوانین زیر را رعایتنمائیم.
1- در صورت اتصال بایستی حرارت مورد نیاز یکی از جریانها تأمین گردد.
2- اختلاف دمای جریانهای ورودی ـ خروجی ب ه اتصال بـین جریانـات،Tmin ∆ نبایـستیکمتر باشد.
3- جریانهایی را به یکدیگر متصل مینمـائیم کـه ظرفیـت گرمـایی جریانهـای خروجـی ازPinch همواره بزرگتر یا مساوی جریانهای ورودیPinch باشد. Cpout ≥Cpin ابتدا بـار حرارتـی(Q) را بـرای جریانهـا بطـور جداگانـه بـرای بـالا و پـایین Pinch بدسـتمی آوریم.
همانطور که ملاحظه می شود جریان سرد شماره 3 از هر دو جریان گرم Cp بزرگتری دارد و درصورت اتصال بار حرارتی هردو جریان را تأمین می نماید ولی از طرفی جریـان سـردشماره یک فقط توانایی اتصال به جریان گرم شماره 2 را دارد بنابراین جریان سرد شماره3 را به جریان گرم شماره 4 متصل می نمائیم. و ملاحظه میشود کهkw 5/12 بار حرارتیمورد نیاز جریان شماره 4 تأمین گردید. ولـی هنـوز بـار حرارتـی جریـان سـرد شـماره 3 تأمین نگردیده است. و از طرف دیگر برای اینکه بار حرارتی شماره 1 تأمین شود آنـرا بـهجریان گرم شماره 2 وصل می نمائیم.
ملاحظه میکنیم که بار حرارتی جریان 1 تأمین شـده ولـی بـار حرارتـی جریـان 2 تـأمیننشده است . حال یک اتـصال بـین جریانهـای 2و3 برقـرار مـینمـائیم و در ایـن حالـت بـارحرارتی جریان 2 تکمیل گردیده است ولی بـار حرارتـی شـماره 3 هنـوز تکمیـل نگردیـدهاست.

قبلاً اشاره نمودیم که در بالایPinch به واحد پشتیبانی گرم نیـاز داریـم و در اینجـا بـرایتکمیل بار حرارتی جریان 3 از هیتر استفاده می نمائیم.
حال به طراحی پایینPinch میپردازیم ملاحظه مینمائیم کهCp جریان 4 بزرگتر از جریان1 میباشد بنابراین یک اتصال بین جریانهای 4و1 برقرار مینمـائیم بـه انـدازه ای کـه بـارحرارتی آنرا تأمین نماید.
جریان سرد شماره 1 را به اندازه ای که بار حرارتی آن تأمین گردد به جریـان شـماره دووصل می نمائیم.
و همانطور که قبلاً اشاره نمودهایم در پایینPinch به واحد پشتیبانی سرد نیاز داریـم و دراینجا برای تأمین بار حرارتی جریان گرم شماره 2 از Cooler استفاده می نمائیم.
هرگاه تعداد جریانهای ورودی و خروجی مساوی نباشد و تعداد جریانات خروجی چـه دربالا و چه در پائینPinch کمتر از تعداد جریانات ورودی بود بایستی جریانـات خروجـی ازPinch تقسیم شود و یا اگرCp جریان خروجی ازPinch کمتر ازCp جریـان ورودی باشـدبایستی جریان ورودی را تقسیم نمائیم و به دو جریان موازی تبدیل کنیم.
گاهی اوقات در بعضی از شبکهها علاوه بر اینکه مشکلCp را داریم هنگامیکه درحـال حـلنمودن این مشکل هستیم مشاهده مینمائیم که در تعداد جریانات نیز مـشکل بوجـود آمـدهاست یعنی لازم است که دوبار عمل تقسیم جریانات را انجام دهیم.
لازم است که یادآوری شود که تا جائیکه می شود باید از Split جریانها جلوگیری نمود زیرا هزینهبر و گران میباشد مگر در مواقعی که مجبور باشیم، بنابراین در اکثر طراحـیهـا، آنطراحی را که زیرکانه است و به تقسیم کمتری منجر می شود را انتخاب مینمائیم.

The Composite Curve :منحنی ترکیبی -2 -7
بعد از شناسایی جریانات گرم و سرد فرآیند و تعیین میزان حـداقل انـرژی مـورد نیـاز درTmin∆ مورد نظر به بررسی منحنی ترکیبی میپردازیم بعبارتی برای اطلاع از میزان انتقالحرارت بین فرآیندی بایستی جریانها را در نمودار دما برحسب آنتالپی رسم نمائیم.
بعنوان مثال ناحیـه بـین دو جریـان شـکل (13-2) بیـان کننـده میـزان انتقـال حـرارت بـینفرآیندی بوده است که برای شکل مذبور Mw 11 است.
شکل 12-2 یک مسأله بازیابی حرارتی ساده توسط یک جریان سرد و یک جریان گرم بخشهایی از جریان گرم و سرد که نتوانستهانـد در انتقـال حـرارت بـین فرآینـدی شـرکتنمایند به ترتیب بیان کننده حداقل واحد پشتیبانی گرمQhmin و حداقل واحد پـشتیبانی سـردQhmin درخواستی می باشد.
لازم به ذکر است که شیب جریانها غیرقابل تغییر بـوده و جریانهـا مـیتواننـد بطـور افقـیحرکت نمایند.
از طرفی باید توجه نمود که میزان بار حرارتی تأسیسات سرد و گرم مورد نیاز وابسته بـهمقدارTmin ∆ می باشد بطوریکه، هرچه منحنی ترکیبی سرد به منحنی ترکیبـی گـرم فرآینـدنزدیکتر گردد میزانTmin ∆ کاهش یافته و موجب افزایش انتقال حرارت بین فرآیند میگردد و بدین ترتیب میزان بار مصرفی واحدهای گرم و سرد درخواستی کـاهش خواهـد یافـت وبلعکس هرچه منحنی ترکیبی سرد از منحنی ترکیبی گرم دورتر شود مقـدارTmin ∆ افـزایشیافته و مقدار انتقال حرارت بین فرآیندی کاهش خواهد یافت که این به معنای افزایش میزانمصرف بار حرارتی واحدهای تأسیسات گرم و سرد درخواستی است.
لازم به ذکر است هنگامیکه منحنیهای ترکیبی همدیگر را در نقطهای لمـس نماینـد بعبـارتیTmin∆ برابر صفر گردد دیگر هیچ نیروی محرکه ای برای انتقال حرارت بین آنهـا در محـلتماس وجود نخواهد داشت که این بـه معنـای یـک سـطح انتقـال حـرارت یـا هزینـه اصـلیبینهایت میباشد و این درحالی است که مقدار مصرفی واحدهای پشتیبانی در حـداقل خـودقرار می گیرد.
به این ترتیبTmin ∆ فاکتور مهمی در طراحی شـبکه و همچنـین در اصـلاح شـبکه مبـدلهایحرارتی میباشد که با تعیین آن باید یک بررسی اثر متقابل بین هزینههای اصـلی و انـرژی(متغیر) داشته باشیم.
شکل 13-2 منحنی هزینه براساس Tmin∆
حال با درنظرگرفتن فرآیند زیر منحنی ترکیبـی آنـرا بـرای جریانهـای سـرد و گـرم رسـممی نمائیم.

قیمت 25 هزار تومان

خرید فایل pdf به همراه فایلword

قیمت:35هزار تومان