مقدمه :

بعد از بحران انرژي در دهة 80 به طراحي بهينه فرآيند توجه بيشتري شـده اسـت يكـي اززمينههايي كه در آن موفقيت چشم گيري حاصل شده است انتگراسيون فرآيند بوده اسـت.
از طرفي تكنولوژيPinch نشان داده است كه يكپارچه سازي خوب فرايند، بواسطه سادگيطراحي تأسيسات و استفاده درست از انرژي و سرمايه، مفيد و نافع ميباشـد . روشpinch مكمل روشهاي قبلي است و تحت عنوان Retrofit by pinch method نام گرفته در ايـن روشاصلاح شبكه براساس مفاهيم فيزيكي و تحليلهاي ترموديناميك استوار اسـت و بـه طـراحاجازه ميدهد كه بتواند تغييرات اعمال شده در شبكه را كنترل و آنـرا بـه سـمت طرحهـايعملي هدايت نمايد استفاده از اين روش در پروژههاي صنعتي زمانيكه انرژي در درجة اولاهميت قرارداشته باشد به صرفهجويي قابل توجهي منجر ميشود. يك كار ديگر كه در ايـنزمينه انجام شده است، اهداف هزينه سرمايهگذاري را با اهداف انرژي تركيب ميكند و ايـنكار حتي به صرفه جويي بيشتري منجر مي شود.

اصلاح شبكه مبدلهاي حرارتي برای پالایشگاه به همراه برآورد های اقتصادی

اصلاح شبكه مبدلهاي حرارتي برای پالایشگاه به همراه برآورد های اقتصادی

فهرست مطالب

چكيده ………………………………………………………………………………………………………………………الف

فصل اول

مقدمه اي بر اصلاح شبكه مبدلهاي حرارتي …………………………………………………………………………………2

گزينه هاي اصلاح در شبكه مبدل هاي حرارتي……………………………………………………………………………….3

افزايش مبدلهاي حرارتي ………………………………………………………………………………………………………..3

آرايش مجدد مبدلهاي حرارتي …………………………………………………………………………………………………..4
تغيير در جريان مبدلها ……………………………………………………………………………………………………………..4

اضافه كردن سطح به مبدلهاي موجود و يا تغيير در واحدهاي جانبي ………………………………………………………..4
اصلاح شبكه بصورت يك طرح جديد (اصلاح كامپيوتري) ………………………………………………………………………..5

اصلاح شبكه بوسيله بازبيني مستقيم آن …………………………………………………………………………………….5

اصلاح شبكه با استفاده از تكنولوژي Pinch ………………………..ا………………………………………………………..6

فصل دوم

مروري بر اصول تكنولوژي Pinch ….ا………………………………………………………………………………………….9
جدول روند نماي مسأله ……………………………………………………………………………………………………….9

ايجاد بازة دمايي ………………………………………………………………………………………………………………..9

محاسبة آنتالپي خالص براي هر بازه ………………………………………………………………………………………..10

آناليز آبشاري ……………………………………………………………………………………………………………………10

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

منحني تركيبي ………………………………………………………………………………………………………………….24

منحني تركيبي جامع …………………………………………………………………………………………………………..29

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

كوره ……………………………………………………………………………………………………………………………..33

در جات آزادي مستقل در كوره ………………………………………………………………………………………………..38

مسائل آستانه اي ………………………………………………………………………………………………………………39

فصل سوم

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

حداقل تعداد واحدها در كل شبكه …………………………………………………………………………………………….44

هدف يابي تعداد واحدها براي شبكه MER……………ا……………………………………………………………………..45

هدف يابي تعداد واحدها براي انتقال حرارت عمودي ………………………………………………………………………..45

تعداد حلقه ها در يك شبكه …………………………………………………………………………………………………..45

هدفگذاري مساحت مبدلهاي حرارتي ………………………………………………………………………………………..45

هدفگذاري براي تعداد پوسته ها …………………………………………………………………………………………….52

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

هزينه كلي ساليانه…………………………………………………………………………………………………………….69

هزينه عملياتي (واحد پشتيباني) ……………………………………………………………………………………………70

فصل چهارم

هدف يابي در متد Pinch براي بهبود شبكه مبدلهاي حرارتي ……………………………………………………………..72

فلسفه هدف يابي
بهينه سازي هدفمند براساس رابطه هزينه ـ انرژي ………………………………………………………………………….79

بهترين نقطه براي طراحي روي منحني((AREA_ENERGY …………ا……………………………………………………….80

بهترين مسير براي اصلاح شبكه موجود كدام است …………………………………………………………………………..81

روش هدف يابي …………………………………………………………………………………………………………………..85 .

تعيين مسير بهينه سازي با استفاده از (α) ……………………………………………………………………………………..86
برآورد هزينه هاي سرمايه گذاري و ميزان ذخيره سازي انرژي در اصلاح شبكه…………………………………………….89

ابزار و روش طراحي ………………………………………………………………………………………………………………93
بررسي مبدلهاي عبوري از Pinch ….ا…………………………………………………………………………………………..93

منحني نيروي محركه ……………………………………………………………………………………………………………..94

ديدگاه اول ………………………………………………………………………………………………………………………….97

ديدگاه دوم …………………………………………………………………………………………………………………………98

ديدگاه سوم ………………………………………………………………………………………………………………………..98

ديدگاه چهارم …………………………………………………………………………………………………………………….99

ديدگاه پنجم ………………………………………………………………………………………………………………………99

ديدگاه ششم ……………………………………………………………………………………………………………………100

تحليل مسائل باقيمانده …………………………………………………………………………………………………………101

سطح حرارتي باقيمانده ……………………………………………………………………………………………………….. 104
تغيير موقعيت مبدلهاي حرارتي …………………………………………………………………………………………………107

انتقال عمودي …………………………………………………………………………………………………………………….109

انتقال افقي ………………………………………………………………………………………………………………………109

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

نتيجه گيري ……………………………………………………………………………………………………………………..113

طراحي …………………………………………………………………………………………………………………………..115

تحليل مبدلهاي موجود …………………………………………………………………………………………………………..115
تصحيح مبدلهاي نامناسب ………………………………………………………………………………………………………116

جايگذاري مبدلهاي جديد ………………………………………………………………………………………………………..117

اعمال تغييرات ممكن در طرح ……………………………………………………………………………………………………119

فصل پنجم

معرفي شركت پخش و پالايش تهران ………………………………………………………………………………………121

شرح فرايند واحد تقطير شمالي پالايشگاه تهران…………………………………………………………………………….121

واحد تقطير اتمسفريك………………………………………………………………………………………………………….123

واحد تقطير در خلاء ……………………………………………………………………………………………………………..129
قسمت تثبيت و تفكيك بنزين ………………………………………………………………………………………………….134

فصل ششم

محاسبات و نتايج …………………………………………………………………………………………………………….136

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

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

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

هزينة سرمايه گذاري …………………………………………………………………………………………………………142

هدف يابي پروژه ……………………………………………………………………………………………………………….142

داده هاي هزينه ……………………………………………………………………………………………………………….143

هزينه هاي عملياتي……………………………………………………………………………………………………………143

محاسبة بازدة سطح شبكة فعلي ……………………………………………………………………………………………147

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

محاسبة ميزان صرفه جويي انرژي و ميزان مساحت اضافي ……………………………………………………………..153

تحليل اقتصادي صرفه جويي برحسب ميزان سرمايه گذاري ………………………………………………………………154

تعيين T min∆هدف ……………………………………………………………………………………………………و………159

تحليل شبكة مبدلهاي فعلي ………………………………………………………………………………………………….161

مرحلة اشكال زدايي ……………………………………………………………………………………………………………166
نتايج اصلاح شبكه مبدلهاي حرارتي ………………………………………………………………………………………….167
نتيجه گيري و پيشنهادات ………………………………………………………………………………………………………..172
علائم و نشانه ها و اختصارات ………………………………………………………………………………………………….178

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

چكيدة لاتين ……………………………………………………………………………………………………………………187

فهرست شكلها و نمودارها

1-1 فلوچارت اصلاح شبكه توسط متدpinch …………….ا……………………………………………………………………7
1-2 منحني تركيبي سرد و گرم به ميزانT2min ∆ داده شده است ……………………………………………………..10
2-2 انرژي از ميان pinch نبايد عبور كند ………………………………………………………………………………………14
3-2 تأسيسات گرم در پايينpinch نبايد بكار رود …………………………………………………………………………….14
4-2 تأسيسات سرد در بالاي pinch نبايد بكار رود …………………………………………………………………………..14
5-2 منحني تركيبي منطقه بندي شده ………………………………………………………………………………………..15
6-2 جايگذاري مبدلهاي حرارتي(match) در بالاي pinch ………………………………………ا……………………………17
7-2 جايگذاري مبدلهاي حرارتي(match) در پايين pinch…………………………………………ا…………………………..18
8-2 طرح كامل از شبكه مبدلهاي حرارتي طبق داده هاي جدول 1-2 ………………………………………………………19
9-2Spilt جريان بخاطر مشكل CP ……………..ا……………………………………………………………………………….20
10- 2Spilt جريان ها بخاطرCP و تعداد جريانات ………………………………………………………………………………..21
11-2 فلوچارتSpilt نمودن شبكه ………………………………………………………………………………………………..22
12-2 يك مسأله بازيابي حرارتي ساده توسط يك جريان سرد و ويـك جريـان گرم………………………………………….23
13- 2منحني هزينه براساسTmin ∆ ………………….ا………………………………………………………………………..24
14-2 PFD فرآيند …………………………………………………………………………………………………………………..25
15-2 منحني تركيبي تراز شده ………………………………………………………………………………………………….27
16-2 منحني تركيب جامع ……………………………………………………………………………………………………….29
17-2 فاصلة زياد بين دو قسمت منحنيGap ………………………………ا…………………………………………………..30
18-2 استفاده از روغن داغ بعنوان واحد پشتيباني گرم ……………………………………………………………………..31
19-2 استفاده از كوره بعنوان واحد پشتيباني گرم …………………………………………………………………………..32
20-2 كاهش ه واي اضافي كوره و پيش گرم كردن هواي اتاق ……………………………………………………………..34
21-2 حداقل دمايStack بوسيله نقطة شبنم اسيدي ثابت شده است………………………………………………….36

حداقل دماي Stackبوسيلة فرايند ثابت شده است …………………………………………………………………………….36

22-2 تقاطع خط گاز خروجي كوره با محور دماي بازده در نقطه شبنم اسيدي ……………………………………………..36
23-2 بررسي مسايل آستانه روي منحني T-H ..ا……………………………………………………………………………….38
1-3 تجمع جريانات روي بازده هاي آنتالپي ……………………………………………………………………………………….46
4-3 مقايسه انتقال حرارت عمودي و غيرعمودي در مبدلها ……………………………………………………………………50

5-3 دماي جريان گرم خروجي بيشتر از دماي جريان سرد خروجي…………………………………………………………….51
6-3 دماي جريان گرم خروجي كمتر از دماي سرد خروجي ……………………………………………………………………52
7-3 دماي تلاقي خيلي زياد مي باشد …………………………………………………………………………………………..53
8-3 بررسي امكان طراحي مبدلهاي پوسته و لوله (2-1) ………………………………………………………………………54
10-3 سري كردن پوستهها سبب كاهش دماي تلاقي در مبدلها مي شود …………………………………………………57
11-3 فلوچارت هدف يابي هزينه كلي ساليانه…………………………………………………………………………………..67
12-3 ميزان Tmin∆ بهينه با توجه به كمترين هزينه كلي ساليانه …………………………………………………………..68
1-4 انواع مختلف نمودارهاي تركيبي ……………………………………………………………………………………………71
2-4 منحني سطح حرارتي بر حسب انرژي ……………………………………………………………………………………76
3-4 مسير عملي براي پروژه هاي بهينه سازي ………………………………………………………………………………..79
4-4 مسيرهاي متفاوت جهت بهينه سازي شبكه و بهترين مسير اصلاح ……………………………………………………79
5-4 افزايش زمان بازگشت سرمايه با افزايش مي زان سرمايه گذاري ……………………………………………………..80
6-4 منحني ذخيره سازي انرژي برحسب سرمايه گذاري ……………………………………………………………………81
7-4 راندمان سطح حرارتي (α)………….ا………………………………………………………………………………………..82
9-4 چهار منطقه مشخص شده در منحني A-E ….ا…………………………………………………………………………..85
11-4 خلاصه روش هدف يابي ………………………………………………………………………………………………….89
12-4 مقايسة Matchهاي عمودي و غيرعمودي در منحني نيروي محركه………………………………………………….91
13-4 رسم منحني نيروي محركه از منحني تركيبي …………………………………………………………………………92
14-4 نمايش يك جفت روي منحني نيروي محركه ………………………………………………………………………….93
15-4 ديدگاه اول: pinch Match بالاي نق طة pinch باشد ………………………………………………………………..94
16-4 ديدگاه دوم:pinch Match پايين نقطةpinch باشد …………………………………………………………………..95
17-4 ديدگاه سوم: عبور ازpinch از بالا به پايين …………………………………………………………………………….96
18-4 ديدگاه چهارم: عبور ازpinch از پايين به بالا …………………………………………………………………………..96
19-4 ديدگاه پنجم: حالت تخلف Tmin∆ ……ا……………………………………………………………………………….97
20-4 ديدگاه ششم: حالت ناكارا……………………………………………………………………………………………..98
22-4 تحليل سطح حرارتي باقيمانده با انرژي ثابت………………………………………………………………………..102
23-4 تحليل Tmin∆ باقيمانده ………………………………………………………………………………………………..104
24-4 انتقال مبدلهاي حرارتي بصورت عمودي ………………………………………………………………………………106
25-4 انتقال مبدلهاي حرارتي بصورت افقي …………………………………………………………………………………107
26-4 انتقال مبدلهاي حرارتي بوسيلة تغيير شيب( تغيير نسبت CPها)………………………………………………….107

27-4 انتقال با تغيير نسبتCP ها و تغييرT ∆ …………………………..ا…………………………………………………..108
28-4 فلوچارت روش تحليل مبدلهاي موجود …………………………………………………………………………………113
29-4 خلاصه فلوچارت تصحيح مبدلهاي نامناسب…………………………………………………………………………..114
30-4 خلاصه فلوچارت روش جايگذاري مبدلهاي جديد …………………………………………………………………….116
1-5 PFD واحد تقطير پالايشگاه تهران………………………………………………………………………………………..133
3-6 منحني صرفه جويي برحسب ميزان سرمايه گذاري ………………………………………………………………….156
4-6 منحني تركيبي سرد و گرم در Tmin opt∆ ………..ا……………………………………………………………………157
5-6 منحني تركيبي جامع (G.C.C) در Tmin opt∆ ………ا………………………………………………………………….157
6-6 مبدلهايي كه حرارت را از pinch عبور داده و يا تأسيساتي كه بطور نامناسب جايگذار شده اند……………………159
7-6 منحني نيروي محركه شبكه مبدلهاي حرارتي واحد تقطير پالايـشگاه تهـران…………………………………………162
8-6 وضعيت نهايي شبكه پس از اصلاح ………………………………………………………………………………………174
9-6 وضعيت شبكه قبل از اصلاح ……………………………………………………………………………………………..173
فهرست جداول
1-2 جدول داده ها و اطلاعات جريانها …………………………………………………………………………………………15
2-2 جدول داده ها و اطلاعات جريانها …………………………………………………………………………………………16
3-2 جدول مربوط به داده هاي جريان ………………………………………………………………………………………….25
4-2 جدول مربوط به منحني تركيبي جريان گرم ………………………………………………………………………………26
5-2 جدول مربوط به منحني تركيبي جريان سرد ……………………………………………………………………………..26
6-2 داده هاي مربوط به رسم منحني تركيبي جامع…………………………………………………………………………..29
1-3 داده ها جريان ها و تأسيسات ……………………………………………………………………………………………..45
2-3 مساحت هدف يابي شده شبكه مثال فوق ………………………………………………………………………………48
4-3 نتيجه N,P,R وFT براي بازه هاي مختلف ………………………………………………………………………………….61
5-3 نتايج مساحت جدول هاي (1- 1) و مبدلهاي (2-1) ……………………………………………………………………..62
1-4 مقادير شاخص Tmin∆ براي فرايندهاي مختلف ………………………………………………………………………….72
2-4 مقادير شاخصTmin ∆ براي واحدهاي پشتيباني مختلف كه در……………………………………………………….73

3-4 مقادير شاخصTmin ∆ در بهينه سازي فرايندهاي مختلف پالايش …………………………………………………….74
4-4 مراحل طراحي پروژه هاي Retrofit ……ا…………………………………………………………………………………..112
1-6 اطلاعاتي و داده هاي مربوط به جريان هاي استخراج شده واحد تقطير …………………………………………….. 138
2-6 داده هاي صحيح هزينه براي اصلاح …………………………………………………………………………………………141
3-6 داده هاي مربوط به هزينه تأسيسات گرم و تأسيسات سرد …………………………………………………………….142
4-6 مشخصات مبدلهاي فرايند به فرايند ……………………………………………………………………………………….142
4-6 مشخصات تأسيسات گرم…………………………………………………………………………………………………..143
4-6 مشخصات كولر هوايي………………………………………………………………………………………………………144
4-6 مشخصات خنك كننده آبي ………………………………………………………………………………………………..144
5-6 نتايج مربوط به (1-1)α=1 ، A∆ وAmax …….ا………………………………………………………………………….149
6-6 نتايج مربوط به A∆و N∆ و ذخيرهسازي انرژي در Tmin∆هاي مختلف……………………………………………… 153
7-6 نتايج مربوط به ميزان صرفه جويي و ميزان سرمايه گذاري در Tmin∆ هاي مختلف………………………………..154
8-6 فهرست مبدلهايي كه از pinch عبور كرده و يا تأسيساتي كه بطور نامناسب جايگذار شده اند…………………..161
9-6 نتايج اصلاح شبكه مبدلهاي حرارتي ……………………………………………………………………………… 168-164

فصل اول مقدمه اي بر اصلاح شبكه مبدل هاي حرارتي

1ـ1ـ مقدمه اي بر اصلاح شبكه مبدلهاي حرارتي (Retrofit)
بعد از بحران انرژي در دهة 80 به طراحي بهينه فرآيند توجه بيشتري شـده اسـت يكـي اززمينههايي كه در آن موفقيت چشم گيري حاصل شده است انتگراسيون فرآيند بوده اسـت.
از طرفي تكنولوژيPinch نشان داده است كه يكپارچه سازي خوب فرايند، بواسطه سادگيطراحي تأسيسات و استفاده درست از انرژي و سرمايه، مفيد و نافع مي باشد.[2و1] طرحهاي غيربهينه شبكه مبدلهاي حرارتي اغلب پروژههايي هستند كـه سـالها قبـل طراحـيشدهاند ولي به علت عدم رعايت اصول طراحيPinch مشكلات فراواني در آنها وجود دارد.
اينگونه طرحها غالباًٌ از سطح حرارتي بيشتري نسبت به مقدار لازم اسـتفاده مـيكننـد و يـامصرف انرژي بيش از حد دارند. چنين پروژههايي نه تنها از نظر اقتصادي مناسب نيـستندبلكه ممكن است بعد از مدتي مشكلاتي از نظر عملياتي نيز در فرايند ايجاد نمايند به هر حالاگر هدف رفع مشكل عملياتي باشد و يا كاهش مصرف انـرژي و طبعـاً كـاهش هزينـههـايعملياتي لازم است كه اصلاحاتي در پروژه صـورت گيـرد. بنـابراين در برخـورد بـا چنـينپروژههايي ابتدا بايستي شبكه موجود بررسـي شـده و تخلـفهـاي صـورت گرفتـه در آنمشخص شود و سپس با درنظرگرفتن اهـداف انـرژي و سـرمايهگـذاري و مهمتـر از همـهمحدوديتهاي ساختمان شبكه موجود آنرا به سمت يك شبكه بهينه هدايت نمائيم.
با بدست آوردن روشي مناسب براي بهينه سازي شبكه مبدلهاي حرارتي خواهيم توانـستپاسخگوي خواس تههاي گوناگوني باشيم كه در ايـن زمينـه مطـرح مـيگـردد از جملـه ايـنخواسته ها مي توان به موارد زير اشاره نمود.
1- چه مقدار انرژي مي توان با صرف حداقل هزينه براي تجهيزات ذخيره نمود؟
2- آيا مي توان ميزان محصول را بدون استفاده از انرژي مازاد افزايش داد؟
3- بهترين مكانها ي موجود براي تغيير در شبكه مبدلها ي حرارتي كدامند؟
4- آيا نيازمند استفاده از مبدل جديدي در شبكه هستيم يا اينكه جريانهاي گذرنده از مبدلموجود در شبكه را تغيير دهيم و يا اينكه هردو؟ 2-1- گزينه هاي اصلاح در شبكه مبدلهاي حرارتي
لازم ب ه ذكر است كه هدف بهبود شبكه هاي مبدلهاي حرارتي انجام انطباقهاي مؤثر بررويشبكه موجود براي كاهش هزينـه انـرژي مـيباشـد . بنـابراين بـراي كـاهش هزينـة انـرژيتغييراتي را در شبكه بوجود مي آوريم كه اين تغييرات مي تواند يكي از موارد زير باشد:
1- (Add heat Exchanger) افزايش مبدل حرارتي
عملاً در پروژههاي اصلاحي (Retrofit) يكسري مبدلهاي اضافي نصب ميشوند انجـام ايـنعمل دو اثر مهم بر شبكه ميگذارد يكـي اينكـه مبـدلهاي جديـد بـه كمـك يكـديگر در جهـتبازيابي بيشتر انرژي شبكه اقدام ميكنند و ديگر اينكه اين مبدلها بواسطه تأثيرگـذاري رويشرايط عملياتي راندمان مبدلهاي موجود را نيز افزايش مي دهند.

2- (Resequence Heat Exchanger) آرايش مجدد مبدلهاي حرارتي
بهترين وضعيت براي جابجايي و محل جديد مبدل هاي حرارتي بايستي تعيين گردد.
3- (Repipe Heat Exchanger) تغيير در جريان مبدلها
بايستي بهترين وضعيت در تغيير سيستم لوله گذاري مبدل تعيين گردد.
4- اضافه كردن سطح به مبدلهاي موجود و يا تغيير در واحدهاي جانبي.
لازم بذكر است كه در پروژههاي اصلاح سعي مينمـائيم شـبكه را بـه سـمت شـبكه بهينـهخودش هدايت نمائيم ولي اين امر هميـشه ممكـن نمـيباشـد يـك طـرح اصـلاحي خـوب ازفرصتها بهرهبرداري ميكند و ممكن است شبكه را كاملاً متفاوت از طراحي ابتدايي اصـلاحنمايـد بـه هرحـال بايـستي تاحـد امكـان از تغييـرات گـسترده و عمـده در سـاختار شـبكه خودداري نمائيم.
بنابراين واضح است كه اضافه كردن سطح به جفتهـاي موجـود عمومـاً انطبـاق سـاختاريكمتري احتياج دارد بنابراين اين مسئله به نصب جفتهاي جديد ترجيح داده مي شود.
حال اين سؤال مطرح مي گردد كه چگونه از عهدة پروژه هاي بهبود برآئيم:

3-1- روشهاي موجود در اصلاح شبكه مبدلهاي حرارتي:
1- اصلاح شبكه بصورت يك طرح جديد (اصلاح كامپيوتري)
Retrofit as New Design:
با داشتن اطلاعات مربـوط بـه جريانهـا ي شـبكة موجـود بوسـيلة برنامـههـاي كـامپيوتريطرحهاي (توپولوژيهاي) مختلفي را براسـاس طراحـي پايـه ايجـاد مـينماينـد و سـپس ازمقايسة اين طرحها با يكديگر و شبكه موجـود، طرحـي را كـه از نظـر سـاختمان بـه شـبكهموجود نزديكتر است را انتخاب مينمايند. از معايب اين روش اين اسـت كـه اولاً مـي توانـدزمان زيادي را براي محاسبه مصرف كند و گران باشد و ثانياً پاسخ خوبي توليـد نخواهـدكرد زيرا هيچ ديدي را در مورد مسأله فراهم نمي نمايد.
2- اصلاح شبكه بوسيلة بازبيني مستقيم آن Retrofit by Inspection:
در اين روش كوچكترينT ∆ بعنوانT min ∆ درنظرگ رفته ميشـود و اهـداف تعيـين شـدهقبلي هيچ نقشي در تعيينT min ∆ ندارند و طراح غير از تجربه ابزار ديگـري جهـت اصـلاحشبكه مبدلها در اختيار ندارد. و فقط با تكيه بر تجربه و اصـول اساسـي طراحـي اقـدام بـهاصلاح شبكه ميكند و در آخر نتايج اصلاح را با محدوديتهاي اعمال شده چك مـيكنـد كـهممكن است مورد قبول باشد يـا نباشـد حتـي در صـورت حـصول يـك نتيجـه خـوب هـيچتضميني نيست كه طرح بهتري وجود نداشته باشد.

3- اصلاح شبكه با استفاده از تكنولوژي Pinch
اين روش مكمل روشهاي قبلي است و تحت عنوان Retrofit by pinch method نام گرفتـه دراين روش اصلاح شبكه براساس مفاهيم فيزيكي و تحليلهاي ترموديناميك استوار اسـت وبه طراح اجازه ميدهد كه بتواند تغييرات اعمال شده در شـبكه را كنتـرل و آنـرا بـه سـمتطرحهاي عملي هدايت نمايد استفاده از اين روش در پروژههاي صنعتي زمانيكه انـرژي دردرجة اول اهميت قرارداشته باشد به صرفه جويي قابل توجهي منجر مي شود. يك كار ديگـركه در اين زمينه انجام شده است، اهداف هزينه سرمايهگذاري را بـا اهـداف انـرژي تركيـبمي كند و اين كار حتي به صرفه جويي بيشتري منجر مي شود.
يك درس حياتي كه متدPinch ميدهد لزوم تنظيم اهـداف اسـت قاعـدة كلـي پـيشبينـي آنچيزي است كه بايستي بدست آيد (هدفيابي) و سـپس تـلاش بـراي رسـيدن بـه آن هـدف(طراحي) مي باشد.
بنابراين اين فنĤوري بدليل توانايي در تعيـين اهـداف قبـل از طراحـي و بكـارگيري آنهـا درتعيينT min ∆ بهينه براي اصلاح شبكه، در صنايع مختلف كـاربرد گـستردهاي پيـدا كـردهاست.
حال پيش از آنكه به بررسيRetrofit توسط متدPinch بپردازيم در فصل بعد ابتدا مروريبر فنĤوري Pinch مي نمائيم.

فصل دوم

مروري بر اصول تكنولوژي Pinch
Prablem Table Algorithm :جدول روند نماي مسأله -2 -1
از جدول روند نماي مسأله براي هدف گذاري انرژي و تعيين نقطهPinch استفاده مي شـودجدول روند نما طي مراحل زير تكميل مي گردد.
Determination of Temperature Interval :ايجاد بازة دمايي
به اندازةT2min ∆ از جريان گرم ميكاهيم و به ميزان T2min∆ به جريان سـرد مـي افـزائيم.
سپس دماها را از بزرگ به كوچك مرتب مينمائيم. و دماهاي تكراري را حـذف مـينمـائيماين مرحله مطمئن ميكند كه يك نيروي محركه دماييT min ∆ ميـان جريـان سـرد و گـرمبراي انتقال حرارت ممكن درون هر بازه وجود دارد.
توجيه عمليات فوق بدين شكل است كه منحني تركيبي گرم به اندازه T2min∆ بطور افقي بـهسمت منحني تركيبي سرد جابجا شده است و منحني تركيبي گرم نيز به ميزان بـهمنحني تركيبي سرد نزديك شده است تا دو منحني همديگر را در محلي كه همان دماي بازهنقطة Pinch است قطع نمايند.

Calculation of Net Enthalpy in Each Interval:محاسبة انتالپي خالص براي هر بازه
ابتدا مجموعCp هاي جريان گرم را از مجموعCp هاي جريان سرد در هـر بـازة دمـايي كـممي نمائيم.
Fcp =ΣFcpc −ΣFcph (2 -1) معادلة
Cpint =ΣCpc −ΣCph (2 -2) معادلة
∆Hi =Cpint ×∆Ti (2 -3) معادلة Calculation of cascaded Heat (∆Hcas) :آناليز آبشاري -2 -2
ابتدا مقدار مصرفي واحد پشتيباني گرم را صفر درنظرمـيگيـريم و آنـرا از اولـين آنتـالپيخالص كم مي نمائيم. Hcas =∆Hcasi−1 −∆Hinti∆ سپس عدد حاصل را از آنتالپي بازه بعدي كم مينمائيم و اين عمل را تا انتها انجام ميدهيم حال بزرگترين عدد منفي را بعنـوان واحـدپشتيباني گرم با علامت مثبت در بالاي ستون بعدي قرارميدهيم و آنرا بـا تـك تـكHcas ∆ ستون قبلي جمع مينمائيم تا تمامي اعداد منفي حذف گردد بنـابراين بـالاترين عـدد، بيـانگرميزان مصرفي واحد پشتيباني گرم درخواستي و پـايينتـرين عـدد، واحـد پـشتيباني سـردمورد نياز را نشان ميدهد. ضمناً عدد صفر بوجودآمده بيانگر نقطةPinch است كه اگر بـهآن اضافه كنيم دماي گرم نقطةPinch و اگر از آنT2min ∆ بكاهيم دماي سرد نقطـةPinch بدست مي آيد حال توسط مثال زير مراحل بالا را توضيح مي دهيم.

3- Concept of pinch: Pinch مفهوم -2
با استفاده از جدول روند نماي مسأله(PTA) توانستيم دمـايPinch را معـين نمـائيم نقطـةPinch فرآيند را به دو بخش تقسيم مـي نمايـد . در دماهـاي بـالاتر از نقطـه جـدايش(Heat
Sink) بايستي گرما را دفع نمائيم و فقط به واحد پشتيباني سرد نيازمند مي باشيم.
4- Golden rules of pinch: Pinch قوانين طلايي -2
1- هيچ انتقال گرمايي (حرارتي) از ميانPinch نبايد داشته باشـيم. زيـرا اگـر بـه انـدازةα انرژي از نقطـةPinch بگـذرد دو بـار جريمـة انـرژي بايـستي بپـردازيم يكبـار در سيـستمگرمايشي و يكبار در سيستم سرمايشي. بعبارتي بار حرارتي تأسيسات افزايش مي يابد.
2 با توجه به جدول بالا نمودار شـبكه جريانهـاي گـرم و سـرد را مطـابق شـكل (8-2) رسـممينمائيم. نمودار در محل نقطةPinch توسط يك خط چين به دو قسمت تقسيم شده اسـت.
حال براي برقراري اتصال بين جريانهاي گرم و سرد (مبدلها) بايستي قوانين زير را رعايتنمائيم.
1- در صورت اتصال بايستي حرارت مورد نياز يكي از جريانها تأمين گردد.
2- اختلاف دماي جريانهاي ورودي ـ خروجي ب ه اتصال بـين جريانـات،Tmin ∆ نبايـستيكمتر باشد.
3- جريانهايي را به يكديگر متصل مينمـائيم كـه ظرفيـت گرمـايي جريانهـاي خروجـي ازPinch همواره بزرگتر يا مساوي جريانهاي وروديPinch باشد. Cpout ≥Cpin ابتدا بـار حرارتـي(Q) را بـراي جريانهـا بطـور جداگانـه بـراي بـالا و پـايين Pinch بدسـتمي آوريم.
همانطور كه ملاحظه مي شود جريان سرد شماره 3 از هر دو جريان گرم Cp بزرگتري دارد و درصورت اتصال بار حرارتي هردو جريان را تأمين مي نمايد ولي از طرفي جريـان سـردشماره يك فقط توانايي اتصال به جريان گرم شماره 2 را دارد بنابراين جريان سرد شماره3 را به جريان گرم شماره 4 متصل مي نمائيم. و ملاحظه ميشود كهkw 5/12 بار حرارتيمورد نياز جريان شماره 4 تأمين گرديد. ولـي هنـوز بـار حرارتـي جريـان سـرد شـماره 3 تأمين نگرديده است. و از طرف ديگر براي اينكه بار حرارتي شماره 1 تأمين شود آنـرا بـهجريان گرم شماره 2 وصل مي نمائيم.
ملاحظه ميكنيم كه بار حرارتي جريان 1 تأمين شـده ولـي بـار حرارتـي جريـان 2 تـأميننشده است . حال يك اتـصال بـين جريانهـاي 2و3 برقـرار مـينمـائيم و در ايـن حالـت بـارحرارتي جريان 2 تكميل گرديده است ولي بـار حرارتـي شـماره 3 هنـوز تكميـل نگرديـدهاست.

قبلاً اشاره نموديم كه در بالايPinch به واحد پشتيباني گرم نيـاز داريـم و در اينجـا بـرايتكميل بار حرارتي جريان 3 از هيتر استفاده مي نمائيم.
حال به طراحي پايينPinch ميپردازيم ملاحظه مينمائيم كهCp جريان 4 بزرگتر از جريان1 ميباشد بنابراين يك اتصال بين جريانهاي 4و1 برقرار مينمـائيم بـه انـدازه اي كـه بـارحرارتي آنرا تأمين نمايد.
جريان سرد شماره 1 را به اندازه اي كه بار حرارتي آن تأمين گردد به جريـان شـماره دووصل مي نمائيم.
و همانطور كه قبلاً اشاره نمودهايم در پايينPinch به واحد پشتيباني سرد نياز داريـم و دراينجا براي تأمين بار حرارتي جريان گرم شماره 2 از Cooler استفاده مي نمائيم.
هرگاه تعداد جريانهاي ورودي و خروجي مساوي نباشد و تعداد جريانات خروجي چـه دربالا و چه در پائينPinch كمتر از تعداد جريانات ورودي بود بايستي جريانـات خروجـي ازPinch تقسيم شود و يا اگرCp جريان خروجي ازPinch كمتر ازCp جريـان ورودي باشـدبايستي جريان ورودي را تقسيم نمائيم و به دو جريان موازي تبديل كنيم.
گاهي اوقات در بعضي از شبكهها علاوه بر اينكه مشكلCp را داريم هنگاميكه درحـال حـلنمودن اين مشكل هستيم مشاهده مينمائيم كه در تعداد جريانات نيز مـشكل بوجـود آمـدهاست يعني لازم است كه دوبار عمل تقسيم جريانات را انجام دهيم.
لازم است كه يادآوري شود كه تا جائيكه مي شود بايد از Split جريانها جلوگيري نمود زيرا هزينهبر و گران ميباشد مگر در مواقعي كه مجبور باشيم، بنابراين در اكثر طراحـيهـا، آنطراحي را كه زيركانه است و به تقسيم كمتري منجر مي شود را انتخاب مينمائيم.

The Composite Curve :منحني تركيبي -2 -7
بعد از شناسايي جريانات گرم و سرد فرآيند و تعيين ميزان حـداقل انـرژي مـورد نيـاز درTmin∆ مورد نظر به بررسي منحني تركيبي ميپردازيم بعبارتي براي اطلاع از ميزان انتقالحرارت بين فرآيندي بايستي جريانها را در نمودار دما برحسب آنتالپي رسم نمائيم.
بعنوان مثال ناحيـة بـين دو جريـان شـكل (13-2) بيـان كننـده ميـزان انتقـال حـرارت بـينفرآيندي بوده است كه براي شكل مذبور Mw 11 است.
شكل 12-2 يك مسأله بازيابي حرارتي ساده توسط يك جريان سرد و يك جريان گرم بخشهايي از جريان گرم و سرد كه نتوانستهانـد در انتقـال حـرارت بـين فرآينـدي شـركتنمايند به ترتيب بيان كنندة حداقل واحد پشتيباني گرمQhmin و حداقل واحد پـشتيباني سـردQhmin درخواستي مي باشد.
لازم به ذكر است كه شيب جريانها غيرقابل تغيير بـوده و جريانهـا مـيتواننـد بطـور افقـيحركت نمايند.
از طرفي بايد توجه نمود كه ميزان بار حرارتي تأسيسات سرد و گرم مورد نياز وابسته بـهمقدارTmin ∆ مي باشد بطوريكه، هرچه منحني تركيبي سرد به منحني تركيبـي گـرم فرآينـدنزديكتر گردد ميزانTmin ∆ كاهش يافته و موجب افزايش انتقال حرارت بين فرآيند ميگردد و بدين ترتيب ميزان بار مصرفي واحدهاي گرم و سرد درخواستي كـاهش خواهـد يافـت وبلعكس هرچه منحني تركيبي سرد از منحني تركيبي گرم دورتر شود مقـدارTmin ∆ افـزايشيافته و مقدار انتقال حرارت بين فرآيندي كاهش خواهد يافت كه اين به معناي افزايش ميزانمصرف بار حرارتي واحدهاي تأسيسات گرم و سرد درخواستي است.
لازم به ذكر است هنگاميكه منحنيهاي تركيبي همديگر را در نقطهاي لمـس نماينـد بعبـارتيTmin∆ برابر صفر گردد ديگر هيچ نيروي محركه اي براي انتقال حرارت بين آنهـا در محـلتماس وجود نخواهد داشت كه اين بـه معنـاي يـك سـطح انتقـال حـرارت يـا هزينـة اصـليبينهايت ميباشد و اين درحالي است كه مقدار مصرفي واحدهاي پشتيباني در حـداقل خـودقرار مي گيرد.
به اين ترتيبTmin ∆ فاكتور مهمي در طراحي شـبكه و همچنـين در اصـلاح شـبكه مبـدلهايحرارتي ميباشد كه با تعيين آن بايد يك بررسي اثر متقابل بين هزينههاي اصـلي و انـرژي(متغير) داشته باشيم.
شكل 13-2 منحني هزينه براساس Tmin∆
حال با درنظرگرفتن فرآيند زير منحني تركيبـي آنـرا بـراي جريانهـاي سـرد و گـرم رسـممي نمائيم.

قیمت 25 هزار تومان

خرید فایل pdf به همراه فایلword

قیمت:35هزار تومان