فهرست مطالب

فصل اول

با افزایش قیمت حامل‌های انرژی و بحران انرژی از آغاز دهه‌ی هفتاد میلادی، همچنین مصرف بالای انرژی در بخش صنعت، صرفه‌جویی انرژی در صنایع به خصوص صنایع فرآیندی و شیمیایی امری ضروری است. همچنین با توجه به مصرف بالای بنزین و بحث خودکفایی در تولید بنزین توسط پالایشگاه‌های کشور، پیشرفت و بهینه سازی واحدهای بنزین سازی پالایشگاه‌های نفت مورد توجه قرار گرفته است. این امر منجر به ابداع روش‌های مختلفی برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی و همچنین استفاده مجدد از انرژی‌های تلف شده در یک فرایند گردید. افزایش روز افزون قیمت سوخت, کاهش منابع سوخت فسیلی و لزوم حفظ و نگهداری محیط زیست عواملی هستند که که اهمیت بازیافت بهینه انرژی حرارتی و جلوگیری از اتلاف انرژی را در صنایع مختلف, نشان می دهد. امروزه مصرف بهینه انرژی به عنوان یکی از شاخص ها عمده در ارزیابی توسعه یافتگی جوامع, مطرح گردیده است. شدت بالای مصرف انرژی در فرآیندهای شیمیایی، باعث افزایش هزینه‌های تولید و بهره‌برداری و نیز کاهش بازده استحصال مواد در محصولات صنعتی می گردد. همچنین با توجه به اهمیت طراحی شبکه‌ی مبدل‌های حرارتی به عنوان یکی از بخش‌های مهم طراحی فرآیندها، شبکه‌ی مبدل‌های حرارتی این واحد با دیدگاه انتگراسیون حرارتی بررسی گردیده است. این بررسی با دو رویکرد در قالب اصلاح شبکه‌ی موجود و طراحی مجدد شبکه انجام گرفته است. در طراحی مجدد شبکه، هدف کمینه‌کردن سطح انتقال حرارت و یا هزینه‌ی سالیانه کلی آن واحد می‌باشد. درحالی که هدف از بازبینی و اصلاح شبکه موجود کمینه‌کردن دوره بازگشت سرمایه بعد از اعمال تغییرات انجام شده در شبکه می باشد. دو روش رایج در طراحی و اصلاح شبکه‌ی مبدل‌های 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 می‌گیرد. 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 میگردد. در این پایان‌نامه 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.فناوری پینچ همگام با توسعه‌ی اولیه‌اش در دانشگاه‌ها، در فرآیندهای صنعتی نیز به کار گرفته شده‌است و امروزه از آن به عنوان یک فناوری کامل در مراکز دانشگاهی و صنعتی یاد می‌شود. تحلیل کارآمد جهت بررسی عملکرد سیستم‌های انرژی و واحدهای فرآیندی است. با تکیه بر نتایج انجام گرفته بر اساس این تحلیل، نقاط بحرانی فرآیند شناسایی و جهت بهینه‌سازی انرژی واحد با اصلاح این نقاط بحرانی، حداکثر نتایج مطلوب حاصل خواهد شد.تحلیل پینچ علاوه بر تعیین مبدل‌های حرارتی خطاکار، راهکار و شبکه مبدل‌های حرارتی مناسب را پیشنهاد می‌دهد. در این بین بهینه‌سازی انرژی در واحد 80  مورد بررسی قرار گرفته است.

1-1   روش انجام پژوهش:

در پایا‌ن‌‌نامه ابتدا واحد 80 برج تقطیر پالایشگاه آبادان توسط نرم افزار Aspen hysys refinery شبیه‌سازی می شود و نتایج شبیه‌سازی با مقادیر واقعی مقایسه می‌شود. در مرحله بعد نسخه شبیه‌سازی شده را به نرم‌افزار Aspen hysys Analyzer V7.2 ( همان نرم‌افزار HX-NET می‌باشد) لینک کرده و در محیط این نرم افزار شبکه مبدل‌های حرارتی ترسیم می‌شود. با ارزیابی شبکه فوق به کمک فناوری پینچ، امکان اصلاح شبکه بررسی شده و پیشنهاد‌ها لازم ارائه می‌شود. روش مورد استفاده در نرم افزار Aspen hysys Analyzer V7.2 تلفیقی از دو روش ریاضی و روش پینچ است. دو روش طراحی پینچ و روش برنامه نویسی ریاضی از پرکاربردترین روش‌ها جهت اصلاح شبکه موجود می‌باشند.

مطالعات و تحلیل‌های انجام شده در این پژوهش در قالب 5 فصل به شرح زیر ارائه شده است:در فصل اول پس از مقدمه کوتاهی درباره اهمیت بهینه‌سازی انرژی واحد 80، روش انجام شده در این مطالعه برای کاهش مصرف انرژی و اصلاح شبکه مبدل‌های حرارتی این واحد بیان شده است.در فصل دوم  پیشینه روش تحلیل پینچ و تعاریف اولیه با اشاره به تاریخچه انجام مطالعات  این تحلیل و به عنوان معیاری برای ارزیابی سیستم‌های انرژی و تعیین نقاط بحرانی فرآیند بیان شده است.در فصل سوم روش تحلیل پینچ در انتگراسیون فرایند‌ها، هدف‌گذاری‌ها و اصول و معیارهای روش پینچ در اصلاح شبکه مبدل‌های حرارتی و بهینه‌سازی فرایند‌ها با استفاده از فناوری پینچ بیان شده است.در فصل چهارم فرآیند تولید نفت خام برای آشنایی بیشتر توضیح داده شده است. در این فصل پس از بیان تاریخچه توسعه این واحد پالایشگاهی، انواع فرآیندهای و مشخصات خوراک و محصول این واحد بیان شده است .در فصل پنجم نتایج تحلیل‌های پینچ و سایر مطالعات انجام شده در واحد 80 آبادان آورده شده است و در ادامه فصل، اصلاح شبکه مبدل‌های حرارتی واحد بیان شده است و در پایان فصل با انجام مطالعات اقتصادی، نتیجه‌گیری‌ این پژوهش و پیشنهادهایی برای انجام کارها و مطالعات آتی بیان شده است.

1-1 ضرورت انجام پژوهش……………………………………………………2

1-2 روش انجام پژوهش……………………………………………………………………3

1-3 ساختار پایان‌نامه………………………………………………………………………3

اطلاعات جریان های استخراج شده

اطلاعات جریان های استخراج شده

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل دوم 

در سال 1970 که بحران انرژی آغاز شد مهندسان طراح و صاحبان صنایع بویژه شرکت‌های صنایع  فرایند‌های شیمیایی به صرفه‌جویی در مصرف انرژی اندیشیدند که به ابداع روش‌های گوناگون برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی در طی این سال‌ها منجر شد. همچنین به موازات آن دریافتند که باید از انرژی‌هایی که در یک فرایند تلف می‌شوند نیز دوباره استفاده کنند. (انرژی تلف شده انرژیی می‌باشد که در یک فرایند تولید می‌شود ولی دوباره به محیط دور ریخته می‌شود اگرچه هنوز می‌توان از ان دوباره استفاده نمود).کیفیت لازم برای انرژی مقدار نیست بلکه ارزش آن می‌باشد. این استراتژی که چگونه این انرژی بازیافت شود به دمای آن و مسائل اقتصادی بستگی دارد.در این خصوص شیوه‌های مختلفی برای استفاده مجدد از این انرژی‌های هدر رفته در کارخانه‌ها ارائه گردیده است که به بازیافت حرارتی معروف شده اند.این فعالیت‌ها تا کنون به ابداع روش‌های متعددی در طراحی منجر شده‌است.اولین روش تجربی با استفاده از قواعد تجربی و طی چند مرحله تکاملی آرایش مناسبی برای شبکه بدست می‌آید.به عنوان نمونه توصیه می‌شود که در صورت امکان گرمترین جریان گرم موجود در فرایند انرژی خود را با جریان سردی که دمای نهایی آن از دیگر جریان‌های سرد بیشتر باشد مبادله نماید.این روش علی‌رغم سادگی روش قابل اطمینانی محسوب نمی‌شود ودر یک واحد شیمیایی پیچیده ما را به بهترین طرح ممکن رهنمون نخواهد ساخت.

دومین روش، روش ریاضی، که قدیمیترین روش محسوب می‌شود ابتدا تمام آرایش های ممکن برای شبکه تبادل‌گرهای حرارتی تعریف شده و به وسیله‌ی محاسبات ریاضی پیچیده و زمان‌گیر بازده واحد در هر حالت ارزیابی می‌شود و به تدریج گزینه‌های نامناسب حذف می‌گردند تا به شبکه منتخب نهایی برسیم. در این روش تعداد گزینه‌ها و حالات مختلفی که برای هر مسئله می‌بایست در نظر گرفت بسیار زیاد خواهند بود و در مسئله‌ای نظیر شبکه تبادل‌گر‌های حرارتی یک پالایشگاه به ارقامی بیش از 1018 لحاظ میرسد. بنابرین این مجموعه از ارزیابی‌ها به یک کامپیوتر بزرگ و صرف زمان زیادی نیاز دارد به همین لحاظ در یک واحد صنعتی با ابعاد و پیچیدگی‌های یک پالایشگاه استفاده از این روش با محدودیت مواجه خواهد شد [16].در سال 1965، وا[1]، نظریه ادغام کلیه حالات مختلف شبکه مبدل ها 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 فرایند با استفاده از مبدل‌های برنامه‌ریزی ریاضی مورد استفاده قرار گرفت[1].

سومین روش، روش ترمودینامیکی (پینچ)، پیچیدگی غیر ضروری روش دوم را ندارد و در عین حال قابل اعتماد نیز محسوب می‌شود و تا کنون به موفقیت‌های بزرگی نائل آمده‌است. زیرا مهندسین طراح می توانند با استفاده از این روش قبل از طراحی نهایی حداقل گرمایش و سرمایش مورد نیاز  فرایند کمترین سطح مورد نیاز برای تبادل حرارت و هزینه ها را محاسبه نموده و تلقی درستی از شبکه بهینه نهایی بدست آورد. در ضمن بدلیل سادگی و سهولت استفاده بر خلاف روش دوم کنترل طراحی در دست طراح می‌باشد و می‌تواند در مراحل مختلف تصمیم گیری و انتخاب نماید. این روش متکی بر تجربه و یا آزمون خطا نمی‌باشد و بوسیله‌ ان طراحی شبکه آسان‌تر و صرف زمان کمتری انجام می‌گیرد. در سال 1971، هامن[2] با استفاده از مفاهیم ترمودینامیکی، گام‌های موثری را در زمینه تحلیل شبکه مبدل‌های حرارتی برداشت که تحقیقات وی بعدها سرچشمه نکات ارزنده‌ای در طراحی شبکه مبدل‌های حرارتی گردید. کار وی به طور عمده بر تعیین حداقل انرژی مورد نیاز بر شبکه مبدل‌های حرارتی با استفاده از روش تحلیل استوار بود که بعد‌ها بوسیله‌ی فلاور[3] و لینهوف[4] کامل‌تر و به صورت الگوریتم ریاضی و مناسب برای هدف‌گذاری تبدیل شد[1].

فناوری پینچ نخستین‌بار در حدود سال 1980 برای صرفه‌جویی در مصرف و ذخیره‌سازی انرژی مورد استفاده قرار گرفت. توسعه و تکمیل این روش به همت محققین مختلف در مراکز دانشگاهی نظیر دانشگاه منچستر و شرکت‌هایی چون لینهوف مارچ،ICI  و یونیون کاربید انجام شده است[16].نتایج بیان شده توسط هامن، سهم اندکی در ضمینه طراحی شبکه‌مبدل‌ها بوسیله روش های ریاضی تا آن زمان داشت، اما بعد‌ها برجستگی این روش در حل مسائل شبکه‌مبدل های حرارتی در صنعت، به موازات ناتوانی روش‌های ریاضی در حل اینگونه مسائل،مشخص گردید. مهمترین تشخیص وی اهمیت مقدار ΔTmin در طراحی شبکه‌مبدل‌های حرارتی است. به این معنا که دو هزینه غالب در طراحی شبکه‌مبدل های حرارتی (هزینه انرژی و قیمت مبدل‌های حرارتی) با این متغیر ارتباط دارند. اما علی‌رغم نکات ارزنده گفته شده، او به تشخیص فواید مهم و کاربردی نقطه پینچ نائل نشد. در سال  1978 یومدا[5] و همکاران به بعضی از خواص نقطه پینچ از جمله خصوصیات منحنی ترکیبی و همپوشانی دو منحنی ترکیبی گرم و سرد پی بردند[17].

  در اواسط دهه هشتاد افرادی نظیر گاندسن[6] و نائس[7] با مورد توجه قرار دادن فناوری پینچ به عنوان ابزاری مناسب در طراحی شبکه تبادل‌گرهای حرارتی و تشخیص ساختار تبادل‌گرهای حرارتی سبب باز تاب مناسب این فناوری در آن زمان گردیده و این دیدگاه به این ترتیب مورد پذیرش قرار گرفت[18].دمای پینج به عنوان یک معیار طراحی، به منظور رسیدن به بیشینه بازیافت انرژی در سال 1983 توسط لینهوف و هیند مارش معرفی گردید. آنها قوانین پینچ را که به عنوان قوانین طلایی پینچ نامیده شد در قالب سه قاعده بیان نمودند. این قوانین شامل عدم عبور انرژی از خط پینچ، عدم استفاده از جریان سرد خارجی در بالای خط پینچ و جریان گرم خارجی در پایین پینچ می‌باشند[19].اما مبحث هدف‌گذاری مساحت را به طور جدی نخستین بار در سال 1984، لینهوف و تاون سند با ارائه فرمول یکنواخت بث[8] بیان نمودند. این فرمول توانایی ارائه مقدار مطلقی برای حداقل مساحت واقعی شبکه نداشت و همچنین دارای فرضیاتی بود که می‌توانست نتایج آن را از آنچه در واقعیت وجود داشت دور سازد. یکی از مهمترین فرض‌های آن، یکسان بودن ضرایب انتقال حرارت تمامی واحدهای حرارتی و یکسان بودن جنس مبدل‌های حرارتی است[20].

مباحث متفاوت بودن ضریب انتقال حرارت در منحنی ترکیبی یا عدم انتقال حرارت عمودی در سال 1985، توسط احمد بیان گردیده و در سال 1990، از سوی کلبرگ و مراری تکمیل گردید. نتیجه این تحقیق آن بود که فرض یکسان بودن ضریب انتقال حرارت با آنچه در عمل وجود داشت تا 10% از واقعیت دور می‌باشد[21].

2-1 سابقه علمی…………………………………………………………………………5

2-2 روش‌های اصلاح شبکه‌مبدل‌های حرارتی…………………………………………8

2-2-1 اصلاح شبکه بوسیله باز‌بینی مستقیم ساختمان آن………………………….9

2-2-2 اصلاح شبکه بصورت یک طرح جدید…………………………………..9

2-2-3 اصلاح شبکه با استفاده از فن‌آوری پینچ………………………………………..9

2-2-4 اصلاح شبکه با استفاده از مدل برنامه‌نویسی ریاضی………………………..9

2-3 فن‌آوری پینچ………………………………………………………………..10

2-3-1 نمودار آبشاری…………………………………………………………………….10

2-3-2 منحنی ترکیبی…………………………………………………………………..11

2-3-3 منحنی ترکیبی جامع (G.C.C)……ا………………………………………….. 12

2-3-نمودار پیازی……………………………………………………………………….13

2-3-5 ΔTmin بهینه………………………………………………………………….13

2-4 اصول پینج………………………………………………………………………..14

2-5 مسائل آستانه (Threshhold)……………..ا……………………………………16

2-6 انتخاب واحد پشتیبانی…………………………………………………………..17

2-7 کوره­ها…………………………………………………………………………….18

2-8 هدف­گذاری……………………………………………………………………….20

2-8-1 تعداد مبدل­های حرارتی……………………………………………………..20

2-8-2 هدف­گذاری سطح…………………………………………………………….23

2-8-3 هدف گذاری تعداد پوسته ها………………………………………………..25

2-8-4 هدف­گذاری هزینه اصلی(Capital Cost)………….ا………………………..27

2-8-5 هدف­گذاری هزینه کلی……………………………………………………… 29

2-8-6 هدف­گذاری بر  اساس رابطه هزینه انرژی…………………………………30

2-9 روش‌های هدف­گذاری…………………………………………………………33

2-9-1 هدف­گذاری به روش α ثابت……………………………………………….33

2-9-2 هدف­گذاری به روش α افزایشی…………………………………………34

2-10 جمع­بندی………………………………………………………………….35

جریان خارجی غیرنقطه ای با دمای خروجی بیشتر از نقطه پینج

جریان خارجی غیرنقطه ای با دمای خروجی بیشتر از نقطه پینج

فصل سوم

 در ریاضیات، انتگرال‌گیری از تابع به مفهوم محاسبه سطح محصور بین منحنی و یکی از محورهای مختصات می‌باشد و این امر با تعیین سطح هر مستطیل یا ذوزنقه و جمع کردن مساحت‌های آنها امکان پذیر  می‌باشد. انتگراسیون فرآیندها نیز مفهوم مشابهی دارد به عبارت دیگر، منظور از انتگراسیون فرآیندها ( یکپارچه کردن فرآیند) چیدن و قرار دادن اجزا تجهیزات فرآیندی در واحد می باشد (جمع کردن تجهیزات) به نحوی که شرایط بهینه حاصل گردد .هدف از انتگراسیون فرآیندها را میتوان بصورت زیر بیان نمود [4]:

هدف‌گذاری شامل پیش‌بینی شرایط و خصوصیات شبکه، قبل از طراحی  می‌باشد که ارائه‌دهنده مقادیر نظریه و شرایط ایده‌آل یا کامل هستند. هدف‌گذاری ابزاری مهم جهت بررسی و مقایسه میزان نزدیکی طرح موجود با شرایط بهینه می‌باشد. هدف‌گذاری انرژی شامل محاسبه کمترین میزان نیاز به جریان خارجی جهت تامین نیازهای جریان‌های فرایندی می‌باشد [34].یکی از روش‌های هدف‌گذاری انرژی جریان های خارجی گرم و سرد استفاده از روش پینچ و براساس دمای پینچ  می‌باشد. با استفاده از این دما سه قانون طلایی[1] پینچ تعریف می‌شوند. این قوانین به طراح کمک می‌کند تا هدف‌گذاری جهت کم­ترین مصرف جریان خارجی را داشته باشد. در شبکه مبدل‌های حرارتی دو نوع پینچ تعریف می گردد :

پینچ فرایندی[2] که جریان‌های فرایندی را به دو قسمت تقسیم می کند. ناحیه دما بالا که در بالای پینچ قرار می‌گیرد و جریان‌های خارجی گرم می‌توانند در این ناحیه مورد استفاده قرار گیرند. ناحیه دوم، ناحیه دما پایین می‌باشد که در پایین نقطه پینچ قرار می گیرد و بکار بردن جریان‌های خارجی سرد فقط در این ناحیه مجاز می باشد.پینچ خارجی[3] که از برخورد منحنی جریان خارجی با منحنی ترکیبی جامع شکل می‌گیرد. نقاط پینچ خارجی را می توان در نمودار ترکیبی تراز شده انتقال یافته[4]مشاهده کرد.در هدف‌گذاری انرژی شبکه معمولا خواص فیزیکی را در طول یک جریان ثابت در نظر می گیرند؛ در حالی که این مقادیر تابع دما بوده و در طول جریان تغییر می کنند. شکل ‏3‑5 تفکیک جریان های گرم و سرد فرایندی[34].نحوه تغییر آنتالپی، که خود تابع ظرفیت گرمایی ویژه می‌باشد، را با دما برای یک جریان گرم و سرد نشان می‌دهد. بنابراین در هدف‌گذاری انجام شده می‌بایست تغییرات خواص فیزیکی جریان‌ها با دما را نیز در نظر گرفت که باعث اصلاح در بار حرارتی جریان‌های خارجی سرد و گرم و هم­چنین تغییر نقطه پینچ می‌گردد.

قبل از بیان الگوریتم موجود در بهینه‌سازی به معرفی زیرشبکه می‌پردازیم. در واقع زیرشبکه‌ها در طراحی شبکه مبدل‌های حرارتی فاکتور تاثیر گذاری بر روی وضعیت کنترل پذیری طراحی می‌باشند. یک زیرشبکه در نمودار پنجره‌ای مجموعه‌ای از جریان‌ها می‌باشد که با یکدیگر تبادل گرما می کنند و با جریانی خارج از زیرشبکه تبادل گرما ندارند.در الگوریتم بهینه‌سازی ابتدا زیر شبکه‌های موجود مشخص شده و سپس برای هر زیر شبکه بطور مستقل بهینه‌سازی انجام می‌گیرد .این الگوریتم برای هر زیرشبکه بار مبدل‌های حرارتی و درصد تقسیم جریان را جهت کمینه کردن تابع هدف، بهینه می‌کند. در حالت طراحی شبکه این انتخاب وجود دارد که بار حرارتی و یا درصد تقسیم و یا هر دو را بهینه کند. در حالت اصلاح شبکه (بازبینی)، هر دو پارامتر همزمان بهینه می‌شوند. مابقی مشخصات شبکه مثل دماهای میانی و دمای خروجی طی بهینه‌سازی تغییر نمی‌کنند .

طراحی یک شبکه مبدل‌های حرارتی به منظور رسیدن به هدف خاصی صورت می‌گیرد، که در آن جریان‌های فرایندی جهت رسیدن به دمای مشخص شده خروجی با یکدیگر تبادل گرما می‌نمایند. در مسائل مربوط به بهینه‌سازی دمای خروجی هر جریان بایستی مشخص باشند. اگر این دما بعنوان یکی از مشخصات شبکه تعریف نگردد آنگاه طی بهینه‌سازی شبکه، دمای جریان خروجی ممکن است غیر از دمای موردنظر بدست آید.در بهینه‌سازی تعیین مقدار برای دماهای میانی جریان های موجود در شبکه، یک قید[1] مهم تلقی شده و این دماها طی بهینه کردن شبکه تغییر نکرده و ثابت می‌مانند. همواره در مسائل بهینه‌سازی باید توجه داشت که این دماهای میانی بعنوان قید تعریف نشوند زیرا این عمل باعث محدودیت در بهینه کردن شبکه می‌گردد[3].

3-1 مقدمه………………………………………………………………………37

3-2 حلقه……………………………………………………………………….38

3-3 مسیر………………………………………………………………………39

3-4 درجه آزادی………………………………………………………………….39

3-5 تقسیم جریان………………………………………………………………41

3-6 نظریه مثبت، منفی………………………………………………………..41

3-7 هدف­گذاری انرژی…………………………………………………………..42

3-8  روش تخصیص بار حرارتی جریان خارجی………………………………..44

3-8-1 روش مبتنی بر منحنی ترکیبی جامع…………………………………..44

3-8-2 قاعده ارزان­ترین جریان خارجی………………………………………….46

3-9 هدف­گذاری سطح……………………………………………………………47

3-10 پارامتر بهینه‌سازی…………………………………………………………48

3-11 نکات و ترفندهای بهینه‌سازی………………………………………….49

3-12 بهینه‌سازی و بررسی حالت عملیاتی شبکه………………………….50

3-13 عملکرد بهینه و نگهداری از شبکه مبدل­های حرارتی………………..51

3-13-1 ضریب انتقال حرارت کلی تمییز…………………………………….51

3-13-2 ایجاد رسوب در مبدل حرارتی…………………………………….52

3-14 چه مقدار / اگر……………………………………………………………52

3-14-1 رخداد……………………………………………………………………53

3-14-2 وظایف………………………………………………………………….53

3-15 طراحی شبکه……………………………………………………………55

3-16 اصلاح و بازبینی شبکه………………………………………………….57

3-16-1 تشخیص گلوگاه­ها در شبکه مبدل­های حرارتی……………………57

3-17 جمع­بندی……………………………………………………………….59

نمودار پالایشگاه

نمودار پالایشگاه

فصل چهارم

پس از اکتشاف نفت خام در سال 1287 شمسی (1909 میلادی) در نواحی مسجد سلیمان جزیره آبادان به دلیل نزدیکی به مناطق نفت خیز، قرار گرفتن در میان رودخانه‌های اروند و بهمنشیر، در فاصله 71 کیلومتری خلیج فارس و دسترسی به آب‌های آزاد دنیا برای برپایی پالایشگاه انتخاب گردید. به همین منظور اولین کلنگ احداث پالایشگاه در سال 1287 به زمین زده شد و پالایشگاه آبادان در سال 1291 با 2500 بشکه در روز بعنوان اولین تصفیه خانه نفت کشور آغاز به کار نمود[8].در سال 1333 شمسی(1954 میلادی) قراردادی با کنسرسیوم بین المللی نفت امضاء شد. طبق این قرارداد بار دیگر فرآورده‌های پالایشگاه آبادان تا میزان 000/300  بشکه در روز روانه بازارهای بین‌المللی گردید. در دوران این قرارداد دستگاه‌های کوچک و قدیمی برداشته و بجای آنها دستگاه‌های بزرگترنوسازی و به ظرفیت آنها اضافه گردید[8].

در دوره قرارداد طرح معروف جم که در اثر اجرای آن، صادرات نفت خام در جزیره خارک متمرکز گردید و در نتیجه بندر ماهشهر که بندر صادراتی نفت خام بود تحویل پالایشگاه آبادان شد و پس از نوسازی تبدیل به بندر صادراتی فرآورده‌های نفتی  پالایشگاه آبادان گردید . طرح فوق در سال 1346 شمسی افتتاح و بلافاصله مورد بهره برداری قرار گرفت. در مرداد ماه 1352 شمسی با توشیح قانون حاکمیت ایران برمنابع نفتی، اداره وکنترل پالایشگاه آبادان مستقیماً تحت نظر شرکت ملی نفت ایران قرار گرفت. پس از اداره وکنترل  پالایشگاه توسط شرکت ملی نفت ایران، طرح توسعه پالایشگاه آبادان از ظرفیت روزانه 460000 بشکه در روز به 600000 بشکه در روز ارائه وبلافاصله مورد تصویب وکارهای طراحی وساختمانی این پروژه در خرداد ماه 1356 شمسی به تمام  رسید واز شهریور 1356 مورد بهره برداری قرار گرفت وپالایشگاه آبادان با این گسترش مجدداً مقام جهانی خود را بدست آورده وبزرگترین پالایشگاه جهان شد[8].پالایشگاه آبادان پیش از جنگ تحمیلی دارای چهار دستگاه تقطیر هریک به ظرفیت تقریبی 000ر100 بشکه در روز، یک واحد تقطیر با ظرفیت 130هزار بشکه در روز، تعدادی زیادی واحدهای تولیدی وپالایشی فرآورده متنوع ونیز 850 مخزن ذخیره مواد نفتی بوده که در دوران جنگ بسیاری از واحد‌ها تخریب شدند وپس از پذیرش قطع‌نامه، فاز یک پالایشگاه با ظرفیت 130هزار بشکه در روز بازسازی ودر 12 فروردین ماه 1368 واحد تقطیر 85 بدست مبارک مقام معظم رهبری در زمان تصدی ریاست جمهوری افتتاح ودر مدار تولید قرار گرفت. بدنبال راه اندازی فاز اول، دیگر دستگاه‌های پالایشگاه از جمله واحدهای تقطیر70، 80،75 واحدهای تقطیر درخلاء 60و55، تبدیل کاتالیستی، تفکیک گاز، کت کراکر، تهیه حلال و کارخانه روغن‌سازی با تلاش وکوشش شبانه‌روزی کارکنان پالایشگاه وبهره گیری از کارکنان دیگر پالایشگاه‌ها بدون نیاز به افراد بیگانه در مدار تولید قرار گرفت بطوریکه هم اکنون با ظرفیت 400 هزار بشکه در روز این فرآورده‌ها را تولید می کند:  1- گاز مایع  2-بنزین موتور 3-نفت سفید    4-نفت گاز 5- سوخت جت 6- نفت کوره 7- انواع روغن موتور پایه 8- انواع قیر 9- انواع حلالهای نفتی  10- گوگرد  11- نفتای(خوراک آروماتیک پتروشیمی بندرامام) 12- گاز(خوراک پتروشیمی آبادان (طرح توسعه پالایشگاه  آبادن شامل سه فازمی باشد: در فاز اول طرح توسعه ظرفیت واحد تقطیر 85از 130به 180 هزار بشکه در روز افزایش یافت و واحد تقطیر درخلاء 200 باظرفیت 70 هزاربشکه در روز و واحد کاهش گرانروی با ظرفیت 25 هزار بشکه در روز جهت کاهش نفت کوره وتأمین خوراک واحد کت کراکر از سال 1384 مورد بهره‌برداری قرار گرفت. در فاز دوم، طرح تثبیت ظرفیت فعلی وارتقاء کیفیت محصولات تولیدی پالایشگاه مدنظر قرارگرفت. در این پروژه واحدهای تقطیر در اتمسفر وخلاء و واحدهای تصفیه بنزین، نفت سفید ،نفت گاز ، گوگرد سازی، احداث مجتمع کت کراکر دوم، افزایش بنزین وسایر واحدهای جانبی احداث می‌شود این  پروژه توسط شرکت ملی مهندسی ساختمان پالایش وپخش در حال پیگیری است. فاز سوم، احداث مجتمع کت‌کراکر والکیلاسیون، ایزومراسیون بوتان ونوسازی واحد اسید را شامل می‌شود که هدف از این پروژه تولید بیشتر بنزین وکاهش نفت کوره می‌باشد. میزان تولید بنزین پس از اجرای این پروژه 6 میلیون لیتر در روز افزایش می‌یابد[8].جداسازی فیزیکی مشتقات نفت خام یکی از مهمترین مراحل پالایش نفت خام است. جداسازی فیزیکی مشتقات نفت خام یکی از مهمترین مراحل پالایش نفت خام است. در این مرحله فرآیند عملیات تقطیر و تفکیک بر اساس اختلاف نقطه جوش هیدروکربن‌های مختلف  نفتی انجام می‌شود و در نتیجه آنها به برش‌های مختلف تقسیم می‌شوند. مجموعه این عملیات درون برج تقطیر صورت می‌گیرد.فراورده­های تقطیر بر حسب نقطه جوش از بالا به پایین عبارتند از:

گاز، نفتای امتزاج، نفت سفید و نفت کوره. واحدهای پایین دست واحد تقطیر به منظور حذف مواد گوگردی از گاز، نفت سفید و بنزین خام و نیز راکتورهای کاتالیستی افزایش اکتان بنزین می‌باشد.گازهای خروجی از بالای برج تقطیر نیز در فرآیندهای مجدد به محصولات نیمه نهایی بنزین سبک و سنگین و گاز مایع تبدیل می‌گردند. بنزین سبک پس از گوگرد زدایی با بنزین سنگین تصفیه شده مخلوط می‌گردد.بنزین سنگین نیز پس از حذف مواد حاوی اکسیژن، نیتروژن، گوگرد، فسفر و فلزات به واحد تبدیل کاتالیستی هدایت میگردد که پس از افزایش اکتان از طریق کاتالیستی با بنزین سبک تصفیه شده مخلوط و به عنوان بنزین معمولی با اکتان87 یا بنزین سوپر با اکتان95 به بازار عرضه می‌گردد[8

4-1 مقدمه……………………………………………………………………………..60

4-2 روش­های ساخت در پالایشگاه…………………………………………………61

4-2-1 جریان کلی مواد در پالایشگاه………………………………………………..63

4-3 ترکیب نفت خام………………………………………………………………….65

4-4 تقطیر……………………………………………………………………………..66

04-4-1 کلیاتی در مورد تقطیر……………………………………………………….66

4-4-2 عملیات تقطیر………………………………………………………………..68

4-4-3 شرح تقطیر جزء به جزء……………………………………………………..71

4-5 تقطیر نفت خام…………………………………………………………………71

4-5-1 ستون تقطیر اتمسفری…………………………………………………….71

4-5-2 ستون تقطیر خلاء……………………………………………………………73

4-6 فرآورده‌های تقطیر………………………………………………………………74

4-6-1 مهم­ترین فرآورده‌های واحد تقطیر نفت خام…………………………….74

4-7  شبیه‌سازی واحد تقطیر ………………………………………………….76

4-7-1 نرم‌افزار Aspen Engineering..ا………………………………………….76

4-7-2 معادلات ترمودینامیکی…………………………………………………….78

4-7-3 شبیه‌سازی واحد تقطیر آبادان ……………………………………………78

4-7-4 توزیع ترکیبات مختلف گوگردی در بنزین…………………………………..79

4-7-5 محیط شبیه‌سازی …………………………………………………………80

4-7-6 نحوه اجرای برج تقطیر……………………………………………………83

4-7-7 توضیح فرایند تقطیر در خلا………………………………………………..85

4-7-8 جمع­بندی……………………………………………………………………85

نمودار پیازی

نمودار پیازی

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل پنجم

در این فصل به بررسی کلیه تحلیل‌ها و بررسی‌های بیان شده در فصل‌های قبلی، بهره‌وری واحد مورد مطالعه پرداخته می‌شود. هدف نهایی در این پروژه، ایجاد شناخت لازم برروی این واحد و تحلیل پارامترهای موثر در کارکرد عملیاتی آن (توسط شبیه‌سازی)، اصلاح شبکه حرارتی توسط تلفیق روش پینچ و ریاضی (توسط اصلاح و بازبینی شبکه)، بهینه نمودن شبکه مبدل‌های حرارتی جهت کاهش زمان بازگشت سرمایه (توسط بهینه‌سازی)،درنهایت تاثیر تغییرات در شرایط عملیاتی برروی کارکرد حرارتی شبکه (توسط حالت عملیاتی شبکه) می‌باشد.

شبیه‌سازی واحد تقطیر 80 پالایشگاه آبادان با در نظر گرفتن معادله حالت پنگ رابینسون در فصل چهارم مورد بررسی قرار گرفت. شبیه‌سازی این واحد در شرایط طراحی و با ظرفیت 100000 بشکه در روز صورت گرفت. علت شبیه‌سازی اولیه بر اساسPFD   نیز این است که بسیاری از ترکیبات جریان‌ها و همچنین دبی و شرایط عملیاتی (دما و فشار) در طراحی اولیه موجود می‌باشد ولی همین پارامتر‌ها در شرایط حال قابل دسترس نمی‌باشد. بنابراین با توجه به حذف شبیه‌سازی طراحی، این پارامتر‌ها در شرایط حال توسط نرم‌افزار محاسبه خواهند گردید5-1 مقدمه…………………………………………………………………………87

5-2 شبیه­سازی واحد…………………………………………………………….87

5-3 استخراج داده‌ها از شبیه‌سازی و هدف‌گذاری……………………………87

5 -3-1 شبیه‌سازی منابع سرد و گرم خارجی در محیط Aspen HX-NET….ا….89

5-4 ترسیم شبکه‌مبدل‌های حرارتی……………………………………………..89

5-5 هدف‌گذاری……………………………………………………………………92

5-5-1 تعیین ΔTMIN بهینه……………………………………………………….92

5-5-2 برآورد هزینه سرمایه‌گذاری………………………………………………..92

5-5-3 فرضیات هدف‌گذاری……………………………………………………….93

5-6 بررسی نتایج هدف‌گذاری شده…………………………………………….94

5-7 اصلاح و بازبینی شبکه………………………………………………………96

5-8 راهکار اقتصادی برای شبکه‌مبدل‌های حرارتی واحد 80…………………..100

5-9 نتیجه‌گیری…………………………………………………………………….101

5-10 پیشنهاد‌ها……………………………………………………………………103

مراجع……………………………………………………………………………….104

پیوست­ها……………………………………………………………………………..107

یک مسیر درنمودار پنجره ای

یک مسیر درنمودار پنجره ای


 

Abstract

Heat exchanger network (HEN) designs usually feature a high degree of operational flexibility; however some of the subsequent changes made to the operation of processes are so severe that they require retrofit of the original HEN. The retrofit objective is to produce a cost-effective HEN design, subject to any design and operating constraints, which is suitable for the new operating conditions. The two most often used methods in a HEN retrofit are the pinch design method and the mathematical programming method. The pinch method is more time consuming and results are based on the experience and judgment of the designer, but offers more “hands-on” approach to the problem. While the mathematical programming method is less time consuming and has a detailed approach to finding the solution, it requires less user interaction. This study combines mathematical optimization techniques with pinch method, based on thermodynamic analysis and practical engineering, to efficiently solving industrial size retrofit of unit 80 Abadan plant. In targeting step, values of physical properties considered various with temperature along each stream. Therefore each stream is divided to some segments with similar properties. To increase the heat recovery during flow process, there should be no changes to the network structure because it is at its best state, But since the area used for heat exchange network of more than the actual area required for the capacity of 90,000 barrels per day, with decreased 7 shells can reduce the investment costs.



بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان