مقدمه
مشكل رسوب از زمان پيدايش اولين مبدلها تا به امروز وجود داشته است[1]. از زمان انقلاب صنعتي و در توليد بخار توسط زغال سنگ اين مشكل وجود داشته كه در عمل به صورت ايجاد رسوب در جوش آورها نمايان مي شد و علت آن وجود املاح و نمك در آب بوده است و در نتيجه آن دماي جوش آور براي توليد بخار مي بايست افزايش مي يافت. تا سال 1920 فقط به ايجاد و استفاده از ابزارهايي براي كاهش رسوب با توجه به شرايط موجود ، بدون در نظر گرفتن يك طراحي مناسب توجه مي شد. از سال 1920 تا 1935 اندازه گيري رسوب و تعيين ميزان تأثير آن بر روي ابزارهاي انتقال حرارت انجام گرفت. از سال 1935 تا 1945 با مطالعات بيشتر فاكتور رسوب گرفتگي معرفي بسط و گسترش يافت. تحقيقات در مورد رسوب نفت خام در مبدلهاي پيش گرم كن پالايشگاه ها تقريباً از دهه هفتاد ميلادي به طور جدي آغاز و در يك دهه گذشته اين تحقيقات شتاب بيشتري به خود گرفته است. امروزه براي اكثر محيط ها فاكتور رسوب گرفتگي تعيين شده و با تعريف اين فاكتور در نرم افزارها ، ابزارهاي انتقال حرارت طراحي و ساخته مي شوند كه اين امر سبب كاهش هزينه ، كاهش مصرف انرژي و نيز كاهش توليد مواد آلاينده گرديده است. براي تحقق هر چه بيشتر موارد ذكر شده اين تحقيقات با شدت بيشتري ادامه دارد.
اهميت رسوب در شبكه هاي پيش گرم كن نفت خام رسوب گذاري در مبدلهاي شبكه پيش گرم كن نفت خام يكي از بزرگترين مشكلاتي است كه هزينه هاي بسياري را براي صنايع پالايش نفت در بر دارد. دو اثر عمده رسوب بر عمليات پيش گرم كن ، كاهش بازيافت حرارتي و افزايش افت فشار مي باشد. براي يك شبكه پيش گرم كن كه روزانه 100,000 بشكه نفت خام را تحت فرآيند قرار مي دهد ، افت يك درجه اي دما در اثر رسوب به طور تقريبي منجر به 40,000 دلار هزينه اضافي سوخت و توليد 750 تن دي اكسيد كربن اضافي در سال خواهد شد[3]. همچنين افت فشارهاي بزرگتر بار بيشتري را بر پمپها تحميل مي كند و زماني كه ظرفيت اضافي براي پمپ موجود نباشد ، منجر به تبخير نفت خام در داخل مبدلهاي حرارتي و كاهش بار عملياتي مي گردد. در نتيجه كاهش توليد مهمترين هزينه رسوب براي اكثر پالايشگاه ها مي باشد. براي پالايشگاهي كه روزانه 100,000 بشكه نفت خام را تحت فرآيند قرار مي دهد كاهش 10 درصدي توليد بر اثر افزايش افت فشار با فرض هزينه 2 دلار بر هر بشكه براي كاهش توليد ، 20,000 دلار در روز هزينه در بر خواهد داشت. در برخي عمليات پالايشگاهي مشكل افت فشار مي تواند بسيار حادتر از كاهش بازيابي حرارتي باشد. براي روشن شدن بيشتر اهميت رسوب به ارائه برخي آمارها در اين مورد پرداخته مي شود.
در سال 1981 Van Nostrand مقدار هزينه رسوب براي صنايع پالايشي را به ازاء 100,000 بشكه نفت در روز حدود 1,000,000 دلار در سال محاسبه كرد كه اين مقدار در سال 1993 برابر با 107×3- 2 تخمين زده شد[1]. در آماري كه توسط Tackery در سال 1979 منتشر شد ، كل هزينه رسوب در انگلستان سالانه 108×5- 3 پوند و در آمريكا 109×10-8 تخمين زده شد. طبق اين آمار هزينه رسوب در آمريكا در سال 1993 به 109×20-15 دلار رسيد. Chaudagne در سال 1992 مقدار هزينه رسوب را در صنايع فرانسه سالانه 1010×1 فرانك فرانسه برآورد نمود. در سال 1995 Panchal هزينه هاي رسوب در واحدهاي تقطير نفت خام در آمريكا را تا 3/1 ميليارد دلار در سال تخمين زد[3].
پس از بحث هزينه ، به بررسي جنبه هاي زيست محيطي رسوب پرداخته مي شود. بدين منظور مطالعه اي كه توسط Pugh در سال 2002 صورت گرفته ارائه مي گردد[4].
ظرفيت سالانه پالايشگاههاي نفت در انگلستان 91,000,000 تن در سال مي باشد. كوچكترين پالايشگاه نفت كه در Dundee قرار دارد داراي ظرفيت سالانه 700,000 تن و بزرگترين آن كه در Fawley قرار گرفته داراي ظرفيت 15,000,000 تن در سال مي باشد. با در نظر گرفتن فرضيات زير مي توان اثرات مستقيم زيست محيطي رسوب را تخمين زد:
1- ظرفيت گرمايي نفت خام TonneMJ.K 3 مي باشد.
2- انرژي سوخت TonneGJ 3/44 مي باشد.
3- به ازاء سوختن هر تن سوخت 9/2 تن دي اكسيد كربن آزاد مي شود.
4- كل افت دما در اثر رسوب در مدت دو سال C°20 ( با نرخ افت خطي C/yr°10) فرض مي گردد.
كل انرژي اتلاف شده در دو سال به صورت زير محاسبه مي گردد:
91×106 × (3×106) × 20 =5.46×106 GJ
كه اتلاف سالانه انرژي برابر با GJ 106×2.73 خواهد بود.
مقدار سوخت مورد نياز براي جبران اين مقدار انرژي برابر است با :
2.73×106 / 44.3 = 61.6×103 Tonne/yr
2Tonne/yr Co 103×8.871 = 9.2 × 103×61.6بنابراين ميزان انتشار دي اكسيد كربن در سال تقريباً 179000 تن مي باشد كه اين آمار تنها براي كشور انگلستان مي باشد.
با توجه به آمارهاي ارائه شده مي توان به اهميت رسوب پي برد و تلاش هر چه بيشتر براي كاهش اين آمارها لازم و حياتي به نظر مي رسد.
مكانيزم هاي رسوب رسوب توسط مكانيزمهاي مختلفي ممكن است تشكيل گردد كه هر كدام از آنها بطور كلي وابسته به عوامل خاصي مي باشند. مكانيزم هاي تشكيل رسوب را بر اساس عامل بوجود آورنده به شش دسته مي توان تقسيم نمود[2]. 1- (Precipitation fouling) رسوب ته نشيني
اين مكانيزم به ته نشيني ذرات نامحلول بر سطح انتقال حرارت مربوط مي شود. بعضي مواد نامحلول نظير سولفات كلسيم ، سيليكات منيزيم ، كربنات ليتيم و . . . خاصيت حلاليت معكوس با دما دارند و بنابراين با افزايش دما ته نشيني اين مواد بر روي سطوح بسيار گرم صورت مي گيرد و رسوب به صورت پوسته اي روي سطح را مي پوشاند.
2- (Particulate fouling) رسوب ذره اياين مكانيزم زماني رخ مي دهد كه جامدات بسيار ريز نظير گرد و غبار ، ماسه و . . . كه در سيال فرآيندي معلق هستند ، بر اثر نيروي وزن و جاذبه بر روي سطح انتقال حرارت تجمع مي يابند.
3- (Chemical reaction fouling) رسوب واكنش شيميايي
در اين فرآيند رسوب توسط واكنشهايي شيميايي بر روي سطح انتقال حرارت تشكيل مي شود. پليمريزاسيون ، كراكينگ و تشكيل كك توسط هيدروكربن ها مثال هايي از اين نوع رسوب مي باشند. در اين فرآيند خود ماده تشكيل دهنده سطح بعنوان واكنش دهنده عمل نمي نمايد.
(Corrosion fouling) رسوب خوردگي-4
همانگونه كه از اسم آن مشخص است سطح انتقال حرارت واكنش مي دهد تا محصولات به هم چسبيده خوردگي بر روي سطح توليد گردد. اين محصولات به نوبه خود ممكن است تماس ديگر مواد رسوب دهنده را تشديد كنند.
(Biological fouling) رسوب بيولوژيكي -5
اين نوع رسوب مربوط به ارگانيسم هاي بيولوژيكي مي باشد كه به سطح انتقال حرارت مي چسبند. اين مكانيزم بيشتر در سيستم هاي آبي كه تفاوت دماي بين سيستم و محيط چندان زياد نيست نظير سيستم هاي خنك كننده آب و سيستم هاي چرخشي ، اتفاق مي افتد. در اين نوع رسوب لجن هاي چسبنده نيز ممكن است توليد گردد كه باعث چسبيدن ذرات ديگر به اين مواد مي شوند.
(Freezing fouling) رسوب يخي-6
اين نوع رسوب به دنبال جامد سازي يك مايع يا بعضي از اجزاي آن بر يك سطح انتقال حرارت بسيار سرد صورت مي گيرد.
رسوب در شبكه هاي پيش گرم كن نفت خام توسط مكانيزم هاي مختلفي ممكن است تشكيل گردد اما معمولاً در ابتداي شبكه و قبل از واحد نمك زدايي مكانيزم هاي نوع اول و دوم و بعد از واحد نمك زدايي و در انتهاي گرم شبكه پيش گرم كن مكانيزم واكنش شيميايي داراي اهميت بيشتري مي باشند.
عوامل مؤثر بر رسوب دو عامل در تشكيل رسوب در مبدلهاي حرارتي نقش اساسي دارند[2]. اولين عامل دما مي باشد.
افزايش دماي فيلم يا ديواره در مبدل سبب تشديد مكانيزم توليد رسوب كه عمدتاً در مبدلهاي شبكه پيش گرم كن از نوع واكنش شيميايي مي باشد ، مي گردد.

فهرست مطالب

مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………….1

اهميت رسوب در شبكه هاي پيش گرم كن نفت خام…………………………………………………………………….1

مكانيزم هاي رسوب ………………………………………………………………………………………………………….3

عوامل مؤثر بر رسوب …………………………………………………………………………………………………………4

راههاي كاهش رسوب گرفتگي…………………………………………………………………………………………….5

فصل اول: روشهاي اصلاح شبكه مبدلهاي حرارتي

1- 1- مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………….7
1- 2- هدفيابي در پروژه هاي اصلاحي………………………………………………………………………………………8
1- 3- اصلاح شبكه مبدلهاي حرارتي بر اساس ضريب انتقال حرارت ثابت ……………………………………………. 12
1- 3- 1- هدفگذاري بر اساس ضريب انتقال حرارت ثابت………………………………………………………………….12
1- 3- 2- طراحي اصلاحي بر اساس ضريب انتقال حرارت ثابت …………………………………………………………17
1- 4- اصلاح شبكه مبدلهاي حرارتي براساس افت فشار ثابت…………………………………………………………. 21
1- 4- 1- اهميت بررسي افت فشار در شبكه مبدلهاي حرارتي …………………………………………………………22
1- 4- 1-1- روابط افت فشار براي مبدلهاي پوسته و لوله اي ……………………………………………………………. 23
1- 4- 1-2- محاسبه حداقل سطح مورد نياز شبكه بر مبناي افت فشارهاي مجاز ……………………………………. 24
1- 4- 2- هدفگذاري شبكه مبدلهاي حرارتي بر اساس افت فشار ثابت…………………………………………………..27
1- 4- 3- طراحي اصلاحي شبكه مبدلهاي حرارتي براساس افت فشار ثابت ……………………………………………28
1- 4- 3-1- تحليل مسأله باقيمانده بر اساس افت فشار ثابت …………………………………………………………… 28
1- 4- 3-2- محاسبه افت فشار ايده آل هر مبدل…………………………………………………………………………… 29
1-.5- اصلاح شبكه مبدلهاي حرارتي به منظور رفع گلوگاههاي حاصل از افزايش ظرفيت………………………………. 31
1- 5- 1- روش هدفگذاري براي رفع گلوگاه…………………………………………………………………………………….32
1- 5- 2- محدوديتهاي افت فشار ……………………………………………………………………………………………..33
1- 5- 3- محدوديتهاي بار كوره…………………………………………………………………………………………………35

2- فصل دوم: بررسي تأثير رسوب بر اصلاح شبكه مبدلهاي حرارتي

2-1- معرفي شبكه پيش گرم كن پالايشگاه تهران………………………………………………………………………… 39
2- 2- تأثير رسوب بر سطح حرارتي مورد نياز شبكه………………………………………………………………………. 44
2-.3- تأثير رسوب بر ميزان سرمايه گذاري و هزينه انرژي ……………………………………………………………….. 46

فصل سوم: مدلهاي حرارتي و هيدروليكي رسوب

3-.1- مدلهاي حرارتي رسوب ……………………………………………………………………………………………… 52
3- 1- 1- مدلهاي آستانه رسوب……………………………………………………………………………………………..54
3-.2- مدلهاي افت فشار …………………………………………………………………………………………………… 56
3- 2- 1- مدل A : اثر كاهش مجراي عبور جريان ……………………………………………………………………….. 60
3- 2- 2- مدل B : رسوب زبر …………………………………………………………………………………………….. 61
3- 2- 3- مدل C : گرفتگي لوله ………………………………………………………………………………………….. 63

فصل چهارم: اصلاح شبكه مبدلهاي حرارتي پيش گرم كن نفت خام

4-.1- منحني نيروي محركه دمايي اصلاح شده…………………………………………………………………………….. 67
4-.2- اصلاح شبكه مبدلهاي حرارتي پيش گرم كن پالايشگاه تهران ……………………………………………………… 70
4- 2- 1- اثرات حرارتي و هيدروليكي رسوب بر شبكه پيش گرم كن ………………………………………………………70
4- 2- 2- شناسايي مبدلهاي با نرخ رسوب گذاري بالا ………………………………………………………………………75
4- 2- 3- اصلاح شبكه پيش گرم كن از طريق اصلاح مبدل………………………………………………………………….80

4- 2- 4- اصلاح شبكه پيش گرم كن از طريق تغيير ساختار شبكه ……………………………………………………….82
4- 2- 5- ارزيابي اقتصادي شبكه هاي اصلاح شده …………………………………………………………………………85

فصل پنجم: نتيجه گيري و پيشنهادات

5-1- نتيجه گيري …………………………………………………………………………………………………………… 89
5- 2- پيشنهادات …………………………………………………………………………………………………………… 90
منابع………………………………………………………………………………………………………………………….. 92

فهرست علائم……………………………………………………………………………………………………………… 94
پيوستها …………………………………………………………………………………………………………………… 97

فهرست اشكال

شكل 1-1 منحني سطح حرارتي برحسب انرژي………………………………………………………………………….9

شكل 1-2 مسير عملي براي پروژه هاي اصلاح……………………………………………………………………………10

شكل 1-3 مسيرهاي متعدد براي اصلاح شبكه و بهترين مسير اصلاح …………………………………………………11

شكل 1-4 منحني ذخيره سازي بر حسب انرژي ………………………………………………………………………….12

شكل 1-5 منحني اصلاح براي مقادير 1=Δα و Δα=αexisting ………غا………………………………………………..14

شكل 1-6 منحني نيروي محركه دمايي ……………………………………………………………………………………..20

شكل 1-7 ارتباط ميان توزيع سطح و سطح تماس در هر مبدل ……………………………………………………………26

شكل 1-8 تعيين افت فشارهاي ايده آل براي يك مبدل ……………………………………………………………………..30

شكل 1-9 منحني سطح – انرژي براي شبكه افزايش ظرفيت يافته ……………………………………………………….33

شكل 2-1 دياگرام شبكه مبدلهاي حرارتي پيش گرم كن پالايشگاه نفت تهران …………………………………………..40

شكل 2-2 دياگرام پنجره اي شبكه پيش گرم كن پالايشگاه تهران…………………………………………………………..41

شكل 2-3 منحني مركب گرم و سرد شبكه ………………………………………………………………………………….44

شكل 2-4 منحني اصلاح شبكه در دو حالت Rf=0 m2K/W و Rf=0.0001 m2K/W……….ا……………………………46

شكل 2-5 چگونگي افزايش سطح با افزايش مقدار رسوب…………………………………………………………………..46

شكل 2-6 منحني سرمايه گذاري-صرفه جويي سالانه براي شبكه پيش گرم كن در دو حالت
Rf=0 m2K/W و Rf=0.0001 m2K/W…………ا……………………………………………………………………………….48

شكل 2-7 چگونگي افزايش ميزان سرمايه گذاري مورد نياز با افزايش مقدار رسوب ……………………………………….50

شكل 3-1 شماتيك ساده رسوب داخل لوله………………………………………………………………………………………58

شكل 3-2 اثر كاهش مجراي عبور جريان بر عدد بدون بعد رسوب …………………………………………………………….61

شكل 3-3 رفتار ترموهيدروليكي پيش بيني شده توسط مدلهاي افت فشار A و B………..ا……………………………….62

شكل 3-4 مقايسه روابط ترموهيدروليكي ارائه شده براي يك حالت خاص …………………………………………………..65

شكل 4-1 منحني نيروي محركه دمايي اصلاح شده…………………………………………………………………………….68

شكل 4-2- الف) عملكرد حرارتي و هيدروليكي مبدلهاي شبكه پيش گرم كن بر اثر رسوب (E1-
E5)………ا……………………………………………………………………………………………………………………………73
شكل 4-2- ب) عملكرد حرارتي و هيدروليكي مبدلهاي شبكه پيش گرم كن بر اثر رسوب (E6-
E11)………ا…………………………………………………………………………………………………………………………..73
شكل 4-3 نتايج حاصل از شبيه سازي شبكه پيش گرم كن در دوره دو ساله………………………………………………..74
شكل 4-4 بازيابي حرارتي شبكه پيش گرم كن در دوره عملياتي دو ساله…………………………………………………..75
شكل 4-5 منحني دمايي اصلاح شده براي مبدل E1…ا………………………………………………………………………….76
شكل 4-6 منحني دمايي اصلاح شده براي مبدل E2…..ا………………………………………………………………………..77
شكل 4-7 منحني دمايي اصلاح شده براي مبدل E3…..ا………………………………………………………………………..77
شكل 4-8 منحني دمايي اصلاح شده براي مبدل E4….ا………………………………………………………………………..77
شكل 4-9 منحني دمايي اصلاح شده براي مبدل E5…ا………………………………………………………………………….78
شكل 4-10 منحني دمايي اصلاح شده براي مبدل E6..ا………………………………………………………………………..78
شكل 4-11 منحني دمايي اصلاح شده براي مبدل E7……….ا………………………………………………………………….78
شكل 4-12 منحني دمايي اصلاح شده براي مبدل E8…….ا……………………………………………………………………..79
شكل 4-13 منحني دمايي اصلاح شده براي مبدل E9…….ا……………………………………………………………………..79 شكل 4-14 منحني دمايي اصلاح شده براي مبدل E10………ا…………………………………………………………………..79 شكل 4-15 منحني دمايي اصلاح شده براي مبدل E11…………….ا…………………………………………………………..80

شكل 4-16 شبيه سازي عملكرد شبكه اصلاح شده از طريق اصلاح مبدل …………………………………………………..82

شكل 4-17 منحني نيروي محركه دمايي براي شبكه پيش گرم كن نفت خام ………………………………………………83

شكل 4-18 عملكرد حرارتي و هيدروليكي شبكه اصلاح شده با تغيير در ساختار …………………………………………..84

فهرست جداول
جدول 2-1 مشخصات جريانهاي فرآيندي شبكه پيش گرم كن پالايشگاه تهران……………………………………………….42

جدول 2-2 مشخصات جريانهاي سمت پوسته مبدلهاي حرارتي ……………………………………………………………..43

جدول 2-3 مشخصات جريانهاي سمت لوله مبدلهاي حرارتي ……………………………………………………………….43 جدول2-4 مقادير سطح تبادل حرارت مورد نياز براي اصلاح شبكه درΔTmin هاي مختلف ………………………………..45

جدول 2- 5 مقادير ميزان سرمايه گذاري و صرفه جويي سالانه در هزينه انرژي در دو حالت m2K/W 0=Rf و Rf=0.0001 m2K/W ….ا……………………………………………………………………………………………………………………………….48

جدول 2-6 مقادير سطح تبادل حرارت و سرمايه گذاري مورد نياز براي اصلاح شبكه به ازاي افزايش 10 ، 20 ، 35 و 50 درصدي ضرايب رسوب ………………………………………………………………………………………………………………..49

جدول 4-1 مشخصات مبدلهاي حرارتي شبكه پيش گرم كن پالايشگاه نفت تهران …………………………………………71

جدول 4-2 مقادير سرعت آستانه براي مبدلهاي مختلف شبكه پيش گرم كن ……………………………………………… 76

جدول 4-3 مشخصات مبدلهاي اصلاح شده در شبكه پيش گرم كن ………………………………………………………….81

جدول 4-4 مشخصات مبدلهاي حرارتي در شبكه اصلاح شده از طريق تغيير ساختار ………………………………………84

جدول 4-5 مقايسه شبكه اصلاح شده در دو حالت با شبكه اوليه ………………………………………………………….. 86

فصل اول
-1- مقدمه
اصلاح و بازسازي شبكه هاي مبدلهاي حرارتي به منظور افزايش بازيابي حرارتي و صرفه جويي در مصرف انرژي بوسيله روشهاي مختلف قابل انجام است كه به سه دسته كلي تقسيم مي شود[6]:
1- روش جستجوي كامپيوتري
2- اصلاح بوسيله بازرسي
3- روشهاي مبتني بر تكنولوزي پينچ
براي يك شبكه مبدلهاي حرارتي موجود روش جستجوي كامپيوتري مي تواند براي انتخاب يك شبكه با شرايط اقتصادي مناسب و با كمترين تغييرات از ميان شبكه هاي از پيش طراحي شده استفاده گردد. اين روش به سه دليل نمي تواند چندان مؤثر واقع گردد:
• عامل شانس در رسيدن يا نرسيدن به بهترين شبكه
• محاسبات بسيار زياد و پيچيده در شبيه سازي بعضي شبكه ها
• مشخص كردن طراحي كه به صورت قابل قبولي داراي ساختار نزديك به شبكه موجود باشد و به طور همزمان هيچ حرارتي از پينچ عبور ندهد ، مشكل مي باشد.
همچنين از روش اصلاح بوسيله بازرسي شبكه مي توان به منظور ذخيره سازي انرژي در يك واحد استفاده نمود. در اين روش ميتوان با انجام سرمايه گذاري و افزايش سطح جديد ، به ميزان بازيابي حرارتي و در نتيجه ذخيره سازي بيشتر انرژي دست يافت. بدين منظور با افزودن مبدل جديد در انتهاي سرد يا گرم شبكه مبدلهاي حرارتي مي توان از بار حرارتي گرم كن و خنك كن كاست. در اين روش معيار خاصي براي تعيين محدوده سرمايه گذاري به منظور افزايش سطح و ميزان بهينه ذخيره سازي انرژي وجود ندارد. به هر حال ميزان ذخيره سازي بستگي به سقف سرمايه گذاري و زمان بازگشت سرمايه دارد. معمولاً ذخيره سازي بيشتر نيازمند سرمايه گذاري بيشتر و اغلب دوره بازگشت طولاني تر مي باشد. در روشهاي اصلاح بوسيله بازرسي و جستجوي كامپيوتري شبكه بدست

آمده ممكن است بهينه نباشد ، اما اصلاح بوسيله تكنولوژي پينچ يك روش قوي و قطعي مي باشد كهبه كمك آن مي توان شبكه موجود را به صورت بهينه اي اصلاح نمود. اين روش به طور موفقيتآميزي در صنعت مورد استفاده قرار گرفته است.
روشهاي اصلاح شبكه مبدلهاي حرارتي بر اساس تكنولوژي پينچ شامل سه دسته مي باشند:
1- اصلاح بر اساس ضريب انتقال حرارت ثابت
2- اصلاح بر اساس افت فشارهاي مشخص
3- اصلاح به منظور رفع گلوگاه حاصل از افزايش ظرفيت
در قسمتهاي بعد اين سه روش به طور مفصل مورد بررسي قرار مي گيرند.
اصلاح شبكه مبدلهاي حرارتي بر اساس تكنولوژي پينچ شامل سه مرحله مي باشد. مرحله اول هدفگذاري مي باشد كه به اقتصاد عملكرد واحد و اصلاح آن براي تأمين هدف ها توجه مي نمايد. مرحله دوم شامل طراحي اصلاحي شبكه براي رسيدن به هدف ها مي باشد و در مرحله سوم طراحي تفضيلي شبكه شامل طراحي مبدلهاي حرارتي ، صورت مي گيرد.
1-2- هدفيابي در پروژه هاي اصلاحي[6]
معيار اقتصادي هر پروژه اصلاح آنست كه پروژه در يك محدوده سرمايه گذاري مشخص ما را به سمت زمان بازگشت سرمايه قابل قبولي هدايت كند. روش اصلاحي با استفاده از تكنولوژي پينچ ، طراحي را با يك مقدار ΔΤmin مشخص شروع مي كند و با تعيين موقعيت نسبي منحني مركب و در نظر گيري اهداف هزينه هاي اصلاح را قبل از طراحي مشخص مي كند. آنچه در مطالعات اصلاح شبكه لازم به نظر مي رسد آنست كه در اولين گام بتوان وضعيت شبكه موجود را نسبت به شرايط بهينه مشخص نمود. بهترين ابزار براي اين كار استفاده از منحني سطح حرارتي بر حسب انرژي مي باشد. اگر مقدار ΔΤmin براي جريانهاي يك شبكه مشخص باشد مي توان مقادير حداقل سطح حرارتي و حداقل انرژي مورد نياز را قبل از طراحي مشخص نمود. بنابراين اگر اين عمل براي جريانهاي شبكه مورد نظر در ΔΤmin هاي مختلف تكرار شود و مقادير حداقل انرژي و سطح حرارتي محاسبه گردد ، مي توان منحني سطح بر حسب انرژي را رسم نمود (شكل1-1).

در اين منحني مقادير حداقل انرژي و سطح حرارتي درΔΤmin مختلف براي شبكه هاي بهينه ارائهشده است. نظر به اينكه مقدار سطح حرارتي و مقدار مصرف انرژي شبكه موجود مشخص است بهراحتي مي توان موقعيت اين شبكه را در منحني فوق مشخص ساخت. اگر موقعيت شبكه موجود كه در شكل با x مشخص گرديده ، روي منحني و يا به فاصله تقريبي 10% از منحني قرار گيرد، شبكه موجود مناسب است و نياز به اصلاح ندارد. اما غالباً شبكه هاي طراحي شده چنين نيستند و در موقعيتي دور از منحني قرار مي گيرند و بايد اصلاح شوند. با فرض اينكه نقطه بهينه شبكه موجود B باشد ، لذا بهترين طرح اصلاح آنست كه شبكه x را به سمت شبكه B هدايت كند زيرا هم مصرف انرژي نسبت به شبكه موجود كاهش مي يابد و هم سطح حرارتي مورد نياز شبكه كمتر مي شود. اما غالباً چنين طرحي به دليل وجود ساختمان شبكه موجود و سرمايه گذاري قبلي صورت گرفته براي سطح اضافه امكان پذير نيست.

شكل 1-1 منحني سطح حرارتي برحسب انرژي
در طرحهايي كه هدف اساسي كاهش مصرف انرژي است ، ايده آل ترين مسير حركت از x به سمت نقطه A مي باشد ، زيرا بدون افزايش سطح حرارتي جديد مصرف انرژي را تا حد امكان كاهش مي دهد. اما نظر به اينكه كاهش مصرف انرژي بدون تغييرات در ساختار شبكه و تغييرات در ساختار شبكه بدون سرمايه گذاري (افزايش سطح حرارتي جديد) امكان پذير نيست ، لذا چنين مسيري عملينمي باشد. حركت از x به سمت نقاط پايين تر منحني به دليل افزايش مصرف انرژي چندان موردتوجه نمي باشد ، زيرا عمدتاً هدف اساسي كاهش مصرف انرژي است و سطحي را كه قبلاً سرمايه گذاري شده است ، نمي توان بدون استفاده رها كرد. بنابراين همانطور كه در شكل 1-2 نشان داده شده است ، تنها مسير امكان پذير ، عملي و سودمند مسيري است كه از x به سمت نقاط بالاتر از A روي منحني ميل كند ، ولي چنين مسيري منحصر به فرد نيست و همانگونه كه در شكل 1-3 نشان داده شده است ، مسيرهاي متعددي را براي اصلاح شبكه مي توان در نظر گرفت. تعيين موقعيت بهترين مسير مشكل است و براي اين كار بايد پارامترهايي از قبيل سلاختمان شبكه ، جنس و فشار عملياتي مبدلها و ديگر پارامترهاي عملياتي مورد توجه قرار بگيرد. اعمال اثر برخي از اين پارامترها ممكن است ، اما در نظر گرفتن بعضي از آنها امكان پذير نيست.

فصل دوم
در اين بخش براي نشان دادن اهميت رسوب در شبكه هاي پيش گرم كن به بررسي تأثير رسوب گرفتگي مبدلهاي حرارتي بر هزينه هاي سرمايه گذاري مورد نياز و همچنين ميزان صرفه جويي در مصرف انرژي به منظور اصلاح شبكه مبدلهاي حرارتي پيش گرم كن نفت خام پرداخته خواهد شد.
همانگونه كه مي دانيم ، تشكيل رسوب در مبدل حرارتي يك شبكه سبب ايجاد يك مقاومت حرارتي مي گردد كه ضريب انتقال حرارت كلي را كاهش مي دهد و در نتيجه سبب افزايش سطح انتقال حرارت مورد نياز مي گردد. افزايش رسوب با گذشت زمان سبب كاهش عملكرد مبدل مي گردد ، در نتيجه جريانهاي موجود به دماي مطلوب خروجي نمي رسند. به اين ترتيب كارآيي مبدل و در نتيجه كارآيي كل شبكه كاهش پيدا مي كند و مصرف انرژي هاي خارجي افزايش مي يابد.
به منظور بررسي تأثير رسوب بر اصلاح شبكه مبدلهاي حرارتي ابتدا بايد ضرايب رسوب گرفتگي را در محاسبه حداقل سطح انتقال حرارت مورد نياز شبكه وارد نمود.
براي محاسبه حداقل سطح انتقال حرارت مورد نياز شبكه پيش از طراحي مي توان از رابطه زير استفاده نمود[7]:
Interval jh jc
Amin = ∑ LMTD i (∑ qhijj +∑ qhijj ) (1-2)
i j j
مقدارhj در اين رابطه بر مبناي ضريب انتقال حرارت تميز1 جريانها مي باشد كه مي توان آن را بر مبناي ضريب انتقال حرارت كثيف جريان نوشت:
h hj = 1 + hcc jR f (2-2)
j j
ضريب انتقال حرارت تميز جريانj ام :hc j مقاومت رسوب جريانj ام :Rf j
در اين رابطه مقدار تقريبي Rf را مي توان از مقادير موجود در مراجع مختلف نظير استاندارد TEMA استخراج
پس از محاسبه سطح تبادل حرارت مورد نياز شبكه با در اختيار داشتن اطلاعات شبكه موجود و همچنين رابطه هزينه يك مبدل حرارتي و هزينه هاي انرژي گرمايش و سرمايش خارجي شبكه ، مقادير ميزان سرمايه گذاري مورد نياز و صرفه جويي در مصرف انرژي را محاسبه نمود.
در ادامه تأثير رسوب بر هزينه هاي سرمايه گذاري و صرفه جويي سالانه در هزينه انرژي براي اصلاح شبكه پيش گرم كن نفت خام پالايشگاه تهران مورد بررسي قرار مي گيرد.
2-1- معرفي شبكه پيش گرم كن پالايشگاه تهران
شبكه مبدلهاي حرارتي پيش گرم كن واحد تقطير پالايشگاه نفت وظيفه تبادل حرارت بين نفت خام ورودي و محصولات گرم خروجي از واحد تقطير را برعهده دارد. شكل 2- 1 شبكه مبدلهاي حرارتي پيش گرم كن برج تقطير اتمسفريك پالايشگاه نفت تهران را نشان مي دهد كه در آن 11 مبدل حرارتي پوسته و لوله اي تبادل حرارت بين جريانهاي گرم و سرد را انجام مي دهند[22]. نفت خام با دماي 32 درجه وارد شبكه گرديده و پس از تبادل حرارت در مبدلهاي E- ، E-154 ، E-105106 و E-107 به دماي 110 درجه مي رسد. سپس به دوشاخه 40% و 60% تقسيم شده و با مبدلهاي E-182 ، E-156 ، E-155 و E-157 تبادل حرارت نموده و به دماي 216 درجه سانتيگراد مي رسد. در مرحله بعد نفت خام وارد محفظه فلش شده ، 10% آن مستقيماً به صورت گاز به برج تقطير رفته و بقيه پس از تبادل حرارت با جريانهاي گرم در مبدلهاي E-184 ، E-159 و E-158 به دماي 244 درجه سانتيگراد مي رسد. چون نفت خام در اين مرحله به دماي مورد نياز براي ورود به برج تقطير نرسيده ، وارد كوره شده و تا 360 درجه سانتيگراد گرم مي شود و سپس وارد برج تقطير مي گردد.
مشخصات جريانهاي فرآيندي گرم و سرد شبكه پيش گرم كن پالايشگاه تهران در جدول 2-1 آورده شده است. همچنين در جداول 2- 2 و 2- 3 مشخصات جريانهاي سمت پوسته و لوله مبدلهاي حرارتي داده شده است.

قیمت 25 هزار تومان

خرید فایل pdf به همراه فایلword

قیمت:35هزار تومان