در ابتدا با بررسي منابع عملي،كارهاي انجام شده پيشين را گردآوري و سپس اقدام به جمع آوري اطلاعات كلي مصارف حاملهاي انرژي و شناسايي منابع توليد آنها در شركت و مدل سازي شبكه موجود بخار گرديد، در اين راستا با كمك اطلاعات دريافتي از منابع مختلف منجمله مديريت مالي شركت خصوصا” واحدهاي حسابداري عمومي و حسابداري صنعتي، تابع هدف مشخص و با استفاده از مدل ساخته شده سناريوهاي مختلف عملياتي بررسي و نتايج حاصله با هم مقايسه گرديده است . تعيين هزينه تمام شده شبكه توليد و توزيع بخار در سناريوهاي مختلف عملياتي و اقدام جهت كاهش هزينه هاي تمام شده بخار بر اساس شرايط بهينه تعيين شده در هر شرايط كاري و شناسايي پارامترهاي معتبر در فرآيند توليد بخار و كار توليد شده در توربين ها و استفاده از آنها در راستاي كاهش هزينه هاي عملياتي و در نتيجه سود اقتصادي بيشتر شركت پالايش نفت شيراز از نتايج اصلي اين پروژه مي باشد.
انجام عمليات بهينه سازي بكمك مدل پيشنهادي بيانگر اين واقعيت است كه، با توجه به هزينه هاي سرمايه گذاري در توليد بخار وقيمت خريدو فروش برق (توسط شركت تامين نيروي ايران) همچنين قيمت فروش گاز طبيعي در حال حاضر گزينه توليد برق با استفاده از بخار ، فاقد سود وتوجيه اقتصادي مي باشد و كمترين هزينه عملياتي سيستم توليد وتوزيع بخار در شركت پالايش نفت شيراز هنگامي است كه اتلاف بخار و تخليه بخار به آتمسفر كاملا” حذف و براي كاهش فشار بخار از يك سطح به سطح پايين تر از توربين هاي توليد برق استفاده و مابقي برق مورد نياز عمليات پالايش از شبكه سراسري برق خريداري گردد. باانجام اين اقدامات مي توان هزينه هاي سيستم توليد و توزيع بخار را از نزديک به چهارصدوچهل ميليارد ريال درسال به ششصد وهفتاد ميليون ريال يعني 8/99 درصد كاهش داد.
ميزان تاثير حذف اتلافها و تخليه به آتمسفر (سناريوي دوم)در کاهش هزينه هاي سرويسهاي جانبي در شرکت پالايش نفت شيراز نزديك به دويست وپنجاه ميليارد ريال در سال و براي استفاده از ظرفيت اضافي توربوژنراتورها وديگهاي بخار (سناريوي سوم) ميزان تاثير افزايش هزينه هابه مقدار
سي و هشت ميليارد ريال در سال و براي خارج کردن توربو ژنراتورها از مدار توليدو خريد برق از شبکه سراسري (سناريوي چهارم) کاهش هزينه هاي عملياتي برابر چهار ميليارد وپانصدوهشتاد ميليون ريال برآورد مي گردد. بيشترين تاثيردر کاهش هزينه هاي عملياتي سيستم سرويسهاي جانبي را پيشنهاد پنجم مبني بر حذف اتلافها و تخليه به آتمسفر و جايگزيني توربين توليد برق بجاي ايستگاههاي تقليل فشاربخاردارمي باشد. کاهش هزينه هاي عملياتي اجراي اين پيشنهاد در مقايسه با حالت عمليات فعلي به ميزان چهار صدو سي و هفت ميليارد ريال در سال برآورد مي گردد .

اميد است با بهره گيري از اين پايان نامه و راهنمايي اساتيد محترم، امكان پيگيري مطالب توسط ساير دانش پژوهان و پرداختن به موارد و ايده هاي جديد فراهم گردد .

فهرست مطالب
عنوانصفحهفصل اول :
اصول ترموديناميكي و مقدمات تعريف اكسرژي1 1- مقدمه 2 استفاده از مدلهاي هدف گذاري براي محاسبه بازده ديگهاي بخار و توربينها7 نمايش شبكه انتقالي فرآيند كل 9 1-1) هدف از يكپارچه سازي و تعيين سطوح بهينهء فشار11 1-2) معرفي فرآيند و سرويس هاي جانبي12 1-2-1) معرفي سيستم بازيافت حرارت و اثر آن بر سيستم سرويس جانبي 15 1-2-2) معرفي فرآيند شيميايي16 1-3) نقش تعيين سطوح بهينه ي بخار سيستم سرويس جانبي در فرآيند كل16فصل دوم :
انتخاب نوع توربين ها و ارائه ي معادلات مربوط به تغيير خواص فيزيكي و ترموديناميكي بخار با تغييرات دما و فشار22 2-1) بررسي مدلهاي مختلف براي انتخاب نوع توربين ها 23 2-2) انتخاب روشهاي مناسب براي پيش بيني خواص فيزيكي در شرايط عملياتي مختلف24 2-2-1) ارائه ي معادلات براي حالت اشباع25 2-2-2) ارائه ي معادلات براي حالت فوق داغ27
عنوانصفحه فصل سوم :
نحوه تشكيل ابرساختار و ارائه مدل رياضي31 3-1) تعيين ابرساختار مناسب32 3-2) تعيين معادلات مربوط به ابرساختار34 1- مشخص کردن تابع هدف 34 2- مشخص کردن متغيرهاي طراحي 35 3- نوشتن معادلات35 الف) موازنه هاي جرمي36 ب) موازنه هاي انرژي36 ج) کار توليدي توسط توربين ها37 د) تأمين انرژي مورد نياز فرآيند37 3-3) مدل رياضي تعيين سطح فشار بهينه ي بخار در سيستم سرويس جانبي با درنظر گرفتن تغييرات خواص فيزيکي و ترموديناميکي بخار40 1- تعيين ابرساختاري مناسب با توجه به اطلاعات مسئله41 2- مشخص کردن اصولي يكسان براي نوشتن معادلات 41 3- مشخص کردن تابع هدف 44 4- مشخص کردن متغيرهاي طراحي و قيود مربوط به آنها 44 5- معادلات لازم براي حل مدل 45 6- اطلاعات مورد نياز50

عنوانصفحهفصل چهارم :
بررسي شرايط و سناريوهاي عملياتي مختلف و بررسي نتايج حاصل از آنها52 1- سناريوي اول ( شرايط عمليات جاري سيستم توليد وتوزيع بخار ) 53 2- سناريوي دوم ( حذف اتلافها و تخليه به آتمسفر)58 3- سناريوي سوم ( استفاده از ظرفيت اضافي مولدهاي بخاري برق ( 3 مگاوات ))61 4- سناريوي چهارم ( خريدبرق موردنياز از شبکه سراسري )64 5- سناريوي پنجم ( استفاده از توربين توليد برق بجاي ايستگاه تقليل فشار بخار )69فصل پنجم :
نتايج ، فوائد و ويژگيهاي مدلسازي انجام شده73 5-1) نتايج74 5-2) فوائد و ويژگيهاي استفاده از مدلسازي انجام شده75 الف) فوائد75 ب) ويژگيها75
فهرست جداول
عنوانصفحهجدول 1-1، نسبت P/H متناسب در سيستم سرويس جانبي4
جدول 1-2، نيازهاي خواسته شده از سيستم سرويس جانبي18
جدول 1-3، شرايط عملياتي تجهيزات19
جداول شماره (4-1) :سناريوي اول57
جداول شماره (4-1) :سناريوي اول57
جداول شماره (4-2) سناريوي دوم60
جداول شماره (4-2) سناريوي دوم60
جداول شماره (4-3) : سناريوسو64
جداول شماره (4-4) : سناريوي چهارم68
جداول شماره (4-4) : سناريوي چهارم68
جداول(4-5) : سناريوي پنجم72

فهرست اشكال

عنوانصفحهشكل 1-1،منحني تركيبي جامعي متشكل از منحني فرآيند و منحني تركيبي جامع موازنه شده 6
شكل 1-2 مشخصات ديگ بخار بر روي نمودار T-H 8
شكل شماره 1-3 ، ارائه شبكه انتقالي جريانهاي گرم فرآيند كل9
شكل شماره 1-4 ، نمودار جرياني مصرف بخار درشركت پالايش نفت شيراز14
شكل 3-1، ابرساختار يك فرآيند با منحني ترکيبي جامع مشخص33
شكل شماره (4-1) :سناريوي اول56
شكل شماره (4-2): سناريوي دوم59
شكل شماره (4-3) : سناريوي سوم63
شكل شماره (4-4) : سناريوي چهارم67
شكل شماره (4-5) : سناريوي پنجم71

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

فصل اول

اصول ترموديناميكي و مقدمات تعريف اكسرژي

1- مقدمه
تا كنون روشهاي رياضي و ترموديناميكي مختلفي براي بهينه سازي و طراحي سيستم سرويس هاي جانبي و انتخاب سطوح فشار خطوط اصلي بخار پيشنهاد شده است كه در سطور آينده به برخي از آنها اشاره مي گردد.
يكي از مهمترين مسائل در طراحي سيستم سرويس هاي جانبي، انتخاب سطوح فشار خطوط اصلي بخار مي باشد. در سال 1977، نيشيو براي اولين بار موضوع انتخاب سطوح بهينه فشار خط اصلي بخار را مطرح كرد و يك روش جستجوي مستقيم را كه با حل همزمان معادلات كوپل شده بود، ارائه نمود]1[.
سپس نيشيو و جانسون1 يک روش ترموديناميکي را پيشنهاد کردند، در اين کار نيشيو و همکارانش از يک مدل LP نيز به منظور انتخاب بهينه وسايلوتجهيزات مورد استفاده در سيستمهاي توليد و توزيع بخار و توان و پيش بيني هزينه حداقل سرويسهاي جانبي (Utilities ) استفاده كردند. اين روش تلاش مي کرد وسايلي براي سرويس جانبي انتخاب کند که اتلاف انرژي در دسترس براي هر واحد را حداقل کند و گرداننده هاي مورد استفاده در فرآيند ( Drivers ) اعم از توربينها و موتورهاي الکتريکي را با استفاده از برنامه ريزي خطي (LP) بصورت بهينه مشخص كند. تجزيه و تحليل ترموديناميکي انرژي در دسترس، بر مبناي يک دسته از قوانين ابتکاري که براي تعيين ساختار کارخانه و شرايط طراحي به کار برده مي شد، صورت مي گرفت . اگر چه حداقل کردن اتلاف انرژي در دسترس به حداكثر کردن بازده کارخانه مي انجاميد، اما هزينه هاي سرمايه گذاري مربوط به واحدهاي سرويس جانبي در اين قسمت مورد توجه قرار نگرفته بود. همچنين يکي از نقاط ضعف چنين روشي اين بود که برخي تصميمات اصلي براي تعيين شکل کارخانه بر مبناي قوانين ابتکاري2 بوده و در نتيجه ممكن است تعدادي از آلترناتيوهايي که شامل راه حل بهينه نيز باشند، را از دست بدهد. محدوديت مهم ديگر اين بود كه هزينه هاي سرمايه گذاري با ظرفيت ها ، مطلقاً خطي در نظر گرفته شده بودند و بنابراين افزايش توليد به منظور سرشکن کردن هزينه سربار3 در اين مدل لحاظ نشده بود ]2[.
پترولاس و ركلاتيس4 يک روش تجزيه و تحليل براي سيستم سرويسهاي جانبي بر مبناي تجزيه اي از دو زيرشاخه كه با هم کوپل شده اند را پيشنهاد کردند. اولين زيرشاخه تعداد خطوط اصلي بخار بعلاوه فشار در هر خط اصلي را تعيين مي کرد و به عنوان يک برنامه ي پويا5 که اتلاف انرژي هاي در دسترس را حداقل مي کرد، مدل شده بود. دومين زيرشاخه شامل انتخاب درايور بود و به عنوان يک LP با هدف حداقل کردن انرژيهاي ورودي (بخار و الکتريسيته)، فرمول بندي شده بود. به عبارت ديگر آنها يك روش برنامه ريزي پويا را براي بهينه كردن شرايط خط اصلي بخار به عنوان متغير هاي پيوسته و يك روش LP را براي تعيين مكان بهينة درايورها با هدف عمومي حداقل كردن اتلاف كار واقعي، به كار بردند. در اين روش چنين عنوان شده بود كه اگر نياز به وجود ديگ بخار باشد، اين ديگ بخار بايد در بالاترين سطح فشار، بخار توليد كند، زيرا کوپل کردن دو زيرشاخه در بازده درايورها و بار حرارتي ديگ بخار تأثير مي گذاشت. اما در مسئله بهينه سازي نياز به تخمين شرايط بخار با فشار خيلي بالا (VHPS)، دماي هر سطح بخار، بار حرارتي ديگ بخار، سرويس جانبي خنك كننده و كار محوري توليدي بوسيله شبكه توربين بخار در هر منطقه نيز مي‌باشد كه در اين روش لحاظ نشده است. محدوديت ديگر اين روش اين بود که هزينه هاي سرمايه گذاري واحدهاي کارخانه را به حساب نمي آورد و امکان استفاده از درايور توربينهاي گازي را در نظر نمي گرفت. همچنين ممكن است فرمول بندي LP براي مسئله انتخاب درايور در بعضي موارد مناسب نباشد، به عنوان مثال ممکن است توربينهاي بخاري با چند ورودي يا دو درايور مختلف (توربين بخار و موتور الکتريکي) انتخاب شود، اما اين مدل همان نياز کار و توان قبل را به دست مي‌داد ]3[.

در راستاي استفاده از روشهاي ترموديناميكي، در سال 1982 براون6 نشان داد كه هر سيستم سرويس جانبي ممكن است با نسبت توان به گرماي فرآيند (P/H) مشخص شود كه اين نسبت وابستگي ضعيفي به نوع سوخت مصرفي دارد. ( براي وسايل صنعتي عمومي ، نسبت P/H مورد نياز كمتر از دو درصد است . )]4[

جدول 1-1 نسبت P/H متناسب براي هر سيستم سرويس جانبي را نشان مي دهد. مطابق جدول صفحه بعد ، زمانيكه نسبت P/H بالا باشد از سيكل هاي تركيبي بخار-گاز استفاده مي شود؛ لازم به ذكر است كه پيچيده ترين نوع سرويس جانبي، سيكل هاي تركيبي بخار-گاز است.

سيستم سرويس جانبي نسبت P/H سيكلهاي بخار 2/0 سيكلهاي توربين گازي ساده 65/0 سيكلهاي توربين گازي مولد 85/0 سيكلهاي تركيبي بخار-گاز 1/1
جدول 1-1، نسبت P/H متناسب در سيستم سرويس جانبي
اما موضوع مهم در اين كار مسئله طراحي و تجزيه و تحليل براي يافتن سيستمي است كه بتواند گرما و توان مورد نياز وسائل را با توجه به حداقل كردن مصرف انرژي و هزينه ي كل تأمين كند. روند كار چنين است كه نسبت توان به گرماي فرآيند براي وسايل، در يك مقدار مشخص شده، طراحي مي شود. به عبارت ديگر نيازهاي گرما و توان مورد نياز بايد به درستي تطابق داشته باشند، سپس مصرف گرما كه بوسيله گرماي خالص سوخت ورودي تعريف مي شود، بايد در نظر گرفته شود. از آنجا كه قيمت انرژي سيستم سرويس جانبي فاكتوري مهم در تجزيه و تحليل و توزيع قيمت سالانه مي باشد، در صورتيكه اين موضوع مورد توجه قرار نگيرد مقدار واقعي هزينه ي كل ارزيابي نخواهد شد.
اما در راستاي استفاده از روشهاي رياضي، پاپولياس و گروسمن7 در سال 1983 مسئله تركيبي توليد توان و گرما(CHP) را در زمينه يكپارچه سازي انرژي فرآيندهاي شيميايي ، بررسي كرده اند .آنها مقالاتي در راستاي استفاده از برنامه ريزي رياضي براي چگونگي يكپارچه سازي شبكه سرويسهاي جانبي ارائه كردند. در اولين مقاله، سيستم سرويس جانبي در قالب يك ابرساختار مدل شده است و مي تواند با تأمين نيازها، بهينه شود. آنها براي بهينه سازي ساختار و پارامترهاي سيستم سرويس جانبي با نيازهاي ثابت توان و بخار، از يك روش MILP استفاده كردند. سيستم سرويس جانبي بهينه از يك ابرساختار بدست آمد و با استفاده از توازنهاي ساده ، مدل شد. كار بعدي آنها با احتساب تغييرات پيش بيني شده در نيازهاي فرآيند به شكل يك الگوي نياز سرويس جانبي چند مرحله اي توسعه يافت ؛ در دومين مقاله (پاپولياس و گروسمن، (1983)، بارهاي حرارتي ابرساختار سيستم سرويس جانبي ، متغيرهايي در فرمول بندي نمودار حرارت مي شوند كه محاسبه توليد تركيبي كار مكانيكي و حداقل انرژي مورد نياز را ممكن مي سازد و در سومين مقاله، مدلهاي سرويس جانبي و نمودار آبشاري گرما با يك روش MILP عمومي براي سنتز كل سيستم، يكپارچه مي شوند ]5،6 و 7 [.
در سال 1984 به منظور انتخاب فشار خطوط اصلي بخار، لينهوف و مورتون8 منحني هاي مركب گراند را پيشنهاد كردند ]8[ و در سال 1989، سواني9 يك سري انتقالي براي طراحي شبكه ها شامل موتورهاي حرارتي و پمپ هاي حرارتي را گسترش داد. اين راه حل آلترناتيوهاي طراحي را مشخص مي كرد و زمينه اي براي تصميم گيري در انتخاب جانمايي نهايي طرح را فراهم مي آورد ]9[.
دال و لينهوف در سال 1992، با هدف حداقل كردن مصرف سيستم سرويس جانبي فرآيند كل با استفاده از پروفيل هاي چشمه و چاه، روش يكپارچه سازي كل واحد براي چند فرآيند را ارائه كردند. در اين روش پروفيل هاي چشمه وچاه، ميزان توليد و مصرف گرماي خالص در فرآيند كل را ارائه مي كند (به اين مفهوم كه ميزان گرماي خالص مورد نياز و دفع شونده به سرويس هاي جانبي را پس از حداكثر شدن بازيافت حرارت در فرآيندها نشان مي دهد). تجزيه وتحليل گلوگاهي (پينچ) راه حل بهينه كلي را به دست نمي دهد، چرا كه اين راه كار نمي تواند بصورت همزمان با موازنه هاي مواد به كار برده شود، اما قادر است به سرعت ساختارهاي يكپارچه شده خوبي را بين فرآيندهاي نسبتا پيچيده ارائه دهد، لذا اين روش، به عنوان روشي كه مي تواند به سرعت ساختارهاي مناسبي نزديك به حالت بهينه را براي فرآيندهاي پيچيده ارائه كند، قابل استفاده است ]10[.
در سال 1994، رايسي با استفاده از روش تجزيه و تحليل فرآيند كل، تعيين سطوح بهينه بخار و در نتيجه ي آن حداقل شدن مصرف سوخت (MFR) يا هزينه سرويس هاي جانبي (MUC) را ارائه كرد ]11[.
همانطور كه ذكر شد يكپارچه سازي شبكه بخار مرحله اي مهم در انتگراسيون سيستم سرويس جانبي با هدف حداقل كردن هزينه ي انرژي مورد نياز (MCER) مي باشد، زيرا در فرآيند هاي صنعتي، شبكه بخار نقش خيلي مهمي را ايفا مي كند و آن عبارت است از انتقال انرژي به داخل فرآيند و مابين فرآيند ها. از آنجا كه بخار مي تواند قبل از مصرف در فرآيند براي توليد توان مكانيكي بوسيله توربينها منبسط شود، شبكه بخار به توليد تركيبي توان و گرما مرتبط مي شود. در ابتدا مارشال و كاليتونتزف يك فرمول بندي MILP عمومي كه يكپارچه سازي سرويسهاي جانبي براي تأمين انرژي مورد نياز در كمترين هزينه را ممكن مي ساخت، ارائه كردند. اين فرمول بندي شامل توازن توان مكانيكي بود كه توليد تركيبي را امكانپذير مي نمود. سپس روشي بر مبناي مفاهيم ترموديناميكي كه تعيين فشار بهينه در شبكه بخار را ممكن مي سازد، ارائه كردند. مبناي كار آنها استفاده از سيكل رانكين مي باشد. تجزيه و تحليل انتگراسيون سيكل رانكين نشان مي دهد كه اين سيكل مي تواند با مستطيلهاي يكپارچه در منحني تركيبي جامع (G.C.C.) موازنه شده، ارتباط داده شود؛ به اين صورت كه اضلاع افقي مستطيل بوسيله دماهاي تبخير و ميعان تعريف شوند و كار مكانيكي توليد شده متناسب با سطح مستطيلها باشد و بوسيله سيكل كارنو به صورت تقريبي تخمين زده شود. در نهايت مشخصات سيكل رانكين، به عبارت ديگر سطوح فشار و دماي فوق اشباع، از تعيين مستطيل ها به دست خواهد آمد(شكل 1-1).

در اين كار شبكه هاي بخار با استفاده از انتگراسيون سيكل رانكين ساخته مي شوند. تعيين سطوح بخار با يكپارچه كردن مستطيل ها در منحني تركيبي جامع موازنه شده، صورت مي گيرد. اين سيستم يكپارچه توليد همزمان توان و گرما (ICHP) ناميده مي شود و از انرژي در دسترس فرآيند براي توليد
كار مكانيكي استفاده مي كند. مي توان بر مبناي مفهوم توليد همزمان توان و گرما (ICHP)، يك فرمول بندي رياضي براي تعيين فشارها و دماهاي شبكه بخار، پيشنهاد داد. اضافه كردن معادلات مدل سازي شبكه بخار براي محاسبه كمترين هزينه انرژي مورد نياز (MCER)، تعيين شدت جريان هاي بهينه بخار را ممكن مي سازد و هزينه انرژي مورد نياز را به وسيله توليد همزمان كار مكانيكي و گرما به حداقل
مي رساند]12[.

در سال 1997، كوكوسيس و ماوروماتيس با استفاده از مدلهايTHM و BHM، قابليت هدف گذاري سوخت، سرويس جانبي خنك كننده و پتانسيل توليد كار با مصرف گرما را توسعه دادند. آنها عنوان كردند كه بمنظور يافتن راه حل بهينه براي حداقل كردن هزينهء سرويسهاي جانبي، بايد رابطه بين بازيافت و توليد همزمان كار و گرما را به درستي تشخيص داد. اين امر مي تواند از طريق متدولوژي بهينه سازي، به شرح زير بدست آيد ]13[.

1) استفاده از مدلهاي هدف گذاري براي محاسبه بازده ديگهاي بخار و توربينها:
الف- مدل BHM.
ب- مدل THM.

در ذيل هر يك از اين مدلها به اختصار معرفي مي شوند:
مدل BHM: بمنظور نشان دادن مسائل بهينه سازي در سيستم سرويس هاي جانبي قابل تغيير، يك مدل جديد براي ديگ بخارها پيشنهاد شده است كه مدل سخت افزاري ديگ بخار (BHM ) ناميده شده است. اين مدل بر اساس اصول ترموديناميكي مي باشد؛ درنتيجه قابليت محاسبه بازده ديگ بخارهاي واقعي را دارد. در حقيقت BHM قاعده اي كلي براي محاسبه بازده ديگ بخار ارائه مي كند. شكل 1-2 رابطه بين بار حرارتي بخار، تلفات گرما و سوخت مورد نياز را نشان مي دهد.

كه:
Qfuel = Qsteam + Qloss
= بازده Qsteam / Qfuel
Qfuel: سوخت مورد نياز،Qsteam: بارحرارتي بخار وQloss: اتلاف گرما را نشان مي دهد.
مدل THM: اين مدل براي شرح عملكرد توربين بخار بكار مي رود. مدل THM روي اندازه توربين بخار تكيه مي كند و عمليات واحد را در تمام محدوده تغييرات شرح مي دهد. مدل THM حداكثر شدت جريان بخار يك توربين ساده، تغيير آنتالپي ايزنتروپيك بين ورودي وخروجي توربين و بازده ايزنتروپيك را محاسبه مي كند .
2) نمايش شبكه انتقالي فرآيند كل:
مدل انتقالي10، انتقال بهينه حرارت از منابع (گرم) به مقصد را مشخص مي كند. در يك مدل انتقالي جريانهاي گرم فرآيند كل مي توانند بوسيله پروفيل هاي دمايي نمايش داده شود. همانطور كه در شكل 1-2 نشان داده شده است، مي توان با استفاده از بازه هاي دمايي، گرما را از منابع گرم فرآيند به سطوح بخار و از سطوح بخار به چاه گرماي فرآيند انتقال داد. اين بازه ها در حقيقت قيود ترموديناميكي در انتقال گرما هستند، به خصوص قانون دوم ترموديناميك، انتقال گرما از دماهاي بالاتر به پائين تر را صحيح مي داند وبنابراين قيود ترموديناميكي بايد در مدل شبكه در نظر گرفته شوند. اين امر با تقسيم بندي محدوده دمايي كل به بازه هاي دمايي انجام مي شود. در پروفيل هاي فرآيند كل، دماي بازه ها، دماهاي نقاط بحراني هر منبع و چاه گرما هستند كه تمامي آن ها داراي شرايط سطوح بهينه فشار مي باشند.
همانطور كه درشكل 1-3 نيز مشخص شده است، نقاط A, B, C, D, E, F, … نقاط بحراني (نقاط تحول) هستند. اين روش (روش تقسيم بندي11) انتقال حرارت ممكن در هر بازه با حداقل اختلاف دماي ((Tmin) داده شده را ممكن مي سازد.

مي توان گفت هدف از اين روش، استفاده از يك شبكه انتقالي براي فرآيند كل، به منظور بدست آوردن سطوح بهينه بخار مي باشد. در حقيقت كوكوسيس و مووروماتيك، يك مدل هدف گذاري جديد (THM) براي توربين هاي بخار و يك روش جامع براي جستجوي سطوح بهينه بخار پيشنهاد كرده اند كه اين روش براي مسائل بزرگ بدليل نياز به محاسبات عظيم، بسيار مشكل است. علاوه بر اين، استفاده از مدل هدف گذاري ديگ بخار براي محاسبه هزينه سوخت (بمنظور مشخص كردن حداقل هزينه سرويس جانبي) در كار آنها صورت نگرفته است.
شانگ و كوكوسيس12 در سال 2004، يك روش بهينه سازي سيستماتيك براي بهينه سازي سطوح بخار سيستم سرويس هاي جانبي فرآيند كل ارائه كردند كه نيازهاي متغير بوسيله ي سيستم سرويس جانبي را با احتساب تعامل هاي بين سيستم سرويس هاي جانبي فرآيند كل و فرآيند هاي واحد تأمين مي كرد. در اين روش با بهره گيري از تكنيك هاي تجزيه وتحليل فرآيندكل، يك MILP چند مرحله اي كلي برمبناي يك مدل انتقالي جديد ارائه شده بود كه سطوح بهينه بخار را با هدف حداقل كردن هزينه سرويس هاي جانبي مشخص مي كرد. اين مدل مي تواند براي حداقل كردن مصرف سوخت مورد نياز (MFR) هم بكار برده شود [14].
به عنوان يك جمع بندي نهايي مي توان به اين نتيجه رسيد كه مسئله تجزيه و تحليل سيستم سرويس هاي جانبي مي تواند به عنوان يک MILP فرمول بندي شود و بر بسياري از محدوديتها يا مشکلات روشهايي كه تا كنون مورد بررسي قرار گرفته و ارائه شده اند، غلبه کند، با اين شرط كه حتماً در ابرساختاري كه درنظر گرفته شده است، حالت بهينه وجود داشته باشد زيرا در غير اين صورت به بهينه ترين حالت ممكن نمي توان رسيد.
اما آنچه كه مشخص است درتمام مواردي كه تاكنون مورد بررسي قرارگرفته است همواره خواص فيزيكي و ترموديناميكي سيال ازقبيل دانسيته، ظرفيت حرارتي، ويسكوزيته و هدايت حرارتي در طول فرآيند ثابت درنظر گرفته شده و تغييرات آنها با دما و فشار لحاظ نشده است. اين امر ممكن است شكاف بزرگي بين مقادير محاسبه شده (تئوري) و حالت واقعي ايجاد كند. آقايان اميدخواه ، حجتي و زراعتكار در سال 2008 در بهينه سازي سطوح فشار و شبكه بخار ، متغير بودن مشخصات فيزيكي و ترموديناميكي را مطرح و تأثيرات آن را مطالعه و بررسي نمودند . آنها در ابتدا مشخصات فيزيكي و ترموديناميكي بخار را ثابت فرض نموده و با روش هاي رياضي ساختمان مدل نهايي را تهيه و سپس مشخصات فيزيكي و ترموديناميكي را متغير در نظر گرفته سطح فشار بخار و بار حرارتي را با حل مدل رياضي بدست آمده ، بهينه نمودند . بررسي نتايج موارد مطالعه تا 17 درصد تفاوت در بار حرارتي بين دو حالت را نشان مي دهد ] 15[ .
ميچلتر ، كاروالهو و پينتو در سال 2008 روش مدلسازي رياضي را بر روي سيستم عملياتي سرويسهاي جانبي در پالايشگاه RECAP ( برزيل – سائو پائولو ) با در نظر گرفتن تأثيرات متقابل عمليات واحدهاي فرآيندي اعمال نمودند . مدلسازي رياضي آنها بر اساس روش MILP و با استفاده از موازنه جرم و انرژي و شرايط عملياتي هر واحد ( در حال بهره برداري ) انجام گرفته است . مدل آنها شرايط عملياتي واحدها را با توجه به حداقل رساندن هزينه هاي سرويس هاي جانبي بيان نموده و ضمن مشخص نمودن موارد اتلاف بخار ، وضعيت عملياتي واحدها را با شرايط بهينه كار كرد مقايسه و ميزان انحراف را مشخص مي كند و بر اساس نتايج اعلام شده آنها ، مي توان به كمك نتايج مدلسازي رياضي و سپس تصحيح شرايط جاري عملياتي تا 10 درصد در هزينه هاي پالايشگاه صرفه جوئي نمود . در حال حاضر مدل ارائه شده آنها در قسمت برنامه ريزي عمليات پالايش در پالايشگاه RECAP جهت به حداقل رساندن هزينه هاي توليد محصولات نفتي بكار برده مي شود . ] 16[
در اين پروژه سعي خواهد شد تا در تعيين شرايط بهينه شبكه بخار در پالايشگاه شيراز، تغييرات خواص فيزيكي و ترموديناميكي با تغيير دما و فشار نيز لحاظ گردد و از يك متد حل تلفيقي، از دو روش:
1) ترموديناميكي به منظور كاهش فضاي جستجو و دستيابي سريعتر به جواب بهينه،
2) برنامه ريزي رياضي با تابع هدف سود بيشينه (دستيابي به حداكثر سود) با قيود مربوطه كه در آن تغييرات خواص فيزيكي و ترموديناميكي نيز درنظر گرفته شده است، براي حل استفاده نمود.
لازم به ذكر است به جاي تابع هدف حداكثر سود، مي توان با توابع هدف ديگري به همراه قيود مربوط به آنها مانند حداقل هزينه و يا تعيين سطح فشار بهينه نيز مسئله را حل كرد.
بدين منظور در فصلهاي بعد به چگونگي مرتبط ساختن تغييرات خواص فيزيكي و ترموديناميكي سيال به تغييرات دما و فشار ، استفاده از مدلهاي مهم و مقايسه نتايج پرداخته خواهد شد.

1-1) هدف از يكپارچه سازي و تعيين سطوح بهينهء فشار
امروزه واحدهاي صنعتي، براي باقي ماندن در بازار رقابتي بين المللي، بايد هزينه هاي جاري خود را کاهش دهند. يکي از اين موارد سيستم سرويس جانبي است که تاثير قابل توجهي در قيمت تمام شده محصولات دارد.
معمولاً تابع هدف در طراحي سرويس جانبي مبتني بر لحاظ نمودن جريانهاي فرآيندي است که اگر تعامل چندين واحد بطور همزمان در نظر گرفته شود( مانند آنچه که در مجتمع هاي عظيم پتروشيمي و پالايشگاهي مشاهده مي شود) به آن Total site مي گويند.


پاسخ دهید