انتگراسیون حرارتی، شبکه مبدل های حرارتی، طراحی اصلاحی، بهینه سازی، حالت عملیاتی
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول………………………………………………………………………………………………….. 2
1-1 ضرورت انجام پژوهش…………………………………………………………………………………………..2
1-2 روش انجام پژوهش………………………………………………………………………………………………3
1-3 ساختار پایان‌نامه……………………………………………………………………………………………………3
فصل دوم ……………………………………………………………………………………………………….5
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)………………………………………………………………….. 12
2-3-نمودار پیازی………………………………………………………………………………………………13
2-3-5 ΔTmin بهینه……………………………………………………………………………………………13
2-4 اصول پینج…………………………………………………………………………………………………………..14
2-5 مسائل آستانه (Threshhold)…………………………………………………………………………………..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)……………………………………………………..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
فصل سوم ………………………………………………………………………………………………………………………..37
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
فصل چهارم ……………………………………………………………………………………………………………………..60
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……………………………………………………………………..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
فصل پنجم ……………………………………………………………………………………………………………………….86
5-1 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…………………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
1 فصل اول
1-1 ضرورت انجام پژوهش
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