دانشگاه علوم و فنون مازندران 

وزارت علوم،تحقیقات و فناوری

دانشگاه علوم و فنون مازندران

 پایان‌نامه

مقطع‌کارشناسی‌ارشد

رشته: مهندسی شیمی

عنوان/موضوع :

بهینه‌سازی شبکه مبدل‌های پیش‌گرم واحد تقطیر80 پالایشگاه آبادان  به روش فناوری پینچ

استاد راهنما: دکر فرهاد شهرکی

استاد مشاور: میر محمد خلیلی پور لنگرودی

چکیده.

در طراحی شبکه مبدل های حرارتی، معمولا طراح انعطاف پذیری عملیاتی بالایی را در طرح ارائه شده در نظر می‌گیرد. با این وجود برخی از تغییراتی که پس از طراحی در شرایط عملیاتی فرایند رخ می دهد، لزوم اصلاح شبکه موجود را مشخص می‌کند .هدف از اصلاح شبکه، طراحی شبکه‌ای اقتصادی با در نظرگرفتن محدودیت‌های عملیاتی و متناسب با شرایط عملیاتی جدید می‌باشد. دو روش رایج در اصلاح و بازبینی شبکه، روش طراحی پینچ و روش برنامه نویسی ریاضی می‌باشند. روش پینچ زمان بر بوده و براساس تجربه و قضاوت طراح و با رویکردی دستی به حل مسئله می‌پردازد. در حالی که روش برنامه نویسی ریاضی سریع تر بوده و اعمال سلیقه طراح در آن کمتر می باشد. این روش با رویکردی دقیق به دنبال بهینه ترین جواب برای اصلاح شبکه می‌باشددر این تحقیق از ترکیب دو روش بهینه سازی ریاضی و روش پینچ، که براساس تحلیل ترمودینامیکی و طراحی کاربردی می‌باشند، جهت اصلاح واحد 80 تقطیر پالایشگاه ابادان استفاده شده است. در مرحله هدف‌گذاری خواص فیزیکی جریان‌ها متغیر با دما در نظر گرفته می‌شود و هر جریان به چند زیر جریان که خواص فیزیکی مشابهی دارند تفکیک می شوند. با به‌کارگیری فن‌آوری پینچ و تغییر ΔT_(Min) ، هیچ تغییری در آرایش شبکه‌‌مبدل‌های حرارتی ایجاد نشده است و با بازبینی و بررسی دوباره شبکه به این نتیجه رسید که طراحی شبکه مبدل‌های حرارتی یک مسئله‌ی آستانه می‌باشد و  برای افزایش بازیافت حرارتی بین جریان های فرایندی، ساختار شبکه نباید هیچگونه تغییری پیدا کند زیرا در بهترین حالت خود قرار دارد ولی ازآنجایی که مساحت مورد استفاده شبکه‌مبدل‌های حرارتی بیش از مساحت واقعی مورد نیاز برای ظرفیت 90000 بشکه در روز می‌باشد، می‌توان با کاهش 7 پوسته از هزینه سرمایه‌گذاری کاست.

 کلمات کلیدی:

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 ΔT_MIN 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………………………………………………………………………………………………………………..10

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.