x

پایان نامه کارشناسی ارشد

مهندسی سیستمهای انرژی

توسعه مدل ترمودینامیکی واحد رطوبت زدایی گاز در تاسیسات باالدستی صنعت نفت به منظور

افزایش کارایی انرژی و کاهش تخریب اکزرژی

فرزانه : هومن دکتر راهنما استادابوالقاسم : دکتر مشاور استاد

امامزادهمیرالوند : زند احسان نگارنده

مراحل انجام پروژه

طرح بازیابی اگزرژی های تلف

شده و شبیه سازی فرآیند اصالحی

ایجاد مدل جامع

اقتصادی طرح با توجه به

محدودیت های فنی

بهینه سازی مدل و

رسیدن به کم هزینه ترین طرح

دالیل انجام این پروژهبهینه سازی مصرف انرژی در واحد رطوبت

زدایی گازایران از منابع عظیم نفت و گاز برخوردار است اکثریت فرآیندهای نم زدایی موجود از تکنولوژی جاذب

گالیکول )یا متانول( استفاده میکنندمصرف انرژی در این واحدها بسیار باال میباشد

رفته هدر انرژی جریانهای شناسایی

S

E

EE: الکتریسیتهS: جریانبخار

E

E

راه حل : مبدل های حرارتی

(9)

(17) (18)

(13)

(16) (14)

(7)

جریان خروجی جریان از پمپ

خروجی از پایین

برج

جریان ورودی به ایرکولر

(1)

جریان پیش گرم

شده

جریان ورودی به ایرکولر

(2)

جریان خروجی از کمپرسور

جریان ورودی به

ریبویلر

روش شناسیهیچ تغییری در تجهیزات موجود داده نشده است.•

معادله حالت »پنگ – رابینسون« بکار گرفته شده است.•

طراحی مبدلهای حرارتی بر اساس بیشینه راندمان است.•

اصNالحات فرآینNد بر اسNاس بهتریNن آرایNش جریانهNا کNه بیشتریNن بازیافت •

حرارتی و کمترین افت اکزرژی را داشته باشد، انجام شد.

بNا واقعیNت تطبیق • مصNارف انرژNی براسNاس مصNارف حامNل های انرژNی

داده شده است.

تلفات انرژی جزئی به حساب آورده نشده است.•

مراحل باز یافت انرژی

جدول جریان ها

شماره جریان 4 5 6 7 8 9 11 12

جزء بخار 0/25 1 1 0 0 0 0 1)( دما 18/1 97 27 78/24 97 100 26 26 barفشار ) ) 10/9 11/20 10/20 11/20 11/20 40/90 10/20 10/20

جریان جرمي

(kg/h)16440 7687 4080 20120 12360 12360 0 4080

شماره جریان 13 14 15 16 17 18 19 20

جزء بخار 1 1 1 0 0/07 0/14 1 0)( دما 143/5 78 66/6 85 81/07 84/80 151/8 62

(bar ) فشار 39/80 39/62 38/60 39/59 10/98 10/96 5/0 37/50

جریان جرمي

(kg/h)4334/

04363/

3 4080 11979/3

19519/24

19519/24 940 12360

نتایج طرح باز یافت حرارتی

بازیافت انرژی

تولید گاز شیرین تن در ساعت4/08

قبل اصالحات بعد

مصرف برق25/8

(kWh/tNG )5/5

(kWh/tNG )

مصرف بخار216/56 (kWh/tNG )

137/25(kWh/tNG )

به کاهش

به کاهش

سرمایه گذاری

قیمت کل

(USD)

سطح تبادل حرارت:

)مترمربع(

انرژی مبادله شده:) کیلو وات(

:نوع

10469 27/05 132/5 BEM

قیمت کل

(USD)

سطح تبادل حرارت:

)مترمربع(

انرژی مبادله شده:) کیلو وات(

:نوع

9965 25/65 140 BEM

E- 101

E- 100

مNوNاNزNنNههزینه نصب و لوله کشی و

ابزار دقیق

8000کارکرد ساعت در

سال

کاهش مصرف ذخیره مالی از :بخار

1/12$/h

کاهش مصرف ذخیره مالی از :برق

1/09 $/h

مبدل های هزینه خرید حرارتی

17680 دالر در سال

25600 دالر

Nارائه شده در کنفرانسSET 2011

“Improvement of energy utilization in natural gas

dehydration plant through reducing electricity and steam

demand”

تابع هدف𝑇𝐴𝐶=𝐶𝐶 (𝐻𝐸 1)+𝐶𝐶 (𝐻𝐸 2 )+𝑂𝐶 (𝑅𝑒𝑏 )+𝑂𝐶 (𝐴𝐶1 )+𝑂𝐶 (𝐴𝐶2 )

مدل برج 100 ل

بد م

لمد

100 Nل

بد م

لمد

101 ر

یلبو

ریل

مد10

0 ر ول

رک ای

لمد

101

ر ول

رک ای

لمد

100

لبد

مطح

س 

ر خا

بی

رفNص

م

لبد

مطح

س 

ق بر

یرف

صم

ق بر

یرف

Nصم

محصول

باالیی

محصول

پایینی

ΔT approach ΔT approach

مش̀خصات و شرایط مشخص

صشخ

مط

رای ش

ت وصا

ش̀خم

مشخصات و شرایط مشخص

مبانی مدل سازی برج

• روابط تعادل :• موازنه جرمی اجزاء:• موازنه انرژی:

𝑷=𝑹𝑻𝒗−𝒃−

𝒂𝒗 (𝒗+𝒃 )+𝒃 (𝒗−𝒃 )

2N Newton-Raphson

مبدل پوسته – لوله ای

• = )دمای خروجی سیال گرم – دمای ورودی سیال حداقل اختالف دمای نزدیکیسرد( =هزینه مبدل•

ریبویلر

• میزان )×(گرمای میعان بخار)+(میزان میعان × ظرفیت گرمایی × کاهش دمای میعان)ظرفیت = (بخار

• هزینه مصرف بخار=

ایرکولر

مبانی مدل سازی مبدل های حرارتی

𝑷=𝑹𝑻𝒗−𝒃−

𝒂𝒗 (𝒗+𝒃 )+𝒃 (𝒗−𝒃 )

ω𝑒v𝑎𝑣 = WCλs ሺ𝑇2 − 𝑡𝑠ሻቀ𝑒𝑈𝑎𝑥 𝑊𝐶ൗ� − 1ቁ𝑣𝑣 + [ω− WCλs ሺ𝑇2 − 𝑡𝑠ሻቀ𝑒𝑈𝑎𝑥 𝑊𝐶ൗ� − 1ቁ]𝑣𝑙

𝐶𝐶ሺ𝐻𝐸ሻ= (10000+ 800∗ሺ𝐴0.8ሻ∗ሺ1+ 𝑅𝑜𝑅 100Τ ሻ𝑃𝐿𝑃𝐿 )

𝑂𝐶ሺ𝑅𝑒𝑏ሻ= Qsteam ∗ሺ1.9 e− 06ሻ∗8000

NیNزNاNس NلNدNم NجNیNاNتNنMatlab {É Z ·| «l ËZf¿� � � Hysys {É ZÄÌ^ l ËZf¿� � � �

Ä̧u«�

(kg/h) ËZ«� )d Z {¹ ³Â̧̯� � � � (

(kg/h) Zz]� )d Z {¹ ³Â̧̯� � � � (

ËZ«�(kg/h) )d Z {¹ ³Â̧̯� � � � (

Zz]�(kg/h) )d Z {¹ ³Â̧̯� � � � ( 04/16639 05/2097 08/15061 45/2631 1

11/17480 08/4485 89/16719 26/4290 2 39/17965 15/5326 78/17671 15/5242 3 78/18227 43/5802 90/18234 27/5805 4 15/18376 82/6073 35/18567 72/6137 5 63/18454 19/6222 32/18753 68/6323 6 63/18495 67/6300 83/18852 20/6423 7 29/18517 67/6341 91/18904 28/6475 8 29/18529 33/6363 15/18932 52/6502 9 83/18536 33/6375 74/18946 11/6517 10 99/18542 87/6382 07/18955 44/6525 11 29/18550 03/6389 60/18960 97/6530 12 98/18561 33/6396 51/18965 88/6535 13 70/18583 02/6408 86/18971 22/6542 14 02/18626 74/6429 71/18982 08/6553 15 33/18708 06/6472 08/19004 44/6574 16 30/18863 37/6554 20/19048 57/6618 17 70/19139 34/6709 40/19138 76/6708 18 83/19734 74/6985 15/19240 52/6810 19 18/19840 87/7580 74/20115 11/7686 20

NیNزNاNس NلNدNم NجNیNاNتNن

بر برآورد اقتصادیاثر

هزینه های عملیات

ی

هزینه های سرمایه ای

بهترین مدل ممکنf(ΔT) := TACتنظیم تابع هدف )کل هزینه های ساالنه( بر حسب •

TACیافتن بهترین جهت رسیدن به کمترین •

ΔTmin= 12TAC= 3.5 M$

TAC

ΔTmin

فواید طرح بهینه با مینیمم کردن تابعTAC(ΔT) توسط ابزار G.A حداقل ،

مجموع اختالف دمای بهینه طرح بدست می آید. در نتیجه : کمترین میشودهزینه های اولیه و بهره برداری فرآيند اوليه)قبل از بازیافت

حرارت(

فرآيند اصالح شده

)پس از بازیافت حرارت(

فرآيند بهینه شده

)پس از بهینه سازی(

بخار مورد نیاز برای واحد

(kg/h)1500 940 512

برق مورد نیاز برای ایرکولر ها

(MJ/h)1721 925/23 1066/5

سطح انتقال حرارت مبدل ها

(m2)--- 27 + 33/5 20/6 + 38

انرژی بازیابی (kWشده ) --- 272/5 403/8

• Nجویی Nلکتریسیته 62صرفهNا Nدر مصرف %براNی هر تن محصول

• Nجویی N35صرفه Nبخار آب به Nدر مصرف %ازای هر تن محصول

% در هزینهN های 11صرفهN جوییN بیش از •عملیاتیN هر تن محصNول

%53نرخ بازگشت سرمایه • هزار 128/5رسیدن به ارزش خالص •

سال15دالر در طول

نتایج

پیشنهاداتهمان طور کNه بNا انجام اصNالحات در این ای کم، بNا صNرف هزینNه زدایNی نNم واحNد شد، حاصNل توجهNی قابNل جویNی صNرفه های واحد در گذاری سNرمایه بNا میتوان این در هزینNه های عملیاتNی هNم مشابNه، با انجام واحدهNا صNرفه جویNی کرد و هNم بهینNه سNازیN در مصNارف حامNل های انرژی به گاز های پاالیشگاه فرآینNد کNل در شده تمام قیمت در کالن جویNی صNرفه

پاالیش گاز در سطح ملی رسید.

شNمNا NهNجNوNت NزNا NسNاNپNس NاNب

1390تهران – بهمن