بهینه سازی شبکه بخار در پالایشگاه نفت

مکانیک
دانلود پایان نامه كارشناسی ارشد مهندسی مكانیك گرایش سیستمهای انرژی مدل پیشنهادی بهینه سازی شبکه بخار در پالایشگاه نفت چكیده هزینه های تأمین نیرو و توان مورد نیاز فرآیندهای عملیاتی بخش قابل توجهی از منابع مالی و هزینه های هر مجتمع صنعتی را بخود اختصاص می دهد و تأمین متداوم انرژی مورد نیاز همواره یكی از دغدغه های اصلی ذهن طراحان و مدیران صنایع است . هدر رفت بخش قابل توجهی از انرژی مصرفی صنایع و مشكلات زیست محیطی ناشی از آن،اهمیت بهینه سازی مصرف انرژی( بعنوان یكی از اصلی ترین مؤلفه های توسعه پایداركشور) را در جایگاه بسیار والائی قرار می دهد. در سال اصلاح الگوی مصرف، مدیریت صحیح مصارف حاملهای انرژی نقش اساسی در فرایند بهینه سازی مصرف را دارا می باشد . مدیریت انرژی فعالیتی در راستای كاهش هزینه های انرژی به ازای واحد تولید محصول می باشد واهداف عمده آن را می توان بصورت زیر خلاصه نمود: 1- كاهش هزینه های مصرف حاملهای انرژی و افزایش سودآوری شركت از این طریق 2- شفاف نمودن هزینه های حاملهای انرژی و افزایش حساسیت مدیران وكاركنان نسبت به مصارف و اهمیت انرژی و در نتیجه توسعه بستر فرهنگی مناسب برای بهینه سازی مصرف انرژی و اصلاح الگوی مصرف 3- كاهش هزینه های تعمیرات ونگهداری 4- كاهش آلاینده های زیست محیطی در این پایان نامه تلاش میگردد با توجه به موارد یاد شده فوق در راستای ایجاد بستر مناسبی برای مدیریت انرژی در شركت پالایش نفت شیراز وهدایت افكار و رفتار سازمانی پرسنل در این سو اقدام نمود. شركت پالایش نفت شیراز واقع در كیلومتر 22 اتوبان شیراز – تخت جمشید یكی از واحدهای مهم صنعتی در جنوب كشور محسوب می گردد . طراحی و ساخت این پالایشگاه متعلق به فن آوری دهه 50 شمسی است و لذا ضرورت استفاده از فن آوری های جدید در بهبود فرآیندهای عملیاتی و استفاده بهینه از منابع و امكانات موجود در پالایشگاه ، بخوبی مشاهده می گردد. بخار به عنوان اصلی ترین حامل انرژی مصرفی در فرآیندهای این پالایشگاه ضمن بحركت درآوردن توربوژنراتورهای مولد برق، تأمین كننده نیروی محركه ماشین آلات مهم نیز می باشد . بهینه سازی مصارف بخار(ونیروی الكتریسیته) با استفاده از آموخته های دانشگاهی ، بیش از دو دهه تجربیات كاری اینجانب و مدل سازی رایانه ای با دیدگاه حداكثر سودآوری با فروش حامل های انرژی ( بیشتر نیروی الكتریسیته ) دیدگاه اصلی حاكم بر این پایان نامه می باشد . در ابتدا با بررسی منابع عملی،كارهای انجام شده پیشین را گردآوری و سپس اقدام به جمع آوری اطلاعات كلی مصارف حاملهای انرژی و شناسایی منابع تولید آنها در شركت و مدل سازی شبكه موجود بخار گردید، در این راستا با كمك اطلاعات دریافتی از منابع مختلف منجمله مدیریت مالی شركت خصوصا" واحدهای حسابداری عمومی و حسابداری صنعتی، تابع هدف مشخص و با استفاده از مدل ساخته شده سناریوهای مختلف عملیاتی بررسی و نتایج حاصله با هم مقایسه گردیده است . تعیین هزینه تمام شده شبكه تولید و توزیع بخار در سناریوهای مختلف عملیاتی و اقدام جهت كاهش هزینه های تمام شده بخار بر اساس شرایط بهینه تعیین شده در هر شرایط كاری و شناسایی پارامترهای معتبر در فرآیند تولید بخار و كار تولید شده در توربین ها و استفاده از آنها در راستای كاهش هزینه های عملیاتی و در نتیجه سود اقتصادی بیشتر شركت پالایش نفت شیراز از نتایج اصلی این پروژه می باشد. انجام عملیات بهینه سازی بكمك مدل پیشنهادی بیانگر این واقعیت است كه، با توجه به هزینه های سرمایه گذاری در تولید بخار وقیمت خریدو فروش برق (توسط شركت تامین نیروی ایران) همچنین قیمت فروش گاز طبیعی در حال حاضر گزینه تولید برق با استفاده از بخار ، فاقد سود وتوجیه اقتصادی می باشد و كمترین هزینه عملیاتی سیستم تولید وتوزیع بخار در شركت پالایش نفت شیراز هنگامی است كه اتلاف بخار و تخلیه بخار به آتمسفر كاملا" حذف و برای كاهش فشار بخار از یك سطح به سطح پایین تر از توربین های تولید برق استفاده و مابقی برق مورد نیاز عملیات پالایش از شبكه سراسری برق خریداری گردد. باانجام این اقدامات می توان هزینه های سیستم تولید و توزیع بخار را از نزدیک به چهارصدوچهل میلیارد ریال درسال به ششصد وهفتاد میلیون ریال یعنی 8/99 درصد كاهش داد. میزان تاثیر حذف اتلافها و تخلیه به آتمسفر (سناریوی دوم)در کاهش هزینه های سرویسهای جانبی در شرکت پالایش نفت شیراز نزدیك به دویست وپنجاه میلیارد ریال در سال و برای استفاده از ظرفیت اضافی توربوژنراتورها ودیگهای بخار (سناریوی سوم) میزان تاثیر افزایش هزینه هابه مقدار سی و هشت میلیارد ریال در سال و برای خارج کردن توربو ژنراتورها از مدار تولیدو خرید برق از شبکه سراسری (سناریوی چهارم) کاهش هزینه های عملیاتی برابر چهار میلیارد وپانصدوهشتاد میلیون ریال برآورد می گردد. بیشترین تاثیردر کاهش هزینه های عملیاتی سیستم سرویسهای جانبی را پیشنهاد پنجم مبنی بر حذف اتلافها و تخلیه به آتمسفر و جایگزینی توربین تولید برق بجای ایستگاههای تقلیل فشاربخاردارمی باشد. کاهش هزینه های عملیاتی اجرای این پیشنهاد در مقایسه با حالت عملیات فعلی به میزان چهار صدو سی و هفت میلیارد ریال در سال برآورد می گردد . فهرست مطالب فصل اول : اصول ترمودینامیكی و مقدمات تعریف اكسرژی 1 1- مقدمه 2 استفاده از مدلهای هدف گذاری برای محاسبه بازده دیگهای بخار و توربینها 7 نمایش شبكه انتقالی فرآیند كل 9 1-1) هدف از یكپارچه سازی و تعیین سطوح بهینهء فشار 11 1-2) معرفی فرآیند و سرویس های جانبی 12 1-2-1) معرفی سیستم بازیافت حرارت و اثر آن بر سیستم سرویس جانبی 15 1-2-2) معرفی فرآیند شیمیایی 16 1-3) نقش تعیین سطوح بهینه ی بخار سیستم سرویس جانبی در فرآیند كل 16 فصل دوم :انتخاب نوع توربین ها و ارائه ی معادلات مربوط به تغییر خواص فیزیكی و ترمودینامیكی بخار با تغییرات دما و فشار 22 2-1) بررسی مدلهای مختلف برای انتخاب نوع توربین ها 23 2-2) انتخاب روشهای مناسب برای پیش بینی خواص فیزیكی در شرایط عملیاتی مختلف 24 2-2-1) ارائه ی معادلات برای حالت اشباع 25 2-2-2) ارائه ی معادلات برای حالت فوق داغ 27 فصل سوم : نحوه تشكیل ابرساختار و ارائه مدل ریاضی 31 3-1) تعیین ابرساختار مناسب 32 3-2) تعیین معادلات مربوط به ابرساختار 34 1- مشخص کردن تابع هدف 34 2- مشخص کردن متغیرهای طراحی 35 3- نوشتن معادلات 35 الف) موازنه های جرمی 36 ب) موازنه های انرژی 36 ج) کار تولیدی توسط توربین ها 37 د) تأمین انرژی مورد نیاز فرآیند 37 3-3) مدل ریاضی تعیین سطح فشار بهینه ی بخار در سیستم سرویس جانبی با درنظر گرفتن تغییرات خواص فیزیکی و ترمودینامیکی بخار 40 1- تعیین ابرساختاری مناسب با توجه به اطلاعات مسئله 41 2- مشخص کردن اصولی یكسان برای نوشتن معادلات 41 3- مشخص کردن تابع هدف 44 4- مشخص کردن متغیرهای طراحی و قیود مربوط به آنها 44 5- معادلات لازم برای حل مدل 45 6- اطلاعات مورد نیاز 50 فصل چهارم :بررسی شرایط و سناریوهای عملیاتی مختلف و بررسی نتایج حاصل از آنها 52 1- سناریوی اول ( شرایط عملیات جاری سیستم تولید وتوزیع بخار ) 53 2- سناریوی دوم ( حذف اتلافها و تخلیه به آتمسفر) 58 3- سناریوی سوم ( استفاده از ظرفیت اضافی مولدهای بخاری برق ( 3 مگاوات )) 61 4- سناریوی چهارم ( خریدبرق موردنیاز از شبکه سراسری ) 64 5- سناریوی پنجم ( استفاده از توربین تولید برق بجای ایستگاه تقلیل فشار بخار ) 69 فصل پنجم :نتایج ، فوائد و ویژگیهای مدلسازی انجام شده 73 5-1) نتایج 74 5-2) فوائد و ویژگیهای استفاده از مدلسازی انجام شده 75 الف) فوائد 75 ب) ویژگیها 75 فهرست جداول جدول 1-1، نسبت P/H متناسب در سیستم سرویس جانبی 4 جدول 1-2، نیازهای خواسته شده از سیستم سرویس جانبی 18 جدول 1-3، شرایط عملیاتی تجهیزات 19 جداول شماره (4-1) :سناریوی اول 57 جداول شماره (4-1) :سناریوی اول 57 جداول شماره (4-2) سناریوی دوم 60 جداول شماره (4-2) سناریوی دوم 60 جداول شماره (4-3) : سناریوسو 64 جداول شماره (4-4) : سناریوی چهارم 68 جداول شماره (4-4) : سناریوی چهارم 68 جداول(4-5) : سناریوی پنجم 72 فهرست اشكال شكل 1-1،منحنی تركیبی جامعی متشكل از منحنی فرآیند و منحنی تركیبی جامع موازنه شده 6 شكل 1-2 مشخصات دیگ بخار بر روی نمودار T-H 8 شكل شماره 1-3 ، ارائه شبكه انتقالی جریانهای گرم فرآیند كل 9 شكل شماره 1-4 ، نمودار جریانی مصرف بخار درشركت پالایش نفت شیراز 14 شكل 3-1، ابرساختار یك فرآیند با منحنی ترکیبی جامع مشخص 33 شكل شماره (4-1) :سناریوی اول 56 شكل شماره (4-2): سناریوی دوم 59 شكل شماره (4-3) : سناریوی سوم 63 شكل شماره (4-4) : سناریوی چهارم 67 شكل شماره (4-5) : سناریوی پنجم 71