متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مهندسی مکانیک

گرایش : سیستم های انرژی

عنوان : بهبود عملکرد شبکه بخار در شركت پالایش نفت شیراز

دانشگاه صنعتی خواجه نصیر

دانشكده مهندسی مكانیك

پایان نامه كارشناسی ارشد

گرایش سیستمهای انرژی

عنوان:

بهبود عملکرد شبکه بخار در شركت پالایش نفت شیراز

استاد راهنما:

آقای دكتر محمد رضا امیدخواه

استاد مشاور:

آقای دكتر محمود رضا حجتی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده:

بهینه سازی شبكه بخار در شركت پالایش نفت شیراز

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 بهره گرفتن 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 بهره گرفتن 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 بهره گرفتن 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 ایستگاه های 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 . 

امید است با بهره گیری از این پایان نامه و راهنمایی اساتید محترم، امكان پیگیری مطالب توسط سایر دانش پژوهان و پرداختن به موارد و ایده های جدید فراهم گردد.

فصل اول: اصول ترمودینامیكی و مقدمات تعریف اكسرژی

1- مقدمه

تا كنون روش های ریاضی و ترمودینامیكی مختلفی برای بهینه سازی و طراحی سیستم سرویس های جانبی و انتخاب سطوح فشار خطوط اصلی بخار پیشنهاد شده است كه در سطور آینده به برخی از آنها  اشاره می گردد.

یكی از مهمترین مسائل در طراحی سیستم سرویس های جانبی، انتخاب سطوح فشار خطوط اصلی بخار می باشد. در سال 1977، نیشیو برای اولین بار موضوع انتخاب سطوح بهینه فشار خط اصلی بخار را مطرح كرد و یك روش جستجوی مستقیم را كه با حل همزمان معادلات كوپل شده بود، ارائه نمود]1[.

سپس نیشیو و جانسون[1] یک روش ترمودینامیکی را پیشنهاد کردند، در این کار نیشیو و همکارانش از یک مدل LP  نیز به منظور انتخاب بهینه وسایلوتجهیزات مورد استفاده در سیستمهای تولید و توزیع بخار و توان و پیش بینی هزینه حداقل سرویسهای جانبی (Utilities ) استفاده كردند. این روش تلاش می کرد وسایلی برای سرویس جانبی انتخاب کند که اتلاف انرژی در دسترس برای هر واحد را حداقل کند و گرداننده های مورد استفاده  در فرآیند ( Drivers ) اعم از توربینها و موتورهای الکتریکی را با بهره گرفتن از برنامه ریزی خطی (LP)  بصورت بهینه مشخص كند. تجزیه و تحلیل ترمودینامیکی انرژی در دسترس، بر مبنای یک دسته از قوانین ابتکاری که برای تعیین ساختار کارخانه و شرایط طراحی به کار برده می شد، صورت می گرفت . اگر چه حداقل کردن اتلاف انرژی در دسترس به حداكثر کردن بازده کارخانه می انجامید، اما هزینه های سرمایه گذاری مربوط به واحدهای سرویس جانبی در این قسمت مورد توجه قرار نگرفته بود. همچنین یکی از نقاط ضعف چنین روشی این بود که برخی تصمیمات اصلی برای تعیین شکل کارخانه بر مبنای قوانین ابتکاری[2] بوده و در نتیجه ممكن است تعدادی از آلترناتیوهایی که شامل راه حل بهینه نیز باشند، را از دست بدهد. محدودیت مهم دیگر این بود كه هزینه های سرمایه گذاری با ظرفیت ها ، مطلقاً خطی در نظر گرفته شده بودند و بنابراین افزایش تولید به منظور سرشکن کردن هزینه سربار[3] در این مدل لحاظ نشده بود ]2[.

پترولاس و ركلاتیس[4] یک روش تجزیه و تحلیل برای سیستم سرویسهای جانبی بر مبنای تجزیه ای از دو زیرشاخه كه با هم کوپل شده اند را پیشنهاد کردند. اولین زیرشاخه تعداد خطوط اصلی بخار بعلاوه فشار در هر خط اصلی را تعیین می کرد و به عنوان یک برنامه ی پویا[5] که اتلاف انرژی های در دسترس را حداقل می کرد، مدل شده بود. دومین زیرشاخه شامل انتخاب درایور بود و به عنوان یک LP با هدف حداقل کردن انرژیهای ورودی (بخار و الکتریسیته)، فرمول بندی شده بود. به عبارت دیگر آنها یك روش برنامه ریزی پویا را برای بهینه كردن شرایط خط اصلی بخار به عنوان متغیر های پیوسته و یك روش LP را برای تعیین مكان بهینة درایورها  با هدف عمومی حداقل كردن اتلاف كار واقعی، به كار بردند. در این روش چنین عنوان شده بود كه اگر نیاز به وجود دیگ بخار باشد، این دیگ بخار باید در بالاترین سطح فشار، بخار تولید كند، زیرا کوپل کردن دو زیرشاخه در بازده درایورها و بار حرارتی دیگ بخار تأثیر می گذاشت. اما در مسئله بهینه سازی نیاز به تخمین شرایط بخار با فشار خیلی بالا (VHPS)، دمای هر سطح بخار، بار حرارتی دیگ بخار، سرویس جانبی خنك كننده و كار محوری تولیدی بوسیله شبكه توربین بخار در هر منطقه نیز می‌باشد كه در این روش لحاظ نشده است. محدودیت دیگر این روش این بود که هزینه های سرمایه گذاری واحدهای کارخانه را به حساب نمی آورد و امکان استفاده از درایور توربینهای گازی را در نظر نمی گرفت. همچنین ممكن است فرمول بندی LP برای مسئله انتخاب درایور در بعضی موارد مناسب نباشد، به عنوان مثال ممکن است توربینهای بخاری با چند ورودی یا دو درایور مختلف (توربین بخار و موتور الکتریکی) انتخاب شود، اما این مدل همان نیاز کار و توان قبل را به دست می‌داد ]3[.

در راستای استفاده از روش های ترمودینامیكی، در سال 1982 براون[6]  نشان داد  كه هر سیستم سرویس جانبی ممكن است با نسبت توان به گرمای فرآیند (P/H) مشخص شود كه این نسبت  وابستگی ضعیفی به نوع سوخت مصرفی دارد. ( برای وسایل صنعتی عمومی ،  نسبت P/H  مورد نیاز كمتر از دو درصد است . )]4[

جدول 1-1 نسبت P/H متناسب برای هر سیستم سرویس جانبی را نشان می دهد. مطابق جدول صفحه بعد ، زمانیكه نسبت P/H بالا باشد از سیكل های تركیبی بخار-گاز استفاده می شود؛ لازم به ذكر است كه پیچیده ترین نوع سرویس جانبی، سیكل های تركیبی بخار-گاز است.

اما موضوع مهم در این كار مسئله طراحی و تجزیه و تحلیل برای یافتن سیستمی است كه بتواند گرما و توان مورد نیاز وسائل را با توجه به حداقل كردن مصرف انرژی و هزینه ی كل تأمین كند. روند كار چنین است كه نسبت توان به گرمای فرآیند برای وسایل، در یك مقدار مشخص شده، طراحی می شود. به عبارت دیگر نیازهای گرما و توان مورد نیاز باید به درستی تطابق داشته باشند، سپس مصرف گرما كه بوسیله گرمای خالص سوخت ورودی تعریف می شود، باید در نظر گرفته شود. از آنجا كه قیمت انرژی سیستم سرویس جانبی فاكتوری مهم در تجزیه و تحلیل و توزیع قیمت سالانه می باشد، در صورتیكه این موضوع مورد توجه قرار نگیرد مقدار واقعی هزینه ی كل ارزیابی نخواهد شد.

اما در راستای استفاده از روش های ریاضی، پاپولیاس و گروسمن[1] در سال 1983 مسئله تركیبی تولید توان و گرما(CHP) را در زمینه یكپارچه سازی انرژی فرآیندهای شیمیایی ،  بررسی كرده اند .آنها مقالاتی در راستای استفاده از برنامه ریزی ریاضی برای چگونگی یكپارچه سازی شبكه سرویسهای جانبی ارائه كردند. در اولین مقاله، سیستم سرویس جانبی در قالب یك ابرساختار مدل شده است و می تواند با تأمین نیازها، بهینه شود. آنها برای بهینه سازی ساختار و پارامترهای سیستم سرویس جانبی با نیازهای ثابت توان و بخار، از یك روش MILP استفاده كردند. سیستم سرویس جانبی بهینه از یك ابرساختار  بدست آمد و با بهره گرفتن از توازنهای ساده ، مدل شد. كار بعدی آنها با احتساب تغییرات پیش بینی شده در نیازهای فرآیند به شكل یك الگوی نیاز سرویس جانبی چند مرحله ای توسعه یافت ؛ در دومین مقاله (پاپولیاس و گروسمن، (1983)، بارهای حرارتی ابرساختار سیستم سرویس جانبی ، متغیرهایی در فرمول بندی نمودار حرارت می شوند كه محاسبه تولید تركیبی كار مكانیكی و حداقل انرژی مورد نیاز را ممكن می سازد و در سومین مقاله، مدلهای سرویس جانبی و نمودار آبشاری گرما با یك روش MILP  عمومی برای سنتز كل سیستم، یكپارچه می شوند ]5،6 و 7 [.

در سال 1984 به منظور انتخاب فشار خطوط اصلی بخار، لینهوف و مورتون[2] منحنی های مركب گراند را پیشنهاد كردند ]8[ و در سال 1989، سوانی[3] یك سری انتقالی برای طراحی شبكه ها شامل موتورهای حرارتی و پمپ های حرارتی را گسترش داد. این راه حل آلترناتیوهای طراحی را مشخص می كرد و زمینه ای برای تصمیم گیری  در انتخاب جانمایی نهایی طرح را فراهم می آورد ]9[.

دال و لینهوف در سال 1992، با هدف حداقل كردن مصرف سیستم سرویس جانبی فرآیند كل با بهره گرفتن از پروفیل های چشمه و چاه، روش یكپارچه سازی كل واحد برای چند فرآیند را ارائه كردند. در این روش پروفیل های چشمه وچاه، میزان تولید و مصرف گرمای خالص در فرآیند كل را ارائه می كند (به این مفهوم كه میزان گرمای خالص مورد نیاز و دفع شونده به سرویس های جانبی را پس از حداكثر شدن بازیافت حرارت در فرآیندها نشان می دهد). تجزیه وتحلیل گلوگاهی (پینچ) راه حل بهینه كلی را به دست نمی دهد، چرا كه این راه كار نمی تواند بصورت همزمان با موازنه های مواد به كار برده شود، اما قادر است  به سرعت ساختارهای یكپارچه شده خوبی را بین فرآیندهای نسبتا پیچیده ارائه دهد، لذا این روش، به عنوان روشی كه می تواند به سرعت ساختارهای مناسبی نزدیك به حالت بهینه را برای فرآیندهای پیچیده ارائه كند، قابل استفاده است ]10[.

در سال 1994، رایسی با بهره گرفتن از روش تجزیه و تحلیل فرآیند كل، تعیین سطوح بهینه بخار و در نتیجه ی آن حداقل شدن مصرف سوخت (MFR) یا هزینه سرویس های جانبی (MUC) را ارائه كرد ]11[.

 همانطور كه ذكر شد یكپارچه سازی شبكه بخار مرحله ای مهم در انتگراسیون سیستم سرویس جانبی با هدف حداقل كردن هزینه ی انرژی مورد نیاز (MCER) می باشد، زیرا در فرآیند های صنعتی، شبكه بخار نقش خیلی مهمی را ایفا می كند و آن عبارت است از انتقال انرژی به داخل فرآیند و مابین فرآیند ها. از آنجا كه بخار می تواند قبل از مصرف در فرآیند برای تولید توان مكانیكی بوسیله توربینها منبسط شود، شبكه بخار به تولید تركیبی توان و گرما مرتبط می شود. در ابتدا مارشال و كالیتونتزف یك فرمول بندی MILP عمومی كه یكپارچه سازی سرویسهای جانبی برای تأمین انرژی مورد نیاز در كمترین هزینه را ممكن می ساخت، ارائه كردند. این فرمول بندی شامل توازن توان مكانیكی بود كه تولید تركیبی را امكانپذیر می نمود. سپس روشی بر مبنای مفاهیم ترمودینامیكی كه تعیین فشار بهینه در شبكه بخار را ممكن می سازد، ارائه كردند. مبنای كار آنها استفاده از سیكل رانكین می باشد. تجزیه و تحلیل انتگراسیون سیكل رانكین نشان می دهد كه این سیكل می تواند با مستطیلهای یكپارچه در منحنی تركیبی جامع (G.C.C.) موازنه شده، ارتباط داده شود؛ به این صورت كه اضلاع افقی مستطیل بوسیله دماهای تبخیر و میعان تعریف شوند و كار مكانیكی تولید شده متناسب با سطح مستطیلها باشد و بوسیله سیكل كارنو به صورت تقریبی تخمین زده شود. در نهایت مشخصات سیكل رانكین، به عبارت دیگر سطوح فشار و دمای فوق اشباع، از تعیین مستطیل ها به  دست خواهد آمد(شكل 1-1).

[1]. Papoulias & Grossmann

8 . Morton & Linnhoff

  1. Swaney
  2. Nishio & Johnson
  3. Heuristic
  4. Economy of Scale
  5. Petroulas & Reklaitis
  6. Dynamic
  7. Brown

تعداد صفحه : 95

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        *       asa.goharii@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.