متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مهندسی مکانیک

گرایش : سیستم های انرژی

عنوان : بهبود عملکرد شبکه بخار در شركت پالايش نفت شيراز

دانشگاه صنعتي خواجه نصير

دانشكده مهندسي مكانيك

پايان نامه كارشناسي ارشد

گرايش سيستمهاي انرژي

عنوان:

بهبود عملکرد شبکه بخار در شركت پالايش نفت شيراز

استاد راهنما:

آقاي دكتر محمد رضا اميدخواه

استاد مشاور:

آقاي دكتر محمود رضا حجتي

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:

بهينه سازي شبكه بخار در شركت پالايش نفت شيراز

هزينه هاي تأمين نيرو و توان مورد نياز فرآيندهای عملياتي بخش قابل توجهي از منابع مالي و هزينه هاي هر مجتمع صنعتي را بخود اختصاص مي دهد و تأمين متداوم انرژي مورد نياز همواره يكي از دغدغه هاي اصلي ذهن طراحان و مديران صنايع است . هدر رفت بخش قابل توجهي از انرژي مصرفي صنايع و مشكلات زيست محيطي ناشي از آن،اهميت بهينه سازي مصرف انرژي( بعنوان يكي از اصلي ترين مؤلفه هاي توسعه پايداركشور) را در جايگاه بسيار والائي قرار مي دهد.

در سال اصلاح الگوي مصرف، مديريت صحيح مصارف حاملهاي انرژي نقش اساسي در فرايند بهينه سازي مصرف را دارا مي باشد . مديريت انرژي فعاليتي در راستاي كاهش هزينه هاي انرژي به ازاي واحد توليد محصول مي باشد واهداف عمده آن را مي توان بصورت زير خلاصه نمود:

1- كاهش هزينه هاي مصرف حاملهاي انرژي و افزايش سودآوري شركت از اين طريق

2- شفاف نمودن هزينه هاي حاملهاي انرژي و افزايش حساسيت مديران وكاركنان نسبت به مصارف و اهميت انرژي و در نتيجه توسعه بستر فرهنگي مناسب براي بهينه سازي مصرف انرژي و
اصلاح الگوي مصرف

3- كاهش هزينه هاي تعميرات ونگهداري

4- كاهش آلاينده هاي زيست محيطي

در اين پايان نامه تلاش ميگردد  با توجه به موارد ياد شده فوق در راستاي ايجاد بستر مناسبي براي مديريت انرژي در شركت پالايش نفت شيراز وهدايت افكار و رفتار سازماني پرسنل در اين سو
اقدام نمود.

شركت پالايش نفت شيراز واقع در كيلومتر 22 اتوبان شيراز – تخت جمشيد يكي از واحدهاي مهم صنعتي در جنوب كشور محسوب مي گردد . طراحي و ساخت اين پالايشگاه متعلق به فن آوري دهه 50 شمسي است و لذا ضرورت استفاده از فن آوري هاي جديد در بهبود فرآيندهاي عملياتي و استفاده بهينه از منابع و امكانات موجود در پالايشگاه ، بخوبي مشاهده مي گردد. بخار به عنوان اصلي ترين حامل انرژي مصرفي در فرآيندهاي اين پالايشگاه ضمن بحركت درآوردن توربوژنراتورهاي مولد برق،
تأمين كننده نيروي محركه ماشين آلات مهم نيز مي باشد . بهينه سازي مصارف بخار(ونيروي الكتريسيته) با استفاده از آموخته هاي دانشگاهي ، بيش از دو دهه تجربيات كاري اينجانب و مدل سازي رايانه اي با ديدگاه حداكثر سودآوري با فروش حامل هاي انرژي ( بيشتر نيروي الكتريسيته ) ديدگاه اصلي حاكم بر اين پايان نامه مي باشد .

در ابتدا با بررسي منابع عملي،كارهاي انجام شده پيشين را گردآوري و سپس اقدام به جمع آوري اطلاعات كلي مصارف حاملهاي انرژي و شناسايي منابع توليد آنها در شركت و مدل سازي شبكه موجود بخار گرديد، در اين راستا با كمك اطلاعات دريافتي از منابع مختلف منجمله مديريت مالي شركت خصوصا” واحدهاي حسابداري عمومي و حسابداري صنعتي، تابع هدف مشخص و با استفاده از مدل ساخته شده سناريوهاي مختلف عملياتي بررسي و نتايج حاصله با هم مقايسه گرديده است . تعيين هزينه تمام شده شبكه توليد و توزيع بخار در سناريوهاي مختلف عملياتي و اقدام جهت كاهش هزينه هاي تمام شده بخار بر اساس شرايط بهينه تعيين شده در هر شرايط كاري و شناسايي پارامترهاي معتبر در فرآيند توليد بخار و كار توليد شده در توربين ها و استفاده از آنها در راستاي كاهش هزينه هاي عملياتي و در نتيجه سود اقتصادي بيشتر شركت پالايش نفت شيراز از نتايج اصلي اين پروژه مي باشد.

انجام عمليات بهينه سازي بكمك مدل پيشنهادي بيانگر اين واقعيت است كه، با توجه به هزينه هاي سرمايه گذاري در توليد بخار وقيمت خريدو فروش برق (توسط شركت تامين نيروي ايران) همچنين قيمت فروش گاز طبيعي در حال حاضر گزينه توليد برق با استفاده از بخار ، فاقد سود وتوجيه اقتصادي مي باشد و كمترين هزينه عملياتي سيستم توليد وتوزيع بخار در شركت پالايش نفت شيراز هنگامي است كه اتلاف بخار و تخليه بخار به آتمسفر كاملا” حذف و براي كاهش فشار بخار از يك سطح به سطح پايين تر از توربين هاي توليد برق استفاده و مابقي برق مورد نياز عمليات پالايش از شبكه سراسري برق خريداري گردد. باانجام اين اقدامات مي توان هزينه هاي سيستم توليد و توزيع بخار را از نزديک به چهارصدوچهل ميليارد ريال درسال به ششصد وهفتاد ميليون ريال يعني  8/99 درصد كاهش داد.

ميزان تاثير حذف اتلافها و تخليه به آتمسفر (سناريوي دوم)در کاهش هزينه هاي سرويسهاي جانبي در شرکت پالايش نفت شيراز  نزديك به دويست وپنجاه ميليارد ريال در سال و براي استفاده از ظرفيت اضافي توربوژنراتورها وديگهاي بخار (سناريوي سوم) ميزان تاثير افزايش هزينه هابه مقدار
سي و هشت ميليارد ريال در سال و براي خارج کردن توربو ژنراتورها از مدار توليدو خريد برق از شبکه سراسري (سناريوي چهارم) کاهش هزينه هاي عملياتي برابر چهار ميليارد وپانصدوهشتاد ميليون ريال برآورد مي گردد. بيشترين تاثيردر کاهش هزينه هاي عملياتي سيستم سرويسهاي جانبي را پيشنهاد پنجم مبني بر حذف اتلافها و تخليه به آتمسفر و جايگزيني توربين توليد برق بجاي ايستگاههاي تقليل فشاربخاردارمی باشد. کاهش هزينه هاي عملياتي اجراي اين پيشنهاد در مقايسه با حالت عمليات فعلي  به ميزان  چهار صدو سي و هفت  ميليارد ريال در سال برآورد مي گردد . 

اميد است با بهره گيري از اين پايان نامه و راهنمايي اساتيد محترم، امكان پيگيري مطالب توسط ساير دانش پژوهان و پرداختن به موارد و ايده هاي جديد فراهم گردد.

فصل اول: اصول ترموديناميكي و مقدمات تعريف اكسرژي

1- مقدمه

تا كنون روشهاي رياضي و ترموديناميكي مختلفي براي بهينه سازي و طراحي سيستم سرويس هاي جانبي و انتخاب سطوح فشار خطوط اصلي بخار پيشنهاد شده است كه در سطور آينده به برخي از آنها  اشاره مي گردد.

يكي از مهمترين مسائل در طراحي سيستم سرويس هاي جانبي، انتخاب سطوح فشار خطوط اصلي بخار مي باشد. در سال 1977، نيشيو براي اولين بار موضوع انتخاب سطوح بهينه فشار خط اصلي بخار را مطرح كرد و يك روش جستجوي مستقيم را كه با حل همزمان معادلات كوپل شده بود، ارائه نمود]1[.

سپس نيشيو و جانسون[1] يک روش ترموديناميکي را پيشنهاد کردند، در اين کار نيشيو و همکارانش از يک مدل LP  نيز به منظور انتخاب بهينه وسايلوتجهيزات مورد استفاده در سيستمهاي توليد و توزيع بخار و توان و پيش بيني هزينه حداقل سرويسهاي جانبي (Utilities ) استفاده كردند. اين روش تلاش مي کرد وسايلي براي سرويس جانبي انتخاب کند که اتلاف انرژي در دسترس براي هر واحد را حداقل کند و گرداننده هاي مورد استفاده  در فرآيند ( Drivers ) اعم از توربينها و موتورهاي الکتريکي را با استفاده از برنامه ريزي خطي (LP)  بصورت بهينه مشخص كند. تجزيه و تحليل ترموديناميکي انرژي در دسترس، بر مبناي يک دسته از قوانين ابتکاري که براي تعيين ساختار کارخانه و شرايط طراحي به کار برده مي شد، صورت مي گرفت . اگر چه حداقل کردن اتلاف انرژي در دسترس به حداكثر کردن بازده کارخانه مي انجاميد، اما هزينه هاي سرمايه گذاري مربوط به واحدهاي سرويس جانبي در اين قسمت مورد توجه قرار نگرفته بود. همچنين يکي از نقاط ضعف چنين روشي اين بود که برخي تصميمات اصلي براي تعيين شکل کارخانه بر مبناي قوانين ابتکاري[2] بوده و در نتيجه ممكن است تعدادي از آلترناتيوهايي که شامل راه حل بهينه نيز باشند، را از دست بدهد. محدوديت مهم ديگر اين بود كه هزينه هاي سرمايه گذاري با ظرفيت ها ، مطلقاً خطي در نظر گرفته شده بودند و بنابراين افزايش توليد به منظور سرشکن کردن هزينه سربار[3] در اين مدل لحاظ نشده بود ]2[.

پترولاس و ركلاتيس[4] يک روش تجزيه و تحليل براي سيستم سرويسهاي جانبي بر مبناي تجزيه اي از دو زيرشاخه كه با هم کوپل شده اند را پيشنهاد کردند. اولين زيرشاخه تعداد خطوط اصلي بخار بعلاوه فشار در هر خط اصلي را تعيين مي کرد و به عنوان يک برنامه ي پويا[5] که اتلاف انرژي هاي در دسترس را حداقل مي کرد، مدل شده بود. دومين زيرشاخه شامل انتخاب درايور بود و به عنوان يک LP با هدف حداقل کردن انرژيهاي ورودي (بخار و الکتريسيته)، فرمول بندي شده بود. به عبارت ديگر آنها يك روش برنامه ريزي پويا را براي بهينه كردن شرايط خط اصلي بخار به عنوان متغير هاي پيوسته و يك روش LP را براي تعيين مكان بهينة درايورها  با هدف عمومي حداقل كردن اتلاف كار واقعي، به كار بردند. در اين روش چنين عنوان شده بود كه اگر نياز به وجود ديگ بخار باشد، اين ديگ بخار بايد در بالاترين سطح فشار، بخار توليد كند، زيرا کوپل کردن دو زيرشاخه در بازده درايورها و بار حرارتي ديگ بخار تأثير مي گذاشت. اما در مسئله بهينه سازي نياز به تخمين شرايط بخار با فشار خيلي بالا (VHPS)، دماي هر سطح بخار، بار حرارتي ديگ بخار، سرويس جانبي خنك كننده و كار محوري توليدي بوسيله شبكه توربين بخار در هر منطقه نيز مي‌باشد كه در اين روش لحاظ نشده است. محدوديت ديگر اين روش اين بود که هزينه هاي سرمايه گذاري واحدهاي کارخانه را به حساب نمي آورد و امکان استفاده از درايور توربينهاي گازي را در نظر نمي گرفت. همچنين ممكن است فرمول بندي LP براي مسئله انتخاب درايور در بعضي موارد مناسب نباشد، به عنوان مثال ممکن است توربينهاي بخاري با چند ورودي يا دو درايور مختلف (توربين بخار و موتور الکتريکي) انتخاب شود، اما اين مدل همان نياز کار و توان قبل را به دست مي‌داد ]3[.

در راستاي استفاده از روشهاي ترموديناميكي، در سال 1982 براون[6]  نشان داد  كه هر سيستم سرويس جانبي ممكن است با نسبت توان به گرماي فرآيند (P/H) مشخص شود كه اين نسبت  وابستگي ضعيفي به نوع سوخت مصرفي دارد. ( براي وسايل صنعتي عمومي ،  نسبت P/H  مورد نياز كمتر از دو درصد است . )]4[

جدول 1-1 نسبت P/H متناسب براي هر سيستم سرويس جانبي را نشان مي دهد. مطابق جدول صفحه بعد ، زمانيكه نسبت P/H بالا باشد از سيكل هاي تركيبي بخار-گاز استفاده مي شود؛ لازم به ذكر است كه پيچيده ترين نوع سرويس جانبي، سيكل هاي تركيبي بخار-گاز است.

اما موضوع مهم در اين كار مسئله طراحي و تجزيه و تحليل براي يافتن سيستمي است كه بتواند گرما و توان مورد نياز وسائل را با توجه به حداقل كردن مصرف انرژي و هزينه ي كل تأمين كند. روند كار چنين است كه نسبت توان به گرماي فرآيند براي وسايل، در يك مقدار مشخص شده، طراحي مي شود. به عبارت ديگر نيازهاي گرما و توان مورد نياز بايد به درستي تطابق داشته باشند، سپس مصرف گرما كه بوسيله گرماي خالص سوخت ورودي تعريف مي شود، بايد در نظر گرفته شود. از آنجا كه قيمت انرژي سيستم سرويس جانبي فاكتوري مهم در تجزيه و تحليل و توزيع قيمت سالانه مي باشد، در صورتيكه اين موضوع مورد توجه قرار نگيرد مقدار واقعي هزينه ي كل ارزيابي نخواهد شد.

اما در راستاي استفاده از روشهاي رياضي، پاپولياس و گروسمن[1] در سال 1983 مسئله تركيبي توليد توان و گرما(CHP) را در زمينه يكپارچه سازي انرژي فرآيندهاي شيميايي ،  بررسي كرده اند .آنها مقالاتي در راستاي استفاده از برنامه ريزي رياضي براي چگونگي يكپارچه سازي شبكه سرويسهاي جانبي ارائه كردند. در اولين مقاله، سيستم سرويس جانبي در قالب يك ابرساختار مدل شده است و مي تواند با تأمين نيازها، بهينه شود. آنها براي بهينه سازي ساختار و پارامترهاي سيستم سرويس جانبي با نيازهاي ثابت توان و بخار، از يك روش MILP استفاده كردند. سيستم سرويس جانبي بهينه از يك ابرساختار  بدست آمد و با استفاده از توازنهاي ساده ، مدل شد. كار بعدي آنها با احتساب تغييرات پيش بيني شده در نيازهاي فرآيند به شكل يك الگوي نياز سرويس جانبي چند مرحله اي توسعه يافت ؛ در دومين مقاله (پاپولياس و گروسمن، (1983)، بارهاي حرارتي ابرساختار سيستم سرويس جانبي ، متغيرهايي در فرمول بندي نمودار حرارت مي شوند كه محاسبه توليد تركيبي كار مكانيكي و حداقل انرژي مورد نياز را ممكن مي سازد و در سومين مقاله، مدلهاي سرويس جانبي و نمودار آبشاري گرما با يك روش MILP  عمومي براي سنتز كل سيستم، يكپارچه مي شوند ]5،6 و 7 [.

در سال 1984 به منظور انتخاب فشار خطوط اصلي بخار، لينهوف و مورتون[2] منحني هاي مركب گراند را پيشنهاد كردند ]8[ و در سال 1989، سواني[3] يك سري انتقالي براي طراحي شبكه ها شامل موتورهاي حرارتي و پمپ هاي حرارتي را گسترش داد. اين راه حل آلترناتيوهاي طراحي را مشخص مي كرد و زمينه اي براي تصميم گيري  در انتخاب جانمايي نهايي طرح را فراهم مي آورد ]9[.

دال و لينهوف در سال 1992، با هدف حداقل كردن مصرف سيستم سرويس جانبي فرآيند كل با استفاده از پروفيل هاي چشمه و چاه، روش يكپارچه سازي كل واحد براي چند فرآيند را ارائه كردند. در اين روش پروفيل هاي چشمه وچاه، ميزان توليد و مصرف گرماي خالص در فرآيند كل را ارائه مي كند (به اين مفهوم كه ميزان گرماي خالص مورد نياز و دفع شونده به سرويس هاي جانبي را پس از حداكثر شدن بازيافت حرارت در فرآيندها نشان مي دهد). تجزيه وتحليل گلوگاهي (پينچ) راه حل بهينه كلي را به دست نمي دهد، چرا كه اين راه كار نمي تواند بصورت همزمان با موازنه هاي مواد به كار برده شود، اما قادر است  به سرعت ساختارهاي يكپارچه شده خوبي را بين فرآيندهاي نسبتا پيچيده ارائه دهد، لذا اين روش، به عنوان روشي كه مي تواند به سرعت ساختارهاي مناسبي نزديك به حالت بهينه را براي فرآيندهاي پيچيده ارائه كند، قابل استفاده است ]10[.

در سال 1994، رايسي با استفاده از روش تجزيه و تحليل فرآيند كل، تعيين سطوح بهينه بخار و در نتيجه ي آن حداقل شدن مصرف سوخت (MFR) يا هزينه سرويس هاي جانبي (MUC) را ارائه كرد ]11[.

 همانطور كه ذكر شد يكپارچه سازي شبكه بخار مرحله اي مهم در انتگراسيون سيستم سرويس جانبي با هدف حداقل كردن هزينه ي انرژي مورد نياز (MCER) مي باشد، زيرا در فرآيند هاي صنعتي، شبكه بخار نقش خيلي مهمي را ايفا مي كند و آن عبارت است از انتقال انرژي به داخل فرآيند و مابين فرآيند ها. از آنجا كه بخار مي تواند قبل از مصرف در فرآيند براي توليد توان مكانيكي بوسيله توربينها منبسط شود، شبكه بخار به توليد تركيبي توان و گرما مرتبط مي شود. در ابتدا مارشال و كاليتونتزف يك فرمول بندي MILP عمومي كه يكپارچه سازي سرويسهاي جانبي براي تأمين انرژي مورد نياز در كمترين هزينه را ممكن مي ساخت، ارائه كردند. اين فرمول بندي شامل توازن توان مكانيكي بود كه توليد تركيبي را امكانپذير مي نمود. سپس روشي بر مبناي مفاهيم ترموديناميكي كه تعيين فشار بهينه در شبكه بخار را ممكن مي سازد، ارائه كردند. مبناي كار آنها استفاده از سيكل رانكين مي باشد. تجزيه و تحليل انتگراسيون سيكل رانكين نشان مي دهد كه اين سيكل مي تواند با مستطيلهاي يكپارچه در منحني تركيبي جامع (G.C.C.) موازنه شده، ارتباط داده شود؛ به اين صورت كه اضلاع افقي مستطيل بوسيله دماهاي تبخير و ميعان تعريف شوند و كار مكانيكي توليد شده متناسب با سطح مستطيلها باشد و بوسيله سيكل كارنو به صورت تقريبي تخمين زده شود. در نهايت مشخصات سيكل رانكين، به عبارت ديگر سطوح فشار و دماي فوق اشباع، از تعيين مستطيل 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 : 17300تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

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

پشتیبانی سایت :        ———- ****       [email protected]

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.

*********  ********* *********

دسته بندی : رشته مکانیک