دانلود مقاله بهینهسازی مصرف انرژی و بهبود عملکرد کولرهای هوائی ۲E-101 و ۲E-102 پالایشگاه نفت تهران

word قابل ویرایش
16 صفحه
9700 تومان
97,000 ریال – خرید و دانلود

چکیده

کولرهای هوایی مبدلهایی هستند که در آنها سیال فرآیندی با جریان هوا خنک میشود. در این مبدلها معمولاً بخارات گرم درون مجموعهای از لولهها که بصورت افقی کنار هم قرار گرفتهاند، توزیع میشود. جداره خارجی لولهها به فین مجهز شده است تا سطح انتقال حرارت بین بخارات و جریان هوای خنک افزایش یابد. جریان هوای لازم برای خنک کردن بخارات داخل لولهها نیز بوسیله فنهایی که نیاز به مصرف توان زیادی دارند، تأمین میشود.

امروزه روشهای مختلفی نظیر کنارگذر کردن بخشی از دبی هوای سرد، قرار دادن لوور بر سر راه جریان هوا و محدود کردن دبی آن، کنترل سرعت موتور فن و استفاده از فنهای با گام متغیر جهت کنترل دما و همچنین راندمان کولرهای هوایی بکار میرود تا بتوان عملکرد آنها را تحت شرایط آب و هوایی گوناگون و یا تغییرات شرایط فرآیندی در بهترین حالت قرار داد. کلیه این روشها از مزایایی همچون قیمت اولیه کم و کنترل دقیق و پیوسته برخوردار هستند اما اغلب مصرف توان را کاهش نمیدهند. روشی که در این پژوهش جهت افزایش راندمان کولرهای هوایی ۲E-101 و ۲E-102 پالایشگاه تهران بکار گرفته شدهاست، استفاده از فینهای با راندمان بالاتر میباشد که با تغییر تعداد ردیفهای لولهها و نصب لولههای با فین های جدید همراه است که لازم بذکر است این راهکار هماکنون در مرحله عملیاتی قرار دارد. به این ترتیب با بکارگیری روش فوق علاوه بر کنترل دمای فرآیند، توان مصرفی فنهای هوایی فوق در کل به میزان۶۴/۷۷۴ کیلووات کاهش یافته که نهایتاً منجر به بهبود عملکرد کولرها نیز خواهد شد.

کلمات کلیدی: کولر هوایی، بهینهسازی انرژی، کاهش توان، فین، شبیهسازی، نرمافزار ACOL+



مقدمه

مبدلهای هوایی به مبدلهای حرارتی گفته میشود که یکی از دو سیال آنها هوا باشد. بطور کلی می توان این نوع مبدلها را به دو گروه اصلی تقسیم نمود. گروه اول مبدلهایی هستند که سیال دوم آنها یک مایع یا یک بخار در حال تغییر فاز است و عمدتاً دارای ساختار لوله فیندار می باشند. در این مبدلها هوا در سمت بیرون لولهها و سیال دوم درون لولهها جریان دارد.

ولی گروه دوم مبدلهایی را شامل میشود که سیال دوم آنها نیز هوا یا گاز دیگری است که عمدتاً دارای ساختار صفحه فیندار میباشند. مبدلهای هوایی گروه اول یعنی مبدلهای دارای لوله فیندار از فراوانی بیشتری در صنعت برخوردار هستند که از مهمترین آنها می توان به کولرهای هوایی، اواپراتورها، کندانسورها و چیلرها در تهویه مطبوع اشاره نمود. در این میان کولرهای هوایی بعنوان یکی از پرکاربردترین نوع از مبدلهای هوایی مطرح می باشند و در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی از قبیل
CDU/VDU، LPG، Hydrocracking، EDC/VCM، PTA، MTBE، پارازایلین و … بکار میروند، .[۱] در این پژوهش کولرهای هوایی با ساختار لوله فیندار با ذکر مثالی صنعتی مورد بررسی و تحلیل قرار گرفتهاست.

بطورکلی در این نوع از کولرهای هوایی معمولاً بخارات گرم درون مجموعهای از لولهها که بصورت افقی کنار هم قرار گرفتهاند، جریان دارند. جداره خارجی لولهها نیز به فین مجهز میباشد تا سطح انتقال حرارت بین بخارات و جریان هوای خنک افزایش یابد. این مبدلها از نظر شکل جریان عموماً از نوع جریان متقاطع۱ میباشند که جریان هوای لازم برای خنک کردن بخارات داخل لولهها بوسیله یکسری فن، تأمین میشود، شکل .(۱)

این فنها برای ایجاد جریان هوای موردنظر نیاز به مصرف توان بالایی دارند. از آنجا که به مرور زمان و با استهلاک سیستم مصرف توان نیز به جهت کنترل دما و سایر شرایط فرآیندی افزایش مییابد، لذا همواره راهکارهای افزایش راندمان کولرهای هوایی یا کاهش مصرف توان فنها مورد توجه بودهاست. تا کنون روشهای متعددی ارائه شدهاست که اکثر آنها تنها کنترل شرایط موجود دستگاه را بویژه از نقطه نظر دمای خروجی سیال فرآیندی به همراه داشته، بدون آنکه منجر به کاهش توان مصرفی فنها نیز گردد، .[۱۰] جایگزینی و بکارگیری فینهای با راندمان بالاتر یکی دیگر از راهکارهای بهبود عملکرد کولرهای هوایی در حال کار است که با تعویض برخی از لولهها و نصب لولههای با فینهای جدید، علاوه بر کنترل دمای فرآیند، توان مصرفی فنها را نیز کاهش میدهد. این مهم با انجام یک پژوهش بر روی کولرهای هوایی ۲E-101 و ۲E-102 پالایشگاه تهران مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت و نتایج عملیاتی قابل قبولی را در برداشت، بطوریکه مورد تأیید مسئولین محترم آن شرکت نیز واقع شد.

کولرهای هوایی

کولرهای هوایی تجهیزات انتقال حرارت لولهای هستند که در آنها هوای اطراف از روی سطح خارجی لولهها عبور میکند و به عنوان یک واسطه خنککننده عمل میکند تا سیالی را که درون لولهها قرار دارد خنک یا کندانس کند. بطور کلی استفاده از خنککنندهها در مقیاس وسیع در صنعت نفت به اواخر ۱۹۲۰ در میدانهای نفت و گاز ایالات جنوب غربی آمریکا برمیگردد که دارای ساختار دسته لوله عمودی و بیحفاظ در مقابل باد بودند و در نواحی خشک به دلیل کمبود آب بکار میرفتند. در اواسط ۱۹۳۰ طراحی به واحدهای افقی تغییر یافت که از فنها برای عبور دادن هوای خارج از روی کویل استفاده شد. اولین

۱ Cross Flow



پالایشگاه دارای کولرهای هوایی در سال ۱۹۴۸ در تگزاس آمریکا ساختهشد، در حالیکه اولین نوع آن در اروپا در سال ۱۹۵۸

راهاندازی گردید.

از مهمترین مزایای استفاده از کولرهای هوایی میتوان به مواردی همچون در دسترس بودن سیال خنک کننده هوا در مقادیر نامحدود، عدم وجود اثرات منفی زیست محیطی نظیر گرم کردن رودخانه و آب دریاها و …، انتخاب نوع جنس مبدل تنها بر اساس نوع سیال فرآیندی بدلیل غیر خورنده بودن هوا، آسان بودن مشکلات و مسائل مربوط به طراحی مکانیکی آنها بویژه پارامتر فشار درون مبدل، تأمین برخی از ظرفیت سرمایشی مورد نیاز حتی در صورت رخداد خرابی در سیستم فنها (بدلیل وجود جریان طبیعی هوا) بر عکس کولرهای آبی، وجود آلودگی بسیار کمتر سیال فرآیندی نسبت به سایر سیستمها بویژه کولرهای آبی، ناچیز بودن تولید رسوب سمت هوا و عدم لزوم تمیزکاری سیستم در اکثر مواقع و همچنین کمتر بودن هزینههای نگهداری کولرهای هوایی نسبت به کولرهای آبی تا حدود ۲۵ درصد اشاره نمود. اما کولرهای هوایی در مقایسه با کولرهای آبی از یکسری معایب نیز برخوردار هستند که مهمترین آنها عبارتست از: محدودیت در انتخاب محل مناسبی در کارخانه جهت نصب کولرهای هوایی به منظور جلوگیری از گردش مجدد هوا، اشغال فضای بیشتر نسبت به کولرهای آبی، نوسانات سریع و بزرگتر دمای هوا بدلیل شرایط مختلف آب و هوایی بخصوص در زمستان و تابستان و تأثیرات منفی آن بر کنترل و عملکرد فرآیند و نهایتاً داشتن محدودیت جهت کاهش دمای سیال فرآیندی در حدود ۳ تا ۶ درجه کمتر از کولرهای

آبی، .[۸]

ساختار مبدل

مطلبق شکل (۲) کولرهای هوایی در حالت کلی از سه قسمت اصلی دسته لوله۲، سازه و تجهیزات محرک مکانیکی تشکیل میشوند. دسته لوله خود شامل لولهها، هدرها و قاب دسته لوله میباشد و تجهیزات محرک مکانیکی نیز از سه قسمت فنها، انتقال دهندههای قدرت، محفظه تهویه۳ و محرکها تشکیل شده است. مجموعه یک یا چند دسته لوله که به همراه سازه و سایر سایر تجهیزات اضافی با دو یا چند فن کار میکنند دهنه۴ نامیده میشود. هر دسته لوله از این مبدلها از نمای بالا به صورت یک مستطیل است که ضلع بزرگتر آن مربوط به طول لولهها و ضلع کوچکتر مربوط به پهنای هدر است. همچنین از نمای انتهایی نیز یک مستطیل است که ضلع کوچکتر عمق هدر است که با تعداد ردیفهای لوله در جهت جریان هوا متناسب است.

بدلیل کمتر بودن ضریب انتقال حرارت سمت هوا در مقایسه با سیال درون لوله، و جهت کاهش مقاومت حرارتی در این طرف از لولههای فیندار استفاده میشود. همانند سایر مبدلهای هوایی، آلومینیوم به دلیل ضریب هدایت حرارتی بالاتر، وزن کمتر و قابلیت انعطاف بیشتر، جهت ساخت فین در کولرهای هوایی کاربرد دارد، .[۲]

جهتگیری دسته لولهها و جریان هوا

جهتگیری دسته لوله کولر هوایی در چهار روش اصلی عمودی، افقی، فریم V شکل و فریم A شکل میباشد که از بین آنها جهتگیری افقی متداولتر است. اگر جهتگیری عمودی استفاده شود کاهش قابل توجهی در فضای لازم صورت میگیرد، اما عملکرد واحد به شدت از جهت باد عمودی تأثیر میگیرد و لازم است برای حفظ عملکرد طراحی از صفحات محافظ استفاده شود. اما واحدهای V فریم و A فریم حد میانه واحدهای افقی و عمودی بشمار می روند که مساحت سطح لازم برای نصب آنها

۲ Bundle 3 Plenum 4 Bay



نصف مقدار لازم جهت واحدهای افقی بوده و از آرایش دسته لوله با شیب ۳۰ تا ۴۵ درجه از خط عمود قرار دارند بطوریکه هدرهای دو تخته از بالا یا پایین به یکدیگر متصل شدهاند.

جریان هوا از روی دسته لولهها نیز میتواند بصورت مکشی۵ یا دمشی۶ به حرکت درآید، همانگونه که در شکل (۲) ملاحظه میشود. در جریان هوای دمشی یا اجباری، هوا از درون فن کشیده و سپس به درون دسته لوله دمیده میشود. اما در واحدهای با جریان مکشی یا القایی، ابتدا هوا از درون دسته لولهها مکیده و سپس وارد فن میشود. بطور کلی نوع مکشی بدلیل ایجاد توزیع یکنواخت جریان هوا در شرایط مساوی نسبت به نوع دمشی بازدهی بیشتری دارد. اما در نوع مکشی، اگر موتور گرداننده به همراه فن در بالای لولهها قرارگیرد، به علت مواجه بودن با هوای گرم آسیب پذیرتر خواهد بود. لذا برای حل این مشکل می توان موتور را در پایین لوله ها قرار داد و به وسیله یک شفت نیروی محرکه آنرا به فن در بالای لولهها منتقل کرد. بنابراین محل قرارگیری موتور، سیستم محرک و فن در نوع جریان دمشی قابل وصولتر هستند، در حالیکه نوع مکشی به شفتهای سیستم انتقال قدرت بلند و یاتاقانهای اضافی احتیاج دارند.

در خصوص دمای کارکرد تجهیزات، در نوع دمشی کلیه تجهیزات از قبیل فنها، سیستم انتقال قدرت و موتور در دمای کمتری (دمای هوای ورودی) نسبت به نوع مکشی کار میکند. همچنین مسأله برگشت مجدد هوای خروجی در مورد سیستم مکشی کمتر اتفاق میافتد زیرا هوای خروجی با سرعت بالا در راستای عمودی خارج شده و در نتیجه درختان و ساختمانهای اطراف تأثیر کمتری در عملکرد آنها دارند.

از نظر شرایط آب و هوایی نیز نوع مکشی حفاظت بهتری در مقابل آب و هوا ایجاد میکند. بنابراین عملکرد نوع دمشی تحت تأثیر برف و باران و حتی تابش خورشید قرار گرفته و از اینرو کنترل آن سختتر میشود، از طرفی فینهای باز بیشتر در معرض خرابی قرار میگیرند. بطورکلی نوع جریان دمشی با هوای سردتری در تماس بوده، لذا کاربرد آن به حجم کمتر و مصرف توان کمتری منجر میشود، حال آنکه نوع مکشی جریان هوای یکنواختتری را فراهم میآورد. در ضمن ضریب انتقال حرارت در نوع جریان دمشی (برای ۱۰ ردیف و کمتر)، به دلیل اغتشاش هوای ورودی بالاتر از نوع مکشی می باشد، [۱] و .[۴]

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 9700 تومان در 16 صفحه
97,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد