بخشی از مقاله
چکیده
امروزه بهینه سازیی مصرف انرژی، تبدیل به یکی از مباحث مهم و اساسی در صنایع شده است .افزایش تعداد کمپرسور در سیکل تبرید یکی از روشهای بسیار متداول و کاربردی است که هدف آن کاهش توان مصرفی و به دنبال آن کاهش مصرف انرژی میباشد که نتیجه این امر افزایش راندمان کل سیکل تبرید صنعتی میباشد .
برای بررسی این موضوع در این تحقیق،اثر افزایش تعداد کمپرسور از دو به سه بر روی سیکل تبرید واحد اولفین مطالعه و بررسی شده است. جهت تبیین مطلب مورد بحث در این تحقیق، سیکل تبرید پروپیلن واحد اولفین مجتمع پتروشیمی تبریز شبیه-سازی شده وبا افزایش تعداد مراحل تراکم کمپرسور ها از دو به سه، میزان تغییرات پارامتر های مختلف که مهمترین آن میزان تغییرات توان مصرفی میباشد مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان میدهد که با این تغییر میتوان تا 456 .43 kW در توان مصرفی صرفه جویی کرد.
مقدمه
در سالهای اخیر موضوع بهینهسازی مصرف انرژی تبدیل به یکی از مباحث مهم و اساسی در صنایع انرژی بر شده است. با کاهش میزان منابع سوخت-های فسیلی، رفع بحران انرژی به یکی از مسائل مهم و اساسی روز دنیا تبدیل شده است. این مسئله در کنار افزایش آلودگیهای زیستمحیطی ناشی از مصرف سوختهای فسیلی، صرفهجوئی انرژی را به یک استراتژی مهم در تمامی صنایع تبدیل نموده است.
در گذر زمان راهکار های گوناگونی جهت صرفه جویی در مصرف انرژی مطرح شده است که یکی از این روش ها افزایش تعداد مراحل تراکم کمپرسور ها در سیکل تبرید میباشد. این عمل باعث کاهش توان مصرفی در کمپرسور شده و علاوه بر این موضوع تغییر در تعداد کمپرسور ها می-تواند طی یک شرایط مساعد در کاهش سرمایه گذاری اولیه نقش به سزایی داشته باشد. علاوه بر نکات بالا در خیلی از مواقع افزایش فشار در یک مرحله باعث افزایش دمای شدید خروجی میشود که به تبعیت آن کار مصرفی نیز شدیدا افزایش پیدا میکند.برای کنترل کردن دما در کمپرسور ها تعداد آنها را افزایش میدهند تا با جلوگیری کردن از افزایش شدید دما توان مصرفی را بهبود بخشیده و راندمان را افزایش دهند.
به علت هزینهبر بودن سیستمهای سرمازا در فرایندهای دما پائین و همچنین اندرکنش پیچیده آن با هسته فرایندی، تحقیقات وسیعی بر روی بهینه سازی و یکپارچهسازی آنها با هسته فرایندی انجام شده است.
بارنس و کینگ یک روش دو مرحلهای جهت بهینهسازی آرایش سیستمهای سرمازای طبقهای ارائه دادند. در تحقیق ایشان تعداد محدودی از آرایشهای محتمل سیستم سرمازا و پارامترهای طراحی آن با استفاده از قوانین تجزیه گراف مشخص و برای حداقل کردن هزینه آرایش سیستم، مسئله بهصورت یک شبکه مدلسازی میشود. سپس در مرحله بعد، با استفاده از یک برنامه پویا شبکه پیدا میشود. نوع مبرد، تعداد سطوح دمایی سیستم سرمازا و حداقل اختلافهای دمایی بین جریانها، توسط کاربر تعیین و جزء دادههای ورودی به برنامه بهینهسازی میباشند. بنابراین، دستیابی به یک آرایش بهینه و مورد قبول بستگی کامل به تجربه کاربر دارد.
چنگ و ماه [2] یک الگوریتم تعاملی برای بهینهسازی سیستمهای سرمازا ارائه کردند که با استفاده از یک سری قوانین ابتکاری، آرایش اولیه حدس زده شده برای سیستم سرمازا را بهبود میبخشد. متغیرهایی که در استراتژی آنها لحاظ و بررسی میشوند عبارتاند از: انتخاب ماده مبرد، حداقل اختلافهای دمایی، فشارهای میانی، جداکنندهها، ظرفهای میانی و تمامی حالتهای مجاز انتقال حرارت درون چرخه سرمازا و بیرون از آن. در تحقیقات فوقالذکر، طراحی و آرایش بهینه سیستم سرمازا با مبرد خالص و بدون توجه به اندرکنش سیستم با شبکه مبدلهای حرارتی و هسته فرایندی انجام شده است.
تونسند و لینهوف و همچنین لینهوف و دهلی با استفاده از تکنولوژی پینچ و آنالیز اگزرژی نشان دادند که مکان مناسب برای پمپهای حرارتی، قرار دادن تبخیرکننده و چگالنده آن در دو سمت نقطه پینچ جریانهای سرد و گرم فرایند است.
در این تحقیق اثر افزایش تعداد مراحا تراکم کمپرسور در یک واحد اولفین موجود در کشور بررسی و هزینههای سرمایهگذاری این تغییرات در سیستم برآورد شده است..
توصیف سیکلسرمازای مورد مطالعه
شکل1، سیکل پروپیلن واحد پروپیلن پتروشیمی تبریز با دو کمپرسور و شکل2،سیکل پروپیلن واحد پروپیلن پتروشیمی تبرریز با سه کمپرسور میباشد. مشخصات فنی این چرخهها در جداول 1 و 2 ارایه شده است.
شکل - 1 - سیکل پروپیلن با دو کمپرسور
شکل - - 2 سیکل پروپیلن با سه کمپرسور
جدول : - 1 - اطلاعات کمپرسور های سیکل پروپیلن در شکل - 1 -
جدول : - 2 - اطلاعات کمپرسور های سیکل پروپیلن در شکل - 2 -
شبیهسازی چرخههای مورد مطالعه
در این تحقیق از نرمافزار هایسیس جهت شبیهسازی چرخههلی سرمازا استفاده شده است. خواص ترمودینامیکی و محاسبات فازی با استفاده از معادله حالت پنگ-رابینسون محاسبه شده است.
نتایج شبیهسازی
جداول 3، 4، 5 و 6 به ترتیب پارامترهای توان مصرفی، هزینه سرمایه گذاری اولیه، کاهش در هزینههای توان مصرفی و زمان بازگشت سرمایه برای دو حالت دو و سه کمپرسور در سیکل تبرید مورد مطالعه نشان می-دهند.
هچنین از جداول شماره یک و دو چنین استنتاج میشود که حذف کمپرسور C501 به طور مستقیم بر نسبت فشار و اختلاف فشار کمپرسور K100 تاثیر گذاشته ولی بر کمپرسور K101 تاثیری ندارد .
در هر پروژه ای باید از میزان سرمایه گذاری اولیه مطلع باشیم، همچنین باید اطلاعات دقیق از زمان باز گشت سرمایه را محاسبه کنیم تا مشخص شود که آیا این تغییر در پیدمان مقرون به صرفه هست یا خیر .
برای محاسبه هزینه سرمایه گذاری اولیه کمپرسور از رابطه زیر استفاده شده است :
c هزینه سرمایه گزاری اولیه کمپرسور برحسب هزار دلار میباشد. power توان مصرفی کمپرسور برحسب کیلو وات - kW - میباشد.
fi نشان دهنده فاکتور نصب کمپرسور میباشد که در تحقیق حاضر مطابق
با پیشنهاد مرجع [5] ، fi برابر با : fi = 1.09 میباشد.
جدول - : - 4 هزینه سرمایه گذاری اولیه کمپرسور ها
جدول - 5 - اطلاعات مربوط به اختلاف هزینه و توان مصرفی کمپرسور ها:
جدول : - 3 - مقایسه توان مصرفی کمپرسور ها بین دو حالت شکل - - 1 و فاکتور سرمایه گذاری سالیانه[6] از رابطه زیر محاسبه میکنیم:
شرح : جدول شماره سوم به وضوح کاهش توان مصرفی به ازای افزایش هزینه توان مصرفی برابر 3 سنت به ازای هر کیلووات ساعت فرض شده کمپرسور را نشان میدهد .
