بخشی از مقاله
چکیده:
با توجه به اهمیت مبدل هاي حرارتی در واحدهاي صنعتی هم از لحاظ حفظ و نگهداري و هم از لحاظ طراحی و هزینه هایی که براي آن واحد صنعتی دارند، در این مقاله سعی شده مبدل هاي حرارتی واحد گاز و گاز مایع - NGL800 - را ابتدا بوسیله نرم افزار Hysys شبیه سازي کرده و سپس بوسیله نرم افزار Aspen b-Jac مبدل هاي شبیه سازي شده را بهینه سازي نماییم. در این مقاله ابتدا بوسیله نرم افزار Hysys بر روي روند انتقال حرارت این مبدل ها کار شده و تجهیزات، با توجه به اطلاعات داده شده به آنها از لحاظ انتقال حرارت ارزیابی خواهند شد.
البته با توجه به اینکه نرم افزار Aspen b-jac بر روي قسمت سخت افزاري مبدل ها بهینه سازي را انجام خواهد داد و با استفاده از اطلاعاتی که از مدل شبیه سازي شده به این نرم افزار داده می شود، این نرم افزار بهترین مبدلی را که براي این عملیات هم از لحاظ انتقال حرارت و هم از لحاظ سایر شرایط عملیاتی مانند میزان تشکیل رسوب و ابعاد مبدل لازم است را در اختیارمان قرار خواهد داد.
البته با توجه به اینکه هر سه مبدل واحد گاز و گاز مایع اهواز از یک نوع می باشند وهیچ تفاوتی با یکدیگر ندارند در این مقاله هر سه مبدل را شبیه سازي کرده ولی بهینه سازي فقط بر روي یکی از مبدل ها یعنی مبدل PERCHILLER انجام خواهد شد.
-1 مقدمه
با توجه به نیاز روز افزون صنعت به انجام محاسبات سریع، دقیق و کم هزینه استفاده از کامپیوتر و مزایاي آن روز به روز گریزناپذیرتر به نظر می رسد. این مسئله مخصوصا در رشته هاي مهندسی که نیاز به محاسبات زیادي دارند پررنگتر شده و امروزه طراحی یک واحد تولیدي کوچک بدون استفاده از نرم افرازهاي کامپیوتري، کاري طاقت فرسا و وقت گیر است. از کاربردهاي موثر کامپیوتر در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، شبیه سازي واحدهاي تولیدي به وسیله نرم افزارهاي خاص است.
متاسفانه در کشور ما این نرم افزارها جایگاه مناسبی در صنعت پیدا نکرده اند. بنابرین با گسترش روزافزون صنایع شیمیایی و توسعه رشته مهندسی شیمی در دانشگاه و صنعت و با توجه به کمبودهایی که در زمینه نرم افزارهاي تخصصی مهندسی شیمی احساس می شود، بر آن شدیم تا مقاله اي تحت عنوان طراحی و شبییه سازي مبدل تهیه نماییم.
کاربرد نرم افزار Hysys در مدلسازي و شبیه سازي واحدهاي تولیدي است. با توجه به اینکه صنعت در بخش پژوهش، توسعه و طراحی فرایندها و همچنین بهره برداري مطلوب از تاسیسات موجود، نیاز به ابزار سریع، دقیق و قدرتمند دارد لذا استفاده از Hysys در اینگونه موارد بسیار مناسب به نظر می رسد. از کاربردهاي موثر کامپیوتر شبیه سازي واحدهاي تولیدي به وسیله نرم افزارهاي خاص است که با توجه به جو رقابتی بازارهاي جهانی و نیز حرکت هایی که در زمینه افزایش بهره وري تولید، استفاده هر چه بهتر از منابع و کاهش هزینه ها مشاهده می شود، طی سال هاي اخیر رشد چشمگیري یافته، اما هنوز بسیاري از مزایاي این کار شناخته نشده است. در این قسمت، برخی زمینه هاي کاربرد نرم افزارهاي شبیه سازي با هدف آشنایی با مزایاي این نرم افزارها به طور خلاصه توضیح داده خواهد شد.
منظور از مدل سازي فرایند، توصیف ماهیت سیستم تولید - یعنی موازنه هاي جرم و انرژي - در قالب معادلات ریاضی است. شبیه سازي، یعنی به دست آوردن اطلاعات خروجی - به طور مثال مشخصات محصول - براساس اطلاعات ورودي - به طور مثال مشخصات خوراك - ، در این میان، اطلاعات مربوط به مشخصات دستگاه ها جزیی از مدل به شمار می روند و قسمتی از آنها توسط کاربر به نرم افزار داده می شوند.
به رغم تعریف ساده فوق، کاربردهاي شبیه سازي بسیار متنوع و گوناگون است. امروزه استفاده از کامپیوتر به عنوان جزئی جدا نشدنی از علوم مهندسی طرح، مطرح می باشد. طراحی و ارزیابی واحدهاي تولیدي و طراحی تجهیزات فرآیندي، بدون استفاده از کامپیوتر، با توجه به پیچیدگی روزافزون فرآیندهاي تولیدي، همچنین دامنه محدود تجارب و اطلاعات فردي، امري غیر ممکن است.
کاربرد نرم افزارهاي کامپیوتري در زمینه هاي مهندسی فرآیند به ویژه صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، صنایع دارویی و معدنی، بیش از گذشته اهمیت یافته است و تسلط بر این نرم افزارها به عنوان یکی از مهارت هاي اساسی هر مهندس طراح به شمار می رود. یکی از معتبرترین نرم افزارها در زمینه طراحی مکانیکی و فرآیندي مبدل حرارتی نرم افزار Aspen B-jac می باشد که به جامعه مهندسی معرفی گردیده است. این نرم افزار امکان طراحی فرآیندي و مکانیکی مبدل هاي حرارتی و تهیه نقشه هاي ساخت، ارزیابی و عیب یابی مبدل هاي موجود، شبیه سازي و برآورد فنی و اقتصادي ساخت یک مبدل خاص را فراهم می آورد.
-2 خلاصه فرآیند تبرید در واحد : NGL 800
بعد از استحصال گاز از چاه هاي نفت – گاز اطراف اهواز، و بعد از جداسازي اولیه نفت از گاز در ایستگاه هاي بهره برداري، گاز جهت تصفیه نهایی و جدا کردن اجزاي سبک از آن به واحدهاي گاز و گاز- مایع - - NGL فرستاده می شود. در این واحدها بعد از جداسازي آب و هیدروکربن هاي خیلی سنگین، گاز ورودي با استفاده از سیستم تبرید، هیدروکربن هاي سبکش از هیدروکربن هاي سنگینش جدا می شود.
البته جهت جلوگیري از یخ زدگی و جذب آب احتمالی در گاز از مونو اتیلن گلایکول استفاده می شود. گاز با دماي ورودي 28°c و فشار 25bar وارد این مبدل شده و دماي خروجی آن به حدود 15°c می رسد. بعد از این مرحله گاز و گاز- مایع به طرف دومین مبدل به نام Perchiller می رود. که در این مرحله گاز و گاز- مایع پس از ورود به تیوب ها، بوسیله پروپان که وارد پوسته می شود به دماي -5°c می رسد سپس گاز و گاز مایع وارد مبدل سوم شده و به دماي نهاي -23°c می رسد و جهت استخراج نهایی گاز سبک از گاز سنگین تر - NGL - ، وارد برج تثبیت می شود. و در نهایت گاز سبک به شرکت گاز و NGL به پتروشیمی بندر امام خمینی ارسال می گردد.
-3 شبیه سازي:
در شبیه سازي مبدل هاي حرارتی واحد گاز و گاز- مایع اهواز از اطلاعات واقعی و عملیاتی این مبدل ها استفاده می شود.که بعد از شبیه سازي این مبدل ها، می توان تمامی اطلاعات لازم جهت بهینه سازي مبدل هاي مورد نظر را بدست آورد.
در جدول شماره - 1 - می توان برخی از اطلاعات حاصل از شبیه سازي، براي مبدل perchiller - همان مبدلی که بهینه سازي براي آن انجام شد - را مشاهده کرد.
جدول :1 اطلاعات حاصل از شبیه سازي براي مبدل perchiller
در نمودار شماره - 1 - می توان با توجه به شبیه سازي انجام شده تغییرات Heat Flow - میزان انتقال حرارت - را نسبت به دما براي مبدلperchiller - همان مبدلی که بهینه سازي براي آن انجام شد - مشاهده کرد.
