بخشی از مقاله
چکیده
مبدل حرارتی وسیلهای است که برای انتقال حرارت موثر بین دو یا چند سیال ساخته شده است که در آن دو سیال توسط یک دیواره از هم جدا شدهاند، بنابراین دو سیال هیچ وقت در همدیگر مخلوط نمیگردند. بیشترین استفاده مبدلهای حرارتی در: حرارت دادنهای فضایی، یخچالها، تهویه مطبوع، تجهیزات قدرت، واحدهای پتروشیمی، پالایشگاهها و تصفیه گازهای طبیعی میباشد.
یکی از انواع مبدل هایی که در اکثر واحدهای پالایشگاهی و پتروشیمیایی برای کاهش دمای سیالات مورد استفاده قرار می گیرند، خنک کننده های هوایی - Air cooler - می باشند. در خنک کننده های هوایی هوا با دمای محیط به لوله های حاوی سیال گرم برخورد کرده و باعث کاهش دمای دیواره لوله می شود و به این ترتیب دمای سیال داخل لوله کاهش می یابد.
در این مقاله هدف بر این است کولر هوائی E-1119 واحد تقطیر اتمسفریک پالایشگاه نفت لاوان را به عنوان نمونه مورد مطالعه انتخاب کرده و سپس به کمک نرم افزار Aerotran که از زیر مجموعه هایAspen HTFS + می باشد، شبیه سازی و نیز هزینه ساخت این مبدل تعیین گردد ، در مرحله بعدی به طور جامع به بررسی پارامترهای اقتصادی این نوع مبدل ها پرداخته می شود - منظور از پارامترهای اقتصادی عواملی است که در تعیین قیمت مبدل نقش اساسی ایفا می نماید - ، سپس مجددا مبدل مذکور مورد شبیه سازی قرار می گیرد ولی با این تفاوت که در این مرحله از پارامتر های کلیدی که منجر به کاهش هزینه ساخت می گردد، استفاده شده و تغییر محسوسی - در حدود %29 کاهش هزینه ساخت - که در قیمت مبدل حاصل می شود مشاهده می گردد.
-1 مقدمه
کشور جمهوری اسلامی ایران یکی از بهره مندترین کشورهای جهان از منابع سوخت فسیلی است. طی سالیان گذشته، دسترسی و امنیت تامین انرژی از یکسو و ضرورت ایجاد زیرساختهای صنعتی و تولیدی از سوی دیگر باعث شد که سیاستهای قیمت گذاری حامل های انرژی از نوع سیاستهای حمایتی بوده به نحویکه در راستای حمایت و تشویق واحدهای صنعتی و تولیدی به افزایش تولید انواع محصولات باشد.
این موضوع ضمن اتلاف منابع اولیه موجود کشور، باعث ایجاد آلودگیهای زیست محیطی عمده ای شده و همگام با اجرای سیاستهای اصل 44 قانون اساسی، باعث تغییر نگرش دولت در سیاست گذاری قیمت حامل های انرژی گردید به نحوی که در سال 1389 با حذف بخشی از یارانه حامل های انرژی، فصل جدیدی از مبحث انرژی کشور رقم خورد.
این تغییر رویکرد، می تواند فرصت های متعددی را برای کشور به ارمغان آورد که از آن جمله می توان به ایجاد ارزش افزوده در تولید محصولات و خدمات، افزایش تولید ناخالص داخلی، افزایش صادرات محصولات نفتی، کاهش تلفات انرژی، کاهش ترافیک، استفاده بهینه از منابع اولیه و صیانت از آن، تحقق اهداف توسعه پایدار، کاهش آلودگیهای زیست محیطی و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای اشاره نمود.[1]
همانگونه که مستحضرید یکی از تجهیزات پر مصرف در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی مبدل های حرارتی می باشد، مبدل های حرارتی یکی از اجزا مهم سیستم های تبدیل انرژی در صنعت از قبیل صنایع نفت، پتروشیمی، نیروگاههای تولید برق، فولاد، چوب و کاغذ، صنایع غذایی، سیستم های تهویه مطبوع، سردخانه و ... می باشند. لزوم صرفه جویی در مصرف انرژی و جلوگیری از اتلاف آن و همچنین توجه به مسائلی از قبیل آلودگی محیط زیست، اهمیت نقش طراحی مبدل های حرارتی را روشنتر می سازد. با رونق کامپیوتر های شخصی و ظهور ابر کامپیوتر ها در مراکز تحقیقاتی و علمی، فرایند طراحی مبدل های حرارتی نیز تحولاتی را طی کرده است .[2]
-2 شبیه سازی کولر هوایی E-1119 با استفاده از نرم افزار Aerotran
برنامه Aerotran مختص طراحی مبدل های حرارتی است که انتقال حرارت بین یک گاز در فضای آزاد یا یک مجرا و یک سیال در لوله را که معمولا مایع می باشد ایجاد می کند. این برنامه از دو شاخه اصلی تشکیل شده است :
-1 ورودی ها
-2 نتایج
-1-2ورودی ها
شاخه ورودی ها از پنج زیر شاخه به شرح ذیل تشکیل یافته است :
- 1 تعریف مساله
- 2 اطلاعات خواص فیزیکی
- 3 ساختار مبدل
- 4 داده های طراحی - 5 تنظیمات برنامه
در ادامه به اختصار به زیر صفحاتی که الزاما جهت اجرا شدن نرم افزار می بایست اطلاعات مورد نیاز در آن وارد گردد اشاره می شود. اولین صفحه Tube side application می باشد که اطلاعات سیال درون دسته لوله که آیا مایع می باشد یا گاز و نیز تغییر فاز دارد یا که خیر. مورد دیگر Draft type است که مشخص کننده نوع فن مورد استفاده در مبدل است که شامل دمشی و مکشی می باشد. و مورد آخر مود محاسباتی می باشد.
در مود Design کاربر پارامترهای لازم برای انجام عملیات محاسبات حرارتی را تعیین می نماید و برنامه برای یافتن شکل مناسب شروع به جستجو می نماید. در مود Rating به این سوال پاسخ داده می شود که آیا این مبدل برای این بار حرارتی مناسب است یا خیر.[4]در مود Simulation به این سوال پاسخ می دهد که این مبدل برای چه بار حرارتی توانایی پاسخ گویی دارد.
در واقع در مود Design کاربر تنها می بایست اطلاعات ورودی و خروجی جریان ها را وارد نماید و نیازی به وارد نمودن اطلاعات فیزیکی مبدل از قبیل تعداد لوله، طول لوله و تعداد bay و... نمی باشد و نرم افزار خود یک شکل مناسب و بهینه برای مبدل مورد بررسی ارائه می نماید. در دو مورد بعدی وارد نمودن اطلاعات شبیه هم می باشد با این تفاوت که در مود Rating بار حرارتی را کاربر وارد می نماید و نرم افزار طبق همان بار، محاسبات خود را انجام می دهد ولی در مود Simulation بار حرارتی را خود مبدل بر پایه اطلاعات ورودی و مشخصات فیزیکی مبدل، محاسبه می نماید.
در شاخه سوم که Process Data نام دارد اطلاعات جریان های سرد و گرم وارد می گردد.در صفحه Tube side/Hot side اطلاعاتی از قبیل مقدار سیال گرم درون دسته لوله ها، دمای ورودی و خروجی سیال، فشار عملیاتی و... وارد می گردد. در صفحه Out side علاوه بر موارد ذکر شده مواردی مثل ارتفاع از سطح دریا 1و نیز حداقل دمای محیط2 ، در صورت موجود بودن توسط کاربر مشخص گردد البته شایان ذکر است وارد نمودن موارد مذکور از الزامات نمی باشد.
