بخشی از مقاله
چکیده
سیستم های بالادستی نفت و گاز به دلیل حجم بالای مصرف انرژی در واحد های صنعتی دارای تعدادی درجه آزادی جهت صرفه جویی قابل ملاحظه انرژی به منظور کاهش هزینه های عملیاتی و سرمایه گذاری می باشد به دلیل ماهیت پیچیده بهینه سازی بدین منظور از ترکیب روش های بهینه سازی - آرایش فرآیندی، شرایط فیزیکی و یا نرخ جریان های انرژی، اضافه یا جایگزین نمودن فناوری نوین - بهره گرفته می شود.
روشهای مرسوم بهینه سازی در واحد یوتیلتی براساس دو روش طراحی اولیه سیستم یوتیلیتی و جایگزینی یا اضافه نمودن واحد جدید به سیستم می باشد که در اینجا با ترکیب دو روش مورد استفاده در سیستم های یوتیلیتی بهره گرفته می شود که مدل برنامه ریزی تشکیل یافته در صنایع بالادستی بر اساس برنامه ریزی خطی بهینه سازی خواهد شد.
مدل بدست آمده در کار حاضر بر پایه دو دسته مدل فرآیندی و برنامه ریزی ریاضی می باشد که مدل فرآیندی بر پایه معادلات تراز جرم و انرژی و ظرفیت تولید محصولات است و مدل برنامه ریزی ریاضی بر پایه ترکیب تابع هدف و محدودیت های موجود در سیستم می باشد. در مقاله حاضر با استفاده از یک نمونه صنعتی با به کاربردن روش نتایج حاصل از بهینه سازی بررسی خواهد شد.
- 1 مقدمه
با توجه به قیمت روز افزون انرژی و محدودیتهای ناشی از پایان پذیر بودن منابع انرژی فسیلی و مشکلات زیست محیطی استفاده از آنها، مصرف بهینه انرژی اهمیت بالایی پیدا میکند. در این میان سیستمهای بالادستی نفت و گاز که شامل مراحل اولیه جداسازی نفت و گاز، افزایش فشار گاز برای استفاده همزمان جهت تزریق به گازها و افزایش فشار نفت جهت صدور به پالایشگاه ها هستند، تاثیر زیادی روی مصرف انرژی و هزینه ناشی از آن دارند.
طراحی و بررسی عملکرد سیستم های بالادستی نفت و گاز موجب کاهش هزینه های عملیاتی و سرمایه گذاری خواهد شد ، کل سیستم به منظور شناسایی متغیرهای تاثیر گذار بر سیستم باید شبیه سازی گردد. تنها با این روش است که بهینه سازی کل سیستم میسر خواهد شد
طراحی و بهرهبرداری از سیستم-های بالادستی متغیرهای آزادی وجوددارند - مثل ظرفیت و بار تجهیزات - که با تنظیم آنها در نقطه بهینه برای هر شرایط عملیاتی و تقاضای فرایند میتوان هزینه سرمایهای و عملیاتی را کاهش داد. بهعلت پیچیدگی محاسبات و اثرات متقابل متغیرهای موجود بر یکدیگر یافتن مقدار بهینه متغیرها نیازمند مدلسازی کل سیستم است.یک مدل ریاضی سازمان یافته می تواند تمامی گزینه های ممکن برای بهینه سازی را روشن نماید، تا بتوان با انجام محاسبات کاربردی در راستای بهبود عملکرد سیستم پیش رود.
بهینه سازی بر اساس ظرفیت کامل تجهیزات، در واقع حل مساله برای یک حالت غیر واقعی است که نقطه بهینهای غیر از شرایط بهینه سیستم واقعی خواهد داشت. همچنین در نظر گرفتن یک سناریوی کاری ثابت برای واحد صنعتی نیز فرض درستی نخواهد بود زیرا واحدهای صنعتی معمولا در شرایط مختلف طول روز و ایام هفته و فصلهای سال با سناریوهای مختلف کار میکنند و بر اساس آن دارای یک برنامه کاری هستند. بنا بر این در بهینه سازی باید سناریوهای مختلف کاری و مدت آنها در نظر گرفته شود.
حل مدل به دست آمده خود نیازمند ابزار قدرتمندی است که تعداد زیادی از حالتها را به سرعت ارزیابی و مقایسه کند. برنامه ریزی ریاضی قابلیت مورد نظر را دارد و در روش حاضر از آن استفاده شده است. با مدلسازی خطی، مساله به یک برنامه ریزی خطی تبدیل میشود که حل آن پاسخ کلی - و نه محلی - به همراه خواهد داشت.شکلٌ - نمودارجریان انرژی مدل نمونه در سیستم های بالادستی نفت و گاز را نشان می دهد.
شکلٌ. نمودار جریان انرژی مدل نمونه در سیستم های بالادستی نفت و گاز
2 -ساختار مدل بالادستی
بالادستی نفت و گاز شامل مراحل جداسازی گاز، پساب، گاز مایع همراه نفت استخراجی و دستیابی به محصولات با ارزش برای ارسال به پالایشگاه جهت فرآورش می باشد. با توجه به Error> Unknown switch argument.سیستم باﻻدستی نفت و گاز از سطوح انرژی متفاوتی تشکیل می شود. سطوح انرژی در سیستم بالادستی شامل منابع، فرآورش اولیه، تبدیل اولیه، فرآورش اصلی، تبدیل اصلی و مصرف کننده می باشد. هر یک از سطوح شامل واحد های فرآیندی متعددی است که بنا به نوع عنلکرد و کارائی واحد در هر کدام از این سطوح قرار می گیرد. واحدهای فرآیندی مدل نمونه در کار حاضر شامل واحد بهره برداری ، کلاستر ، نمکزدایی ، تقویت فشار ًًَ، توربو پمپ ، تقویت فشار ، گاز مایع است.
در شکل دو چاه با نسبت گاز به نفت متفاوت منابع ورودی به سیستم می باشند. در صورتی که نسبت گاز به نفت چاه از SCF/STB بیشتر باشد قبل از ورود به واحد بهره برداری نیاز به یک مرحله جداسازی گاز و گاز مایع از نفت است که از واحد کلاستر کمک گرفته خواهد شد. جریان گاز همراه با گاز به واحد گاز مایع ارسال تا گاز مایع موجود در جریان جدا شود و باقیمانده گاز به ایستگاه تقویت فشار جهت افزایش فشار در محدوده مورد نیاز کارخانه فرستاده می شود.
مخلوط نفت پس از گذار از واحد بهره برداری مقادیر قابل توجهی از گاز و پساب همراه آن تفکیک شده و گاز همراه برای فرآورش و استفاده به ایستگاه های تقویت فشار ارسال می شود. در صورتی که نفت از یک چاه نمکی استخراج شده باشد برای تعدیل میزان نمک موجود در آن پس از جداسازی گاز از نفت از طریق نمک زدای برقی با ایجد یک میدان الکترو مغناطیسی مولکول های نمک به هم چسبیده و از نفت جدا می شوند، که این باعث کاهش نمک موجود در نفت خواهد شد.
پساب موجود در نفت نیز در دو مرحله بهره برداری و نمک زدایی جدا خواهند شد. در این مدل برای جریان های چند فازی به طور مجزا یک خط جریانی در نظر گرفته شده است که هر کدام از خطوط تک فازی که با فازهای دیگر در یک لوله جریانی یک جریان کلی را ایجاد می نماید، خطوط تک فازی با جریان کلی براساس پارامترمتناظر خود رابطه مستقیم دارد که به صورت زیر می باشد :
که در آنGLi، WWLi، WGLi و OLiبه ترتیب گاز، پساب، گاز مایع و نفت همراه جریان کلی نفت که همان TOLiاست، می باشند. و پارامترهای GORi، BS$Wi و WGRiبه ترتیب نسبت گاز ،درصد پساب و درصد گاز مایع همراه نفت به مخلوط جریان نفت می باشد.
- 1- 2 تابع هدف
تابع هدف در برنامهریزی ریاضی، تابعی است که منظور از حل مدل، بهینه کردن آن است. در این پژوهش بیشینه کردن کل سود مورد نظر است.
