مقاله کاربرد انتگراسیون حرارتی در افزایش تولید میعانات گازی

بخشی از مقاله

چکیده:

برج تثبیت کننده میعانات گازی که در واحد 100 فازهای 2و3 شرکت مجتمع گاز پارس جنوبی مورد استفاده قرار می گیرد شامل 19 سینی - بدون در نظر گرفتن کندانسور و ریبویلر - بوده و کندانسور این برج، کولر هوائی A-104 است که براساس طراحی در این تجهیز بخارات گرفته شده از بالای برج C-101 تا دمای 55 درجه سانتیگراد چگالش جزئی پیدا می نماید.

در حال حاضر به دلیل بالا بودن دمای چگالش در کولر هوائی A-104 میزان قابل توجهی - 3480 kg/h - از برش های سنگین در بالای برج C-101 به هدر می رود. در این مقاله اصلاح عملکرد برج - C-101 - Stabilizer واحد 100 با استفاده از روش طراحی انتگراسیون حرارتی صورت گرفته است. براساس روش طراحی انتگراسیون حرارتی چنانچه از دمای پائین 22 - درجه سانتیگراد - خوراک میعانات خام ورودی به واحد 100 جهت بهبود چگالش بخارات گرفته شده از بالای برج تثبیت استفاده شود، می توان %93 برش های سنگین را از بالای برج Stabilizer بازیابی نمود که در اینصورت یک مبدل گرمائی جایگزین کولر هوائی A-104 فعلی خواهد شد.

مقدمه

به یک سری تجهیزات مناسب که با شرایط مناسب و ارتباط داخلی مناسب کنار هم قرار گرفته اند فرآیند گفته می شود. هر فرآیند یک سری نیاز ها دارد یک سری امکانات - حرارتی - . هر فرآیندی یک سری امکانات و نیازها دارد.اگر نیازهای حرارتی یک فرآیند - گرم یا سرد - توسط امکانات موجود در همان فرآیند تأمین شود یعنی انتگراسیون انجام داده ایم. یعنی نیازها و امکانات را به هم گره زده ایم. و سیستم درهم تنیده شده است

فرآیند انتگراسیون شده : - انعطاف پذیری این فرآیند کم است - چون تغییر کوچک در فرآیند باعث تغییر همه انتقال حرارت در آن فرآیند می شود و دوباره باید انتگراسیون شود.در حالیکه در فرایند انتگراسیون نشده انعطاف پذیری بسیار بالاتر است چون نیازها را از امکانات برطرف نمی کنیم و از هم جدا هستند

فرآیندهای انتگراسیون نشده نوعی از فرآیندها هستند که نیازهای آن از بیرون - واحد های پشتیبان کننده - تامین می شود. و فرآیند کاملاً انعطاف پذیری است مثلاً با افزایش دبی و یا تغییر دما فقط میزان تقاضای ما از واحدهای پشتیبان افزایش یا کاهش می یابد

در فرآیند انتگراسیون شده به خاطر در هم تنیدگی بخش های مختلف فرآیند انعطاف پذیری کاهش می یابد، پس بین انتگراسیون و بدون انتگراسیون یک حد مجاز وجود دارد و نباید فرآیند را بیش از اندازه پیچیده کرد. و این فن مهندسی است که مرز این حد مجاز را به ما نشان می دهد

وقتی انتگراسیون انجام می دهیم، از یک جریان گرم و یک جریان سرد در یک مبدل گرمائی فرآیند-فرآیند بهره می بریم و از گرمای یک جریان برای رفع نیاز جریان دیگر استفاده می کنیم پس این نوع مبدل ها فقط هزینه ساخت دارند. اما وقتی برای گرمایش و سرمایش از واحدهای پشتیبان کننده بهره می بریم هم هزینه های ساخت داریم هم هزینه های جاری

انتگراسیون حرارتی یک روش برای حداقل نمودن مصرف انرژی بر اساس معادلات ترمودینامیکی می باشد - بلک، . - 2012 این هدف با بهینه نمودن سیستم های بازیابی حرارتی، روشهای تامین انرژی فرایند و شرایط عملکرد آن حاصل می شود.این تکنولوژی به نام های انتگراسیون حرارتی، انتگراسیون انرژی یا انتگراسیون تکنولوژی پینچ نیز معروف است. تکنولوژی پینچ در طراحی شبکه مبدل های حرارتی حداقل مصرف انرژی را تضمین می کند.

آنالیز اگزرژی از قوانین اول و دوم ترمودینامیک بهره می گیرند تا بتواند جریان اگزرژی را در سیستم محاسبه و نیز اجزاء غیر بهینه را مشخص کند. اما متاسفانه این روش راه حل عملی جهت جلوگیری از تلفات اگزرژی ارائه نمیدهد - بلک، . - 2012 از سوی دیگر تکنولوژی پینچ یک روش کلی جهت طراحی فرایند ها محسوب می شود که توانایی هدف گذاری بیشترین اصلاحات ممکن قبل از طراحی و شبیه سازی نهایی را دارا می باشد

.اما نقطه ضعف این روش زمانی نمایان می گردد که از آن در سیستم های تولید نیرو استفاده شود، بنابراین روش جدیدی برای غلبه بر ضعف های دو روش فوق توسعه یافته است که آنالیز ترکیبی پینچ و اکسرژی نامیده می شود. این روش جدید می تواند برای بهینه سازی سیستم هایی چون نیروگاه به کار گرفته شود. بعضی از پالایشگاه ها در حال اجرای تکنیکی خاص به نام هیدروژن پینچ هستند تا بتوانند با اجرای یک مدیریت کارامد روی هیدروژن و منابع مختلف تامین آن میزان هزینه های سرمایهگذاری را به حداقل برسانند و با صرفهجویی در این هزینههای کاهش یافته به سود اقتصادی در کوتاه مدت نیز دست یابند

در این روش قانون اول ترمودینامیک برای محاسبه تغییرات آنتالپی در جریان گذرا از یک مبدل حرارتی استفاده می شود و قانون دوم جهت جریان گرما را مشخص می کند. در طراحی سنتی، اول فرایند طراحی می شود و توسط موازنه جرم و حرارت دماها و دبی جریانها تعیین می شود. سپس طراحی سیستم بازیابی حرارتی کامل می شود و در نهایت موارد باقیمانده تعیین می شوند. هر کدام از این مراحل به طور مستقل از سایر انجام می شود.اما در طراحی پینچ، انتگراسیون فرایند با استفاده از تکنولوژی پینچ قبل از طراحی بازیابی حرارتی شبکه برای حداقل کردن مصرف انرژی راه حل ارائه می دهد. محدودیت های سیستم بازیابی حرارتی و تجهیزات بعدا در نظر گرفته می شوند. طراحی پینچ فرصت های بهینه کردن فرایند و بهبود انتگراسیون حرارتی را مشخص می کند،این روش به بهینه کردن تجهیزات انتقال حرارت در طول طراحی آنها کمک می کند

مسئله تحقیق

در واحد 103 فازهای 2و3 میدان گاز پارس جنوبی روزانه 38120 بشکه میعانات گازی گرفته شده از چاههای گاز را تا رسیدن به RVP - معیاری از کیفیت محصول تثبیت شده در واحدهای تثبیت میعانات - ، 57 کیلوپاسکال تثبیت و صادر می نمایند. این واحد مشتمل بر چند جداکننده 2 یا 3 فازی، تعدادی مبدل حرارتی و یک برج تقطیر می باشد. قلب این فرآیند برج تثبیت کننده می باشد که در 19 سینی عملیات تثبیت به روش جز به جز صورت می گیرد. محصولات اصلی واحد 103 عبارتند از:

.1 میعانات تثبیت شده که از ریبویلر خارج شده و صادر می شوند

.2 گاز ترش که از جدا کننده بالای برج - رفلاکس درام - خارج می شود - بخش عمده هدر رفت مربوط به این جریان است -

مسئله مورد مطالعه در این پروژه بر روی عملکرد نامناسب چگالنده برج C-101 می باشد، در روند فعلی دمای کندانسور - کندانسور برج از نوع کاملا برگشتی است - برابر با 55 درجه سانتیگراد می باشد.[4] کندانسور برج تثبیت واحد 103 کولر هوائی A-104 است - شکل - 1 که با توجه به دمای محیط - بخصوص فصول گرم سال - قادر به چگالش مناسب بخار بالاسری برج نبوده و این عدم چگالش مناسب خود را بصورت:

اولا: عدم جداسازی آب از بخار بالاسری ثانیا: هدر رفت میزان قابل توجهی از میعانات گازی در گاز ترش تولیدی

شکل.1 شماتیک شبیه سازی واحد 100 فازهای2و3 شرکت مجتمع گاز پارس جنوبی

انتگراسیون برج تثبیت کننده و افزایش تولید میعانات گازی

اصلاح عملکرد برج تثبیت کننده C-101 به روش طراحی انتگراسیون به ترتیب زیر می باشد:

.1 شبیه سازی و طراحی فرآیند با نرم افزار تجاری :Aspen HYSYS در این مرحله واحد100 فازهای 2و3 با در نظر گرفتن کلیه جزئیات و با استفاده از اطلاعات عملیاتی شرکت سازنده شبیه سازی و مدل گردید - شکل. - 1

.2 بررسی فرآیند از دید انتگراسیون: در این مرحله نیازها و امکانات فرآیندی شناسائی خواهند شد - در این پروژه نیاز فرآیندی را نیاز سرمایشی از نوع چگالش بخارات بالای برج C-101 و امکانات فرآیندی را می توان دمای پائین میعانات خام بیان نمود -

.3ارائه مدلی جهت اصلاح برج :C-101 در این قسمت در پی شناخت نیازها و امکانات فرآیندی استفاده از مبدل گرمائی فرآیند-فرآیند جهت تبادل انرژی و حذف انرژی های مستقیم، پیشنهاد می شود.

.4 استعلام امکانپذیری مدل اصلاحی با استفاده از روش :Energy Analysis در این بخش با استفاده از قراردادهای آنالیز انرژی که برای جریان های گرم و سرد تعریف شده است به بررسی امکانپذیری مدل تعریف شده خواهیم پرداخت

.5 شبیه سازی مجدد فرآیند مورد مطالعه براساس سناریو تعریف شده در مرحله3 و تحلیل نتایج: در این مرحله با استفاده از نرم افزار Aspen HYSYS مدل تعریف شده در مرحله3 در فرآیند اعمال می شود

.6 مقایسه فرآیند فعلی و فرآیند اصلاح شده: در این قسمت به مقایسه فرآیند اصلاح شده با فرآیند فعلی خواهیم پرداخت

جدول.1 مقایسه فرآیند فعلی و فرآیند اصلاح شده