در این مطالعه برج تثبیت یکی از پالایشگاههای گاز کشور شبیه سازی و تعادلات فازی روی هر سینی برج توسط معادله حالت PR بررسی شده است . خوراک این واحد شامل 36 جزء می باشد که در دو محل مختلف وارد برج می شود. حدود 75% کل خوراک برج بعد از گرم شدن در محل سینی ششم و 25% باقی مانده با همان درصد ترکیب شاخه اول ولی به صورت سرد در محل سینی اول وارد می شود. در ابن مطالعه محاسبه خصوصیات ترمودینامیکی برج تثبیت مایعات گازی انجام گرفته است و سپس با استفاده از این شرایط ترمودینامیکی RVP مایعات تولید شده دربرج در محدوده 6 تا 12 psia حاصل می شود که مقدار مطلوب در پالایشگاه می باشد. این مطالعه شامل برقراری موازنات جرم و انرژی روی هر سینی و کل برج است. برای این منظور موازنه جرم برای هر کدام از اجزاء خوراک که 36 جزء می باشد روی هر سینی به طور جداگانه نوشته شد و با کوپل کردن این معادلات با معادلات تعادل بخار مایع روی هر سینی مجموعا 3848 معادله به طور همزمان حل شده است.
واژه های کلیدی: تعادل فازی- ترمودینامیک- برج تثبیت- شبیه سازی
امروزه به یاری روشهای عددی و ریاضیات کاربردی، شبیه سازی کامپیوتری فرایند های تولیدی جهت تعیین خصوصیات ترمودینامیکی و غیره در آنها کمک شایانی به پیشرفت علوم و طراحی های صنعتی نموده است. از جنبه های قابل توجه شبیه سازی کامپیوتری فرایند های تولیدی جنبه اقتصادی آنهاست. چرا که استفاده از این روش نیاز به ساخت واحدهای نمونه کوچک جهت بررسی رفتار یک سیستم را منتفی می کند. و همچنین با روشن نمودن تاثیر پذیری سیستم از پارامترهای عملیاتی ترمودینامیکی بدون آنکه نیازی به تغییرات عملی در واحدهای موجود باشد امکان پیش بینی رفتار سیستم را میسر می نماید. با توجه به این مطالب شبیه سازی واحدهای مختلف فراورش گاز از جمله برج تثبیت جهت تعیین شرایط ترمودینامیکی آن حائز اهمیت است.
می توان اهداف اساسی این مطالعه را به صورت زیر بیان نمود:
1.تعیین شرایط ترمودینامیکی برج تثبیت پالایشگاه گازی جهت RVP در محدوده 6 تا 12 Psia .
2. تعیین شرایط تثبیت مایعات با جدا سازی گازهای سبک و مواد فرار
از آنجا که میعانات گازی محصولات بسیار با ارزشی هستند بنابراین تثبیت مایعات یکی از کارهای اساسی در پالایشگاههای نفت و گاز است که در اکثر پالایشگاههای کشور به دلیل تنظیم RVP انجام میگیرد.
شبیه سازی برج تثبیت جهت تعیین شرایط ترمودینامیکی پالایشگاه فراشبند بطور مبتدی با استفاده از نرم افزارهای Hysys و Chemcad قبلا انجام گرفته است که در اینجا به نارسا ئیهای موجود در این شبیه سازی اشاره میشود:
شبیه سازی واحد 300 با Hysys :
چون این برج فقط دارای جوش آور است بنابراین فقط نیاز به یک مشخصه (Specification) دارد. با توجه به اینکه هدف این برج تنظیم RVP مایعات گازی بین 6 – 12 Psia است، بنابراین RVP مایعات خروجی از جوش آور به عنوان مشخصه این برج در نظرگرفته شد. نکته مهم در استفاده از RVP محصول این است که دمای محصول خیلی کمتر از دمای طراحی به دست می آید؛ و اگر دمای طراحی به عنوان مشخصه استفاده گردد، RVP محصول خروجی خیلی کمتر از 6 Psia می شود.
شبیه سازی واحد 300 با CHEM CAD :
مساله ای که در شبیه سازی این واحد با ChemCAD وجود داشت این بود که امکان وارد کردن RVP محصول پایین برج به عنوان مشخصه وجود نداشت. بنابراین دمای جوش آور به عنوان مشخصه استفاده گردید. نکته جالب این است که در ChemCAD در دماهای پایین تر از 220 oC برای جوش آور برج به جواب نمی رسد؛ بنابراین با دمای جوش آور برابر با 220 oC ، برج تثبیت شبیه سازی شد.
پالایشگاه فراشبند به منظور فرآورش mmscfd 1400گاز میادین آغار و دالان در جنوب استان فارس احداث شده است. به طور کلی یکی از اهداف اصلی در راه اندازی پالایشگاه دالان، جداسازی مایعات گازی از گازهای ارسالی از حوزه دالان و تثبیت آنها می باشد، که برای این منظور، واحدهای مختلفی در این پالایشگاه پیش بینی شده اند. از جمله مهمترین این واحدها عبارتند از:
- واحد 4500 : محفظه های دریافت توپک
- واحد 100 : لخته گیرهای آغار و دالان
- واحد 200 : تفکیک کننده های ورودی و سیستم نم زدایی
- واحد 300 : تثبیت مایعات گازی
- واحد 600 : کنترل نقطه شبنم هیدروکربنی
از آنجاییکه این مطالعه فعالیت های انجام شده در تثبیت کننده( Stabilizer) را شامل میشود لذا از توضیح بقیه قسمتهای پالایشگاه خودداری می شود و فقط به توضیح کامل واحد 300 اکتفا میشود.
همانگونه که در شکل 2 ملاحظه میشود مهمترین دستگاههای واحد 300 عبارتند از:
1- V-3.01: تانک جدا کننده مایع از گاز و آب
2- E-3.03 : مبدل حرارتی برای گرم کردن جریان F1
3- T-3.01: برج تثبیت مایعات گازی
4- E-3.01 : مبدل حرارتی کتری (Kettle) برای جدا کردن بخش سبک از خروجی پایین برج
5- E-3.02 : کولر هوایی برای خنک کردن مایعات ورودی به تانک ذخیره غیر استاندارد (مایعاتی که به فشار مورد نظر نرسیده اند)
6- TK-3.02 : تانک ذخیره مایعات غیر استاندارد
7- Tk-3.01 A/B : تانک ذخیره مایعات تثبیت شده
چنانکه از توضیحات فوق ملاحظه میشود برج T-3.01 بعنوان قلب این واحد عمل میکند و سایر دستگاههای ذکر شده در بالا تاثیر چندانی در عملیات شبیه سازی ندارند و این مطالعه بیشتر بر روی برج مذکور متمرکز گردیده.
مایعات گازی استحصالی از واحدهای 100 و 200 جهت تثبیت و کاهش فشار بخار به واحد 300 ارسال می گردند. در این واحد، ابتدا مایعات گازی وارد مخزن تبخیر آنی می شوند که در این مخزن عملیات جدا سازی گاز از مایعات گازی انجام می پذیرد و گازهای حاصله به واحد سوخت گازی ارسال می شوند، آب در Boot مخزن جمع می شود و مایعات گازی خارج شده توسط دو شاخه به برج تثبیت ارسال می شوند. شاخه اول حدود 75 درصد مایعات گازی را تشکیل می دهد که این مایعات توسط تلمبه های تغذیه به برج تثبیت ارسال میگردد. در مسیر ارسال این مایعات یک مبدل حرارتی درجه حرارت مایع را به حدود 122 درجه سانتیگراد می رساند.
مایعات گازی گرم شده پس از عبور از شیر کنترل که در جهت کنترل سطح مایعات در مخزن تبخیر(v_3.01 ( عمل می نماید به روی سینی ششم برج تثبیت (T-3.01) می ریزد. شاخه دوم حاوی حدود 25 درصد خوراک ورودی می باشد که به حالت سرد بر روی سینی شماره یک می ریزد.
برج تثبیت مایعات گازی (T-3.01 ) از دو قسمت تحتانی و فوقانی تشکیل یافته که دارای قطرهای متفاوت می باشد. قسمت فوقانی شامل 15 سینی از نوع دریچه ای می باشد. قسمت تحتانی برج تثبیت محل جمع آوری مایعات بوده که این قسمت مجهز به نشانگر سطح مایع و کنترلر سطح و سوئیچهای مربوط به سطح کم و زیاد می باشد.
به منظور کنترل درجه حرارت قسمت تحتانی روی سینی سیزدهم کنترلر درجه حرارت در نظر گرفته شده است که با تغییر میزان جریان روغن داغ در باز جوش آور ، درجه حرارت را کنترل می کند.
مواد سبک و فرار مایعات گازی ورودی در برج تثبیت جدا گردیده و بصورت گاز از بالای برج خارج می گردد. این گاز به عنوان گاز سوخت در پالایشگاه مورد استفاده قرار می گیرد. در قسمت تحتانی برج تثبیت که محل جمع آوری مایعات است مایعات از انتهای برج خارج شده و وارد باز جوش آور می شوند. در بازجوش آور در اثر تبادل حرارت با روغن داغ که در لوله های آن جریان دارد، گرم شده و مواد سبک و فرار مایعات گازی، تبخیر شده و از قسمت فوقانی پوسته خارج و وارد قسمت تحتانی برج می گردد.
باز جوش آور از نوع کتری می باشد و در لوله های آن روغن داغ جریان دارد و حرارت خود را به مایعات گازی ورودی می دهد. مایعات گازی تثبیت شده حاصله توسط لوله ای از بازجوش آور خارج می شوند و وارد پوسته میگردد.
میزان مایعات گازی تولیدی در تابستان و زمستان به ترتیب 60271 و63151 کیلوگرم در ساعت برآورد گردیده است.حداکثر فشار بخار مایعات تثبیت شده 12Psia معادل 0.9 بار مطلق در 37.8 درجه سانتیگراد می باشد. بر اساس طراحی انجام شده برای واحد 300 میزان فشار بخار محصول نهایی میتواند تا معادل 0.78 بار مطلق پایین آورده شود.
تغییرات فشار بخار در مقابل تغییر درجه حرارت بر اساس نوع فرایند بکار برده شده در واحد 300 جرئی است. و تغییر مشخصات مایعات گازی خوراک این واحد در فصول مختلف سال تاثیری بر راندمان بهره برداری از این واحد نخواهد داشت.
2- مدل ریاضی برج تثبیت:
برای شبیه سازی واحد تثبیت نه تنها لازم است موازنه کلی جرم و انرژی برای برج نوشته شود بلکه بایستی موازنه اجزا (36 جزء)نیز بطور جداگانه نوشته شود. همچنین برای تکمیل معادلات حاکم ناگزیر هستیم که موازنه انرژی و مواد را در هرکدام از سینی ها از جمله سینی هایی که خوراک وارد می شود و در باز جوش آور اعمال کنیم .
علاوه بر اعمال اصول بقای جرم و انرژی در محل های مختلف واحد تثبیت لازم است برای محاسبات تعادل فازی از یک معادله حالت استفاده شود که در این تحقیق از معادله حالت PR Modified استفاده شده است. در نهایت معادلات حاصل را بایستی به طور همزمان حل کرد.
شامل 13 صفحه فایل word قابل ویرایش
دانلود تحقیق تعییین شرایط ترمودینامیکی برج تثبیت پالایشگاه گاز
در این مقاله ی کاربردی با فرمت Pdf مطالعه رفتار ترمودینامیکی حاصل از جوشکاری لب به لب ورقه های آلومینیومی آلیاژ 7075 مورد تحقیق و پژوهش قرار گرفته است