فهرست مطالبعنوانصفحهفصل اول :اصول ترموديناميكي و مقدمات تعريف اكسرژي11- مقدمه2استفاده از مدلهاي هدف گذاري براي محاسبه بازده ديگهاي بخار و توربينها7نمايش شبكه انتقالي فرآيند كل91-1) هدف از يكپارچه سازي و تعيين سطوح بهينهء فشار111-2) معرفي فرآيند و سرويس هاي جانبي121-2-1) معرفي سيستم بازيافت حرارت و اثر آن بر سيستم سرويس جانبي151-2-2) معرفي فرآيند شيميايي161-3) نقش تعيين سطوح بهينه ي بخار سيستم سرويس جانبي در فرآيندكل16فصل دوم :انتخاب نوع توربين ها و ارائه ي معادلات مربوط به تغيير خواص فيزيكي و ترموديناميكي بخار با تغييرات دما و فشار222-1) بررسي مدلهاي مختلف براي انتخاب نوع توربين ها232-2) انتخاب روشهاي مناسب براي پيش بيني خواص فيزيكي در شرايط عملياتي مختلف242-2-1) ارائه ي معادلات براي حالت اشباع252-2-2) ارائه ي معادلات براي حالت فوق داغ27عنوانصفحهفصل سوم :نحوه تشكيل ابرساختار و ارائه مدل رياضي313-1) تعيين ابرساختار مناسب323-2) تعيين معادلات مربوط به ابرساختار341- مشخص کردن تابع هدف342- مشخص کردن متغيرهاي طراحي353- نوشتن معادلات35الف) موازنه هاي جرمي36ب) موازنه هاي انرژي36ج) کار توليدي توسط توربين ها37د) تأمين انرژي مورد نياز فرآيند373-3) مدل رياضي تعيين سطح فشار بهينه ي بخار در سيستم سرويس جانبي با درنظر گرفتن تغييرات خواص فيزيکي و ترموديناميکي بخار401- تعيين ابرساختاري مناسب با توجه به اطلاعات مسئله412- مشخص کردن اصولي يكسان براي نوشتن معادلات413- مشخص کردن تابع هدف444- مشخص کردن متغيرهاي طراحي و قيود مربوط به آنها445- معادلات لازم براي حل مدل456- اطلاعات مورد نياز50 عنوانصفحهفصل چهارم :بررسي شرايط و سناريوهاي عملياتي مختلف و بررسي نتايج حاصل از آنها521- سناريوي اول ( شرايط عمليات جاري سيستم توليد وتوزيع بخار )532- سناريوي دوم ( حذف اتلافها و تخليه به آتمسفر)583- سناريوي سوم ( استفاده از ظرفيت اضافي مولدهاي بخاري برق ( 3 مگاوات ))614- سناريوي چهارم ( خريدبرق موردنياز از شبکه سراسري )645- سناريوي پنجم ( استفاده از توربين توليد برق بجاي ايستگاه تقليل فشار بخار )69فصل پنجم :نتايج ، فوائد و ويژگيهاي مدلسازي انجام شده735-1) نتايج745-2) فوائد و ويژگيهاي استفاده از مدلسازي انجام شده75الف) فوائد75ب) ويژگيها75 فهرست جداول عنوانصفحهجدول 1-1، نسبت P/H متناسب در سيستم سرويس جانبي4جدول 1-2، نيازهاي خواسته شده از سيستم سرويس جانبي18جدول 1-3، شرايط عملياتي تجهيزات19جداول شماره (4-1) :سناريوي اول57جداول شماره (4-1) :سناريوي اول57جداول شماره (4-2) سناريوي دوم60جداول شماره (4-2) سناريوي دوم60جداول شماره (4-3) : سناريوسو64جداول شماره (4-4) : سناريوي چهارم68جداول شماره (4-4) : سناريوي چهارم68جداول(4-5) : سناريوي پنجم72 فهرست اشكال عنوانصفحهشكل 1-1،منحني تركيبي جامعي متشكل از منحني فرآيند و منحني تركيبي جامع موازنه شده6شكل 1-2 مشخصات ديگ بخار بر روي نمودار T-H8شكل شماره 1-3 ، ارائه شبكه انتقالي جريانهاي گرم فرآيند كل9شكل شماره 1-4 ، نمودار جریانی مصرف بخار درشركت پالايش نفت شيراز14شكل 3-1، ابرساختار يك فرآيند با منحني ترکيبي جامع مشخص33شكل شماره (4-1) :سناريوي اول56شكل شماره (4-2): سناريوي دوم59شكل شماره (4-3) : سناريوي سوم63شكل شماره (4-4) : سناريوي چهارم67شكل شماره (4-5) : سناريوي پنجم71فصل اول اصول ترموديناميكي و مقدمات تعريف اكسرژي 1- مقدمه تا كنون روشهاي رياضي و ترموديناميكي مختلفي براي بهينه سازي و طراحي سيستم سرويس هاي جانبي و انتخاب سطوح فشار خطوط اصلي بخار پيشنهاد شده است كه در سطور آينده به برخي از آنها اشاره مي گردد.يكي از مهمترين مسائل در طراحي سيستم سرويس هاي جانبي، انتخاب سطوح فشار خطوط اصلي بخار مي باشد. در سال 1977، نيشيو براي اولين بار موضوع انتخاب سطوح بهينه فشار خط اصلي بخار را مطرح كرد و يك روش جستجوي مستقيم را كه با حل همزمان معادلات كوپل شده بود، ارائه نمود]1[.سپس نيشيو و جانسون[1] يک روش ترموديناميکي را پيشنهاد کردند، در اين کار نيشيو و همکارانش از يک مدل LP نيز به منظور انتخاب بهينه وسايلوتجهيزات مورد استفاده در سيستمهاي توليد و توزيع بخار و توان و پيش بيني هزينه حداقل سرويسهاي جانبي (Utilities ) استفاده كردند. اين روش تلاش مي کرد وسايلي براي سرويس جانبي انتخاب کند که اتلاف انرژي در دسترس براي هر واحد را حداقل کند و گرداننده هاي مورد استفاده در فرآيند ( Drivers ) اعم از توربينها و موتورهاي الکتريکي را با استفاده از برنامه ريزي خطي (LP) بصورت بهينه مشخص كند. تجزيه و تحليل ترموديناميکي انرژي در دسترس، بر مبناي يک دسته از قوانين ابتکاري که براي تعيين ساختار کارخانه و شرايط طراحي به کار برده مي شد، صورت مي گرفت . اگر چه حداقل کردن اتلاف انرژي در دسترس به حداكثر کردن بازده کارخانه مي انجاميد، اما هزينه هاي سرمايه گذاري مربوط به واحدهاي سرويس جانبي در اين قسمت مورد توجه قرار نگرفته بود. همچنين يکي از نقاط ضعف چنين روشي اين بود که برخي تصميمات اصلي براي تعيين شکل کارخانه بر مبناي قوانين ابتکاري[2] بوده و در نتيجه ممكن است تعدادي از آلترناتيوهايي که شامل راه حل بهينه نيز باشند، را از دست بدهد. محدوديت مهم ديگر اين بود كه هزينه هاي سرمايه گذاري با ظرفيت ها ، مطلقاً خطي در نظر گرفته شده بودند و بنابراين افزايش توليد به منظور سرشکن کردن هزينه سربار[3] در اين مدل لحاظ نشده بود ]2[.پترولاس و ركلاتيس[4] يک روش تجزيه و تحليل براي سيستم سرويسهاي جانبي بر مبناي تجزيه اي از دو زيرشاخه كه با هم کوپل شده اند را پيشنهاد کردند. اولين زيرشاخه تعداد خطوط اصلي بخار بعلاوه فشار در هر خط اصلي را تعيين مي کرد و به عنوان يک برنامه ي پويا[5] که اتلاف انرژي هاي در دسترس را حداقل مي کرد، مدل شده بود. دومين زيرشاخه شامل انتخاب درايور بود و به عنوان يک LP با هدف حداقل کردن انرژيهاي ورودي (بخار و الکتريسيته)، فرمول بندي شده بود. به عبارت ديگر آنها يك روش برنامه ريزي پويا را براي بهينه كردن شرايط خط اصلي بخار به عنوان متغير هاي پيوسته و يك روش LP را براي تعيين مكان بهينة درايورها با هدف عمومي حداقل كردن اتلاف كار واقعي، به كار بردند. در اين روش چنين عنوان شده بود كه اگر نياز به وجود ديگ بخار باشد، اين ديگ بخار بايد در بالاترين سطح فشار، بخار توليد كند، زيرا کوپل کردن دو زيرشاخه در بازده درايورها و بار حرارتي ديگ بخار تأثير مي گذاشت. اما در مسئله بهينه سازي نياز به تخمين شرايط بخار با فشار خيلي بالا (VHPS)، دماي هر سطح بخار، بار حرارتي ديگ بخار، سرويس جانبي خنك كننده و كار محوري توليدي بوسيله شبكه توربين بخار در هر منطقه نيز مي‌باشد كه در اين روش لحاظ نشده است. محدوديت ديگر اين روش اين بود که هزينه هاي سرمايه گذاري واحدهاي کارخانه را به حساب نمي آورد و امکان استفاده از درايور توربينهاي گازي را در نظر نمي گرفت. همچنين ممكن است فرمول بندي LP براي مسئله انتخاب درايور در بعضي موارد مناسب نباشد، به عنوان مثال ممکن است توربينهاي بخاري با چند ورودي يا دو درايور مختلف (توربين بخار و موتور الکتريکي) انتخاب شود، اما اين مدل همان نياز کار و توان قبل را به دست مي‌داد ]3[. در راستاي استفاده از روشهاي ترموديناميكي، در سال 1982 براون[6] نشان دادكه هر سيستم سرويس جانبي ممكن است با نسبت توان به گرماي فرآيند (P/H) مشخص شود كه اين نسبت وابستگي ضعيفي به نوع سوخت مصرفي دارد. ( براي وسايل صنعتي عمومي ، نسبت P/H مورد نياز كمتر از دو درصد است . )]4[ جدول 1-1 نسبت P/H متناسب براي هر سيستم سرويس جانبي را نشان مي دهد. مطابق جدول صفحه بعد ، زمانيكه نسبت P/H بالا باشد از سيكل هاي تركيبي بخار-گاز استفاده مي شود؛ لازم به ذكر است كه پيچيده ترين نوع سرويس جانبي، سيكل هاي تركيبي بخار-گاز است. سيستم سرويس جانبينسبت P/Hسيكلهاي بخار2/0سيكلهاي توربين گازي ساده65/0سيكلهاي توربين گازي مولد85/0سيكلهاي تركيبي بخار-گاز1/1 جدول 1-1، نسبت P/H متناسب در سيستم سرويس جانبي اما موضوع مهم در اين كار مسئله طراحي و تجزيه و تحليل براي يافتن سيستمي است كه بتواند گرما و توان مورد نياز وسائل را با توجه به حداقل كردن مصرف انرژي و هزينه ي كل تأمين كند. روند كار چنين است كه نسبت توان به گرماي فرآيند براي وسايل، در يك مقدار مشخص شده، طراحي مي شود. به عبارت ديگر نيازهاي گرما و توان مورد نياز بايد به درستي تطابق داشته باشند، سپس مصرف گرما كه بوسيله گرماي خالص سوخت ورودي تعريف مي شود،بايد در نظر گرفته شود. از آنجا كه قيمت انرژي سيستم سرويس جانبي فاكتوري مهم در تجزيه و تحليل و توزيع قيمت سالانه مي باشد، در صورتيكه اين موضوع مورد توجه قرار نگيرد مقدار واقعي هزينه ي كل ارزيابي نخواهد شد.اما در راستاي استفاده از روشهاي رياضي، پاپولياس و گروسمن[7] در سال 1983 مسئله تركيبي توليد توان و گرما(CHP) را در زمينه يكپارچه سازي انرژي فرآيندهاي شيميايي، بررسي كرده اند .آنها مقالاتي در راستاي استفاده از برنامه ريزي رياضي براي چگونگي يكپارچه سازي شبكه سرويسهاي جانبي ارائه كردند. در اولين مقاله، سيستم سرويس جانبي در قالب يك ابرساختار مدل شده است و مي تواند با تأمين نيازها، بهينه شود. آنها براي بهينه سازي ساختار و پارامترهاي سيستم سرويس جانبي با نيازهاي ثابت توان و بخار، از يك روش MILP استفاده كردند. سيستم سرويس جانبي بهينه از يك ابرساختار بدست آمد و با استفاده از توازنهاي ساده ، مدل شد. كار بعدي آنها با احتساب تغييرات پيش بيني شده در نيازهاي فرآيند به شكل يك الگوي نياز سرويس جانبي چند مرحله اي توسعه يافت ؛ در دومين مقاله (پاپولياس و گروسمن، (1983)، بارهاي حرارتي ابرساختار سيستم سرويس جانبي ، متغيرهايي در فرمول بندي نمودار حرارت مي شوند كه محاسبه توليد تركيبي كار مكانيكي و حداقل انرژي مورد نياز را ممكن مي سازد و در سومين مقاله، مدلهاي سرويس جانبي و نمودار آبشاري گرما با يك روش MILP عمومي براي سنتز كل سيستم، يكپارچه مي شوند ]5،6 و 7[.