عنوان پایان‌نامه
طراحی و بهینه سازی سامانه های کنترلی چرخه های تبرید فرایند مبرد آمیخته چند مرحله ای در تولید گاز طبیعی مایع
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی – فرآوری و انتقال گاز
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1548.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 67014
- تاریخ دفاع
- ۲۷ دی ۱۳۹۳
- دانشجو
- طلیعه رمضانی
- استاد راهنما
- مهدی مهرپویا
- چکیده
- امروزه فناوری LNG (مایع‌سازی گاز) به‌عنوان راهکاری بسیار اقتصادی و قابل اطمینان در زمینه انتقال گاز مطرح است. در این پژوهش فرآیند مبرد آمیخته چند مرحله‌ای (Mixed Fluid Cascade) یا MFC که یکی از فناوری‌های تولید LNG است، مورد مطالعه قرار می‌گیرد. این فناوری به دلیل داشتن سه چرخه تبرید و همچنین استفاده از مبردهای آمیخته دارای راندمان ترمودینامیکی بالا و مصرف انرژی کم در کمپرسورهای آن در عین بالا بودن ظرفیت تولید است. به‌منظور انجام مطالعات مورد نظر، این فرآیند ابتدا به کمک نرم‌افزار Aspen HYSYS در حالت استاتیک شبیه‌سازی شده است. در این حالت میزان مصرف ویژه انرژی فرآیند برابر kWh/kg LNG 2647/0 می‌باشد. در فرآیند MFC، مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای پره‌دار و لوله مارپیچی از تجهیزات اصلی هستند که نرم‌افزار HYSYS قادر به شبیه‌سازی دقیق آنها در محیط دینامیک نمی‌باشد؛ از اینرو این مبدل‌ها با مبدل‌های متداول پوسته و لوله جایگزین گشته و پس از آن اندازه کلیه تجهیزات موجود در فرآیند تعیین شده است. سپس دو سامانه کنترلی برای فرآیند طراحی شده است که در ساختار کنترلی (I) از کنترلرهای آبشاری و در ساختار کنترلی (II) از کنترلرهای پَس‌خور برای کنترل دبی مبردها استفاده می‌شود. پس از طی این مراحل، شبیه‌سازی دینامیک فرآیند صورت گرفته و عملکرد کنترلرها بررسی شده است. با شبیه‌سازی دینامیک، مصرف ویژه انرژی فرآیند در هر دو ساختار کنترلی (ساختار (I) برابر 2574/0 و در ساختار (II) برابر 2626/0) کاهش می‌یابد که مبیّن آن است این سامانه‌ها عمل کنترل متغیرهای فرآیندی را به درستی انجام می‌دهند. سپس تغییرات در دبی و دمای خوراک ورودی به‌عنوان اغتشاش به سامانه وارد شده تا عملکرد سامانه‌های کنترلی و پایداری فرآیند بررسی گردد. در نهایت بهینه‌سازی عملیاتی فرآیند در دو حالت استاتیک و دینامیک انجام شده است تا با تنظیم متغیرهای فرآیندی، مصرف ویژه انرژی در فرآیند کاهش یابد. با انجام بهینه‌سازی، مقدار مصرف ویژه انرژی فرآیند در حالت استاتیک حدود %77/8 و در حالت دینامیک برای ساختار کنترلی (I) به میزان %95/6 و برای ساختار کنترلی (II) حدود %81/7 بهبود می‌یابد.
- Abstract
- Today, LNG technology (gas liquefaction) is a very economical and reliable strategy in gas transmission. Mixed Fluid Cascade or MFC process is studied in this project. This technology due to three refrigeration cycles and the use of mixed refrigerants has high thermodynamic efficiency and low power consumption of compressors in the same high production capacity. First the MFC process is simulated in the steady state mode by Aspen HYSYS software. The specific energy consumption (SEC) of the process is 0.2647 kWh/kg LNG. In the MFC process, plate fin and spiral wound heat exchangers are the main equipment which HYSYS software can’t simulate them accurately in the dynamic mode, so this equipment was replaced by conventional shell and tube heat exchangers, and then size of all of the equipment in the process was determined. Next two control systems, cascade controller as control structure (I) and feedback controller as control structure (II), are designed to control the flow of refrigerants. Next the dynamic simulation was done and the performance of controllers were investigated. By dynamic simulation, specific energy consumption is reduced in both control structures (Structure (I) = 0.2574 and Structure (II) = 0.2626), that means these control systems can control the process properly. To check the performance and stability of the control systems, the change in the flow rate and temperature of the feed is imported as disturbances to the system. Finally, process optimization is performed in both steady state and dynamic modes to reduce the specific energy consumption by adjusting the process variables. By optimization specific energy consumption is decreased about 8.77% in the static mode. The improvement in the dynamic mode is about 6.95% for the control structure (I) and 7.81% for the control structure (II).
