بازیافت گاز هاي ارسالي به فلر درپالايشگاه ها

بازیافت گاز هاي ارسالي به فلر درپالايشگاه ها

 

مقدمه

درعرصه رقابت جهاني ودرراستاي توليدبيشتر،هزينه كمتر،صنايعي موفق خواهندبودكه دراين رقابت باتحقيقات ومطالعات بيشتر،موفق به يافتن راهكارهايي جهت جلوگيري ازاتلاف درمصرف انرژي وجلوگيري ازآلودگي محيط زيست گردند. صنايع پالايش نفت،گازوپتروشيمي نيزكه بعنوان يكي ازمصرف كننده هاي عمده انرژي محسوب مي شودازاين امرمستثني نميباشد. دراغلب فرآيندهاي شيميايي مانندپالايشگاههاي نفت ،گازوپتروشيمي،يكي ازابزارهاي ايمني وكنترل فشار،شبكه رهاسازي گازهاست كه درآخرين قسمت اين شبكه، برج فلرقراردارد. درادامه به توضیحاتی مرتبوط به بازیافت گاز هاي ارسالي به فلر میپردازیم.

دراين شبكه گاز هاي اضافي پس ازجمع آوري ازواحدهاي مختلف به سمت برج فلرفرستاده ميشودتاسوخته شوند. حجم زيادي ازاين گاز هاازارزش سوختي بالايي برخورداربوده ودربرخي مواردميتوان ازآنهابعنوان خوراك واحدهاي مختلف نيزاستفاده كرد. سوزاندن اين گازهادرفلرعلاوه برايجادمشكلات زيست محيطي مثل انتشارگازهاي گلخانه اي ،انتشارآلاينده هاي هوا،صداوبوي نامطبوع به نوعي هدردادن منابع اقتصادي نيزبه حساب ميايند. ازآنجاكه اصلي ترين راه اتلاف انرژي درپالايشگاه هاهمين سيستم فلرينگ بوده وعمدتابيشترين ميزان آلاينده هاي زيست محيطي نيزازهمين سيستم متصاعدميگردد،توجه به بهينه سازي عملكردواصلاح اين بخش ازاهميت بسزايي برخورداربوده وهست.

باآنكه هدف ازطراحي فلرايجادامنيت وايمني براي مجموعه واحدهاوكاركنان دربرابرخطرات احتمالي ناشي ازافزايش فشاروشعله ورشدن گازهاي پرفشاراست،امادرعوض اين سيستم به ميزان زيادي آلودگي زيست محيطي مانندNOXوSOXوگازهاي گلخانه اي مثلCO2وCOونيزهيدروكربنهاي نسوخته ايجادنموده ومقدارزيادي انرژي رانيزازبين مي برد. تابه امروزروشهاوراهكارهاي گوناگوني جهت كاهش ويا بازیافت گاز هاي ارسالي به فلرارائه گشته كه عمدتابرروي اصلاح واحدهاي توليدكننده گازهاويادرخودسيستم فلرينگ موجودصورت مي گيرد. اماميتوان باتوجه به توجيهات اقتصادي،به كمك تكنولوژي مولدهاي مقياس كوچك وسيستم بازيابي گازهاي ارسالي به فلرازگازهاي فلرينگ پالايشگاه استفاده نموده وازاين طريق انرژي الكتريكي توليدنمود. پيرواين فرآيندآلودگي ناشي ازسوختن گازهانيزبطوربسيارمحسوسي كاهش خواهديافت. سيستم توليدبرق ازگازهاي فلرينگ علاوه براين مزاياي ديگري نيز داردكه ازآن جمله ميتوان به :كاهش هزينه سوخت مصرفي،كاهش شعله آشكار – كاهش مصرف وهزينه تأسيسات مرتبط باسيستم فلرينگ و…اشاره نمود.

طراحي سيستم

اين بخش شامل چهار قسمت عمده مي باشد (جهت بازیافت گاز):

  1. آناليز گازهاي فلر
  2. فشرده سازي گاز فلر
  3. انتقال گاز بازيافتي به واحدهايDG
  4. طراحي وانتخابDG

آناليز گاز هاي فلر

مهمترين نكته درطراحي سيستم توليدبرق از گازهاي فلر آن است كه حضورسيستم DG دركنارسيستم فلرينگ موجود،خدشه اي درعملكرد اضطراري سيستم فلرينگ ايجادننمايد. لذاباتوجه به اين نكته اطلاعات وداده هاي موردنيازجهت طراحي سيستم انجام مي گيرد. چون ساختارDG دراين پروژه به گونه ايست كه ازموتورهاي گازسوز ازنوع سوخت فلرسوزاستفاده مي گردد،لذاميبايست آناليزكلي از گاز هاي فلر ونيزخودسيستم فلرينگ دراختيارباشدوبا توجه به نتايج چنين آناليزي مقاديرمتغيرهاي موردنظرجمع آوري گردد. ازآنجا كه خواص عمومي جريان خط لوله اصلي سيستم فلرينگ ازجمله شدت جريان،دما،فشاروتركيب درصدو …… بشدت متغيرميباشدلذابه يك الگوي خاص جريان وخواص آن موردنياز خواهدبودتامقدارحداقل مشخصات گاز موردنيازDG فراهم گردد.

باتوجه به اين موضوع درقدم اول درطي چندين هفته وضعيت اين جريان به طوركامل اندازه گيري وثبت مي گردد. وبطورهمزمان تركيب درصدنمونه هاي بدست آمده نيزبايدتوسط آزمايشگاه مستقردرپالايشگاه مشخص گردد. جدول ۱ تركيبات موجوددريك نمونه رانشان ميدهد.

C:\Users\MT\Desktop\میزان ترکیب موجود درنمونه گازفلر پالایشگاه نفت شیراز.png

 

فشرده سازي گاز ها

پس ازپشت سرنهادن مرحله اول سيستمي خاص جهت فشرده سازي و بازیافت گاز ارائه گرددوازلحاظ تكنولوژي هاي موردنياز، هزينه هاي احتمالي موردارزيابي قرارگيرد. بطورخلاصه ميتوان مواردزيرراكه دراين مرحله بايدموردتوجه قرارگيردرابيان نمود.

  • هزينه تغييرات احتمالي درسيستم فلرينگ موجود
  • هزينه تجهيزات موردنياز(خصوصاكمپرسور)
  • هزينه عمليات وتعميرات

براي فشرده ساختن گازهاوطراحي واحد بازیافت گاز ارسالي به فلر، معمولاازكمپرسورهاي داراي چرخه مايع ويا كمپرسورهاي رفت وبرگشتي استفاده ميكنند. مزيت كمپرسورهاي داراي چرخه مايع خنك شدن گازها درهنگام كمپرس شدن توسط انتقال حرارت گازبامايع داخل كمپرسور (معمولا آب)مي باشد. درصورت تمايل به جداسازي سولفيد هيدروژن ازگازهاي فلرميتوان ازآمين بجاي آب دراين كمپرسورهااستفاده كرد. كمپرسورهاي رفت وبرگشتي رابسيارراحتترازكمپرسورهاي باچرخه مايع ميتوان خريداري كرد. همچنين تهيه لوازم يدكي، تعميرات ونگهداري اين نوع ازكمپرسورها راحتترميباشند. درصورت استفاده ازكمپرسورهاي رفت وبرگشتي بايدبه اين نكته توجه كردكه درصورت افزايش دمابيش ازحدمجازامكان انفجاروجوددارد. بنابراين جهت بالابردن ايمني بهتر است ازكمپرسورهاي باچرخه مايع استفاده كرد. يكي ازسيستمهاي معروف دراين زمينه FGRS ميباشد. شماي سيستمFGRمورداستفاده درفلردرشكل۱نمايش داده شده.

شمای کلی سیستم FGR

 

مهمترين قسمتFGRS،كمپرسورميباشد. كمپرسورانتخاب شده بنامLIQUID RING COMPRESSORبعنوان مناسبترين كمپرسورجهت عملكرددرسيستمFGRميباشد. اين نوع كمپرسورهادرشرايط دوفازي گاز/مايع عمل نموده وباوروديك جريان مجزابه درون كمپرسوركه حاوي آب ميباشدعمليات تراكم گازدرحضورفازآبي نزديك به حالت ايزوترم باقي مانده وهمچنين بكمك نيروي گريزازمركزتوليدي دركمپرسورفازآبي دراطراف ديواره نوعي آب بندرا، نيزايجادميكند. شكل۲ساختاراين نوع كمپرسورهارانشان ميدهد.

کمپرسور مربوط به سیستم FGR

 

لازم به ذكراست كه اكثرپالايشگاه هاي كشورهاي پيشرفته جهان درچند سال اخيربه استفاده ازاين سيستم روي آورده اند. به همين علت توليدوعرضه اين نوع كمپرسورهاجهت استفاده انحصاري درسيستمFGRبشدت افزايش يافته.

نكته ديگري كه بايددرفشرده سازي گازمدنظرداشت اينست كه باتوجه به حجم بسيارزيادتركيبات مضرازجمله تركيبات گوگردي درجريان گازهاي بازيافت شده، تمامي تجهيزات وخطوط لوله موجوددرسيستم بايدازجنس مقاوم دربرابرخوردگي انتخاب گردند. نكته ديگراينكه، چون شدت جريان گازهاي ارسالي به فلربشدت متغيرميباشد،لذاگاه پيش ميايدكه ميزان جريان ورودي به سيستمFGRكمترويابيشترازحداكثرميزان طراحي گردد.

لذاجهت جلوگيري ازبروزمشكلات احتمالي اولاميزان حداكثرجريان طراحي سيستمFGRراكمترازحداكثرشدت جريان گازهاي ارسالي به فلردرنظرميگيريم وثانيابادرنظرگرفتن يك جريان بازگشتي ازخروجي گاز ازجداكننده فازي به سمت ورودي كمپرسورشرايطي رافراهم مياوريم كه درصورت كاهش بيش ازحدجريان ورودي به سيستم FGR اين جريان بازشده وگازهاي خروجي به سمت كمپرسوربازگردانده ميشودتاخللي به كاركمپرسورواردنگردد. ثالثاجريان مازادورودي سيستم FGR نيزهمواره به سمت سيستم فلرينگ موجودهدايت ميگردد.

انتقال گاز هاي بازيافتي بهDG

مهمترين مسئله دراين قسمت انتخاب جنس وقطر لوله هاست. باتوجه به وجود تركيبات مضرگوگردي درگاز،تمامي لوله هاواتصالات بايدازجنس مقاوم دربرابرخوردگي انتخاب گردند. قطر لوله نيزباتوجه به دبي و فشار گاز بازيافتي و….انتخاب ميگردد.

طراحي وانتخابDG

DGميتواندياتوربين گازي باشدويا موتورهاي گازسوز. باتوجه به اينكه راندمان الكتريكي توربينهاي گازي پايين ميباشد(بين%۳۰-۳۷) ازاينروانتخاب توربين گازي مقرون به صرفه نميباشد. عيب عمده ديگرتوربينهاي گازي،عدم قابليت كاركردآن باگازهاي فلرينگ ميباشد. لذاانتخاب توربين گازبراي چنين پروژه هايي كاملامنتفيست.

بسياري ازسازندگان باتجربه ومشهورموتورهاي ديزل گازوئيل سوز، درسالهاي اخيربه ساخت موتورهاي گازسوز روآورده اند. ميتوان حداقل بيست سازنده معروف اروپايي، امريكايي و ژاپني فعال دراين زمينه رانام برد. تعداد قابل توجه سازندگان اين موتورهاو رقابت بوجود آمده بين آنهامنجربه حصول شاخصه هاي فني جالب درطراحي و ساخت موتورهاي گازسوزشده است. ازآن جمله مي توان به راندمان بالا ، عمرطولاني ، پايين بودن آلاينده هاي زيست محيطي ،قابليت كاركردباگازهاي زباله-فاضلاب-فلر، پشتيباني و خدمات پس ازفروش خوب و هزينه پايين تعمير ونگهداري وقطعات يدكي اشاره كرد. بعضي ازاين موتورها مانندGUASCOR كه ساخت كشوراسپانيا ميباشد، قابليت كارباگازهايي كه تاميزان ۸۰۰ppm تركيبH2S رابه همراه دارد، داراميباشد.

برخي پارامترهاي اصلي يك موتور گازسوز كه درهنگام انتخاب بايستي مدنظرقرارگيردعبارتنداز:

۱-قدرت نامي ۲-نوع سوخت مصرفي و ميزان مصرف سوخت ۳-دور موتور و سيستم تنظيم دور ۴-سيستم خنك كنندگي ۵-دماي گازهاي خروجي ۶-راندمان همچنين بايستي در زمان سفارش موتور نوع گاز و آناليزتركيبات آن به سازنده اعلام گردد. سازنده هاي مختلف نرم افزارهايي براي محاسبه ميزان دقيق قدرت و راندمان موتور برحسب مشخصات تركيبات گازدراختياردارند.

بابررسي سوابق ومدارك سازندگان مختلف موتورهاي گازسوز،موتورهايGUASCOR براي استفاده درچنين پروژه اي (بازیافت گاز)مناسب ميباشند.

شكل ۳ نماي ظاهري ومشخصات فني اين موتورژنراتور رانمايش مي دهد.(موتور جهت استفاده در بازیافت گاز ارسالی به فلر)

نمای ظاهری موتور ژنراتور

 

شکل۴-مشخصات سوخت مورد استفاده دراين نوع موتورها را نشان ميدهد. همانگونه كه در كاتالوگ دستگاه نيز مشاهده ميفرماييد،قابليت استفاده اين دستگاه از گازهاي مختلف ذكر گرديده است.

 

مشخصات گاز مورد استفاده در موتورهای GUASCOR

 

البته ميتوان ازحرارت اين موتورژنراتورهااستفاده نمودوآنرابعنوان CHP به كاربردولي باتوجه به موقعيت وجايگاه فلرهاكه درفاصله نسبتادوري ازتجهيزات مصرف كننده گرماوبخار نصب گرديده، اين كارمقرون به صرفه نميباشد. باتوجه به ميزان گاز بازيافتي ازفلر، ميتوان ظرفيت مناسب موتور راانتخاب كرد. توان مكانيكي نامي موتوردرشرايط استانداردتوسط سازندگان آن اعلام ميشود. افزايش دماوافزايش ارتفاع ازجمله عوامل كاهش درقدرت تحويلي موتور ميباشند. ضرايب كاهش قدرت ناشي ازشرايط محيطي نيزتوسط سازنده محاسبه ميشود. براي داشتن ظرفيتهاي بالاتر،ميتوان تعدادي ازاين موتورژنراتورهارابصورت موازي، استفاده كرد. جهت انتقال برق توليدي ازDG هابه شبكه برق پالايشگاه،نيازبه ترانس افزاينده ولتاژميباشدكه درمحاسبات هزينه بايددرنظرگرفته شود. همچنين براي محاسبه شبكه الكتريكي ميتوان ازنرم افزارDIGSILENT استفاده نمود.

البته چون تأسيساتSEPERATORو واحدپساب صنعتي درنزديكي فلرقرارداردميتوان برق توليدي رابه اين واحدهامنتقل نمود،تاتلفات انتقال به حداقل برسد.

نكته اي كه درانتهاي اين بخش بايستي به آن اشاره كرداينست كه چنانچه يك واحدDG فقط متشكل ازيك دستگاه موتور-ژنراتورگازسوزباشدوبصورت كاملاًمستقل ومجزاتامين برق مصرف كننده هاي نزديك خودرابرعهده داشته باشدبدليل عدم وجودبرق شبكه، نيازي به پيش بيني سيستم سنكرونيزاسيون وكنترل بارنيست ولي ازآنجائيكه عموماًهرواحدDGمتشكل ازچندين دستگاه موتورژنراتورگازسوزميباشدومعمولاًيك واحدDGبه نزديكترين پست شبكه برق پالايشگاه متصل ميشودبايدحتماًواحدDGمجهزبه سيستم سنكرونيزاسيون جهت موازي نمودن موتورژنراتورهابايكديگروهمچنين موازي نمودن واحدDGبابرق شبكه باشد. درتابلوهاي سنكرونيزاسيون معمولاامكانات لازم جهت انجام عمليات سنكرونيزاسيون دو ياچندمنبع توليدي برق رابصورت دستي واتوماتيك فراهم مينمايند.

درسيستمهاي سنكرونيزاسيون اتوماتيك، عمليات سنكرونيزاسيون (ايجادشرايط سنكرون شدن واطمينان ازصحت آنها)بطوراتوماتيك وتوسط يك يونيت كنترل سنكرونايزرانجام ميشود.

درداخل اين سنكرونايزرعملياتVoltage Balancing،Frequency Balancing چك سنكرون وهمچنين اعمال فرامين لازم جهت تغييرولتاژوفركانس هريك ازدو منبع بطوركامل وبصورت اتوماتيك انجام ميشود.

محاسبات اقتصادي

اگر بخواهيم ميزان انرژي توليد شده رامحاسبه كنيم، بايد ديد حداكثر گازي كه ميتوان ازفلر بازيابي نمود، چقدر ميباشد. البته همانطور كه گفته شدميزان گاز ارسالي به فلرمتغير ميباشدوكم وزياد ميگردد. درحال حاضر نيزمحاسبه دقيق آن امكان پذير نيست. دربعضي مواقع گاز همراه باتركيبات سنگين ميباشدوگاه نيزهمراه باتركيبات سبك. اين مسئله درپالايشگاههاي نفت چشمگيرترميباشد. وپيدانمودن اوريفيسي كه مناسب هردو تركيب گاز باشد،ميسرنيست. البته اين مشكل بانصب سيستم FGR برطرف خواهدشد. زيرادرآنجافازمايع وگازازهم جداخواهدگرديد. وامكان قرائت هردوامكان پذيرخواهدشد. اين يكي ديگرازمحاسن اين طراحي ميباشد.

نتيجه

با توجه به شرايط بحران انرژي برق دركشور وآلودگيهاي زيست محيطي ناشي از گازهاي فلرينگ كه باعث ايجاد گازهاي گلخانه اي مي گردد؛انجام اين پروژه بسيار مقرون به صرفه مي باشد. زيرايا ميتوان برق توليدي رابه شبكه سراسري تزريق نمودويا باكم نمودن مصرف سوخت گازطبيعي درپالايشگاههاناشي ازكاركرد DG سوخت صرفه جويي شده راجهت توسعه نيروگاههاي كشورويااحداث توليدات پراكنده به كار برد. درادامه ترازتوليدومصرف طي سالهاي۸۴-۹۳ آورده شده است.

تراز تولیدومصرف طی سالهای 84 تا 93