در گفتگو با مهندس مهدی گوگل، كارشناس مركز تحقیقات انرژی پژوهشگاه صنعت نفت تشریح شد؛

مدلسازی، شبیهسازی و بهینهسازی مصرف آب در پالایشگاهها
و مجتمع
های پتروشیمی

13/08/1390

دانش نفت: با توجه به رشد روزافزون جمعیت و توسعه صنایع كه افزایش بیش از پیش مصرف آب را به دنبال خواهد داشت اهمیت استفاده مجدد از پساب به عنوان منبعی قابل اطمینان بیشتر نمایان میشود. دانشمندان معتقدند آینده از آن كسانی خواهد بود كه بهترین استفاده را از آب كنند، بطوری كه در سالهای آینده دیگر شاهد جنگ نفت نخواهیم بود و شاید در آیندهای نه چندان دور شاهد جدال برای دستیابی به آب در جهان باشیم. از آنجا یكی از محورهای اصلی توسعه پایدار در صنایع مختلف استفاده بهینه از منابع است، در كشورمان نیز شاهد اجرای طرحهای مختلفی در راستای بهینهسازی منابع انرژی هستیم. مهندس مهدی گوگل، كارشناس برجسته مركز تحقیقات انرژی پژوهشگاه صنعت نفت، تاكنون مسولیت پروژههای متعدد بهینهسازی را در واحدهای پالایشگاهی، نیروگاهی و پتروشیمی كشور برعهده داشته است. گوگل وضعیت فعلی كشور را در صنایع utility (آب، برق و بخار) ممتاز ارزیابی میكند؛ وجود سازندگان بینالمللی نیروگاه، توربینهای گازی، دستگاههای آب شیرینكن در كشور را شاهدی بر این مدعا میداند. وی رمز موفقیت صنایع utility در كشور را توجه ویژه به ارتباط قوی صنعت و دانشگاه میداند به گونهای اكثر نفرات حاضر در این شركتها از قلب صنعت آمدهاند و ملاك جذب نیرو در این شركتها علم نانوشتۀ تجربه عملیاتی در كنار دروس دانشگاهی است. گوگل معتقد است؛ در فرآیندهای مختلف پالایشگاهی هم، در صورت توجه ویژه به تجربیات با ارزش عملیاتی و بهرهبرداری، این صنعت با جهشی چشمگیر از واردات تجهیزات و دانش فنی از خارج بینیاز خواهد شد. برای آگاهی از روند طرحهای اجرا شده از سوی پژوهشگاه صنعت نفت، با مهندس گوگل، به عنوان پژوهشگری كه مدیریت طرحهای مدلسازی، شبیهسازی را در پالایشگاههای نفت، گاز و مجتمعهای پتروشیمی برعهده داشته گفتگویی داشتهایم كه در ادامه میخوانیم.

جناب گوگل، با تشكر از وقتی كه در اختیارمان قرار دادید، لطفا در ابتدا درباره چگونگی پیدایش بحث بهینهسازی در صنعت توضیحاتی ارائه فرمایید.

بعد از جنگ جهانی دوم، برای اینكه سود خالص در پروژههای صنعتی افزایش پیدا كند و شركتها قادر باشند در دوره پیشرفتهای تجاری و صنعتی ادامه حیات دهند، رقابت شدیدی برای كاهش هزینههای بهرهبرداری كه از درآمد كم میشود آغاز شد. شایان ذكر است هزینههای بهرهبرداری به مواردی شامل (هزینه برق، آب، سوخت، تعمیر و نگهداری، حقوق پرسنل و...) كه از درآمد كارخانه كم میشود اطلاق میشود.

 به این ترتیب تحقیق دانشگاهها برای پیدا كردن راهكارهایی موثر جهت كاهش مصرف انواع سطوح یوتیلتی در صنایع و نیروگاهها آغاز شد. اكنون بیش از 60 سال است كه در غرب بر روی بهینهسازی و روشهای كاهش مصرف انرژی كار میشود. در طی این سالها ابزارها و روشها جدیدی اختراع شد، رشتههای جدیدی مانند مهندسی صنایع به وجود آمد و بهینهسازی در اشكال گوناگون وارد زندگی روزمره بشر شد. در كشور ما هم با تاخیر، حركت بهینهسازی در دانشگاهها آغاز شد، حركتی كه بدون توجه به دانش عملیاتی در صنایع شروع گردید و طبیعتا نتیجه مطلوبی در برنداشت. این امر باعث خدشهدار شدن اعتماد واحدهای صنعتی به مراكز تحقیقاتی در اجرای موفق طرحهای بهینهسازی شد.

چطور شد كه پژوهشگاه وارد عرصه بهینهسازی انرژی شد؟

در پژوهشگاه با زحمات مهندس كاظم كاشفی، مركزی به نام انرژی مستقر گردید كه رسالت اصلیاش بهینهسازی مصرف آب، انرژی، سوخت و بخار در صنعت نفت است، یعنی اقلامی كه اصطلاحا به utility معروف هستند. مركز تحقیقات انرژی پژوهشگاه از همان ابتدای كار با در نظر گرفتن اهمیت و نقش حیاتی تجربه عملیاتی و بهرهبرداری در موفقیت پروژهها با به كارگیری افرادی كه از دانش عملیاتی بالایی بهره میبردند، پروژههای متعددی را در حوزههای گاز، پالایش و پتروشیمی اجرائی نمود.

عدم توجه به تجربه عملیاتی و بهرهبرداری در كنار دانش تئوری و نرمافزاری غیرقابل اجرا شدن نتایج پروژهها و تضمین شكست طرحها تضمین خواهد نمود.

امروزه وجود نرمافزارهای اصطلاحاً قفل شكسته سبب شده تا محققان مسیر مدلسازی را فراموش كرده و تنها جهت شبیهسازی ادوات و فرآیندها از نرمافزار استفاده كنند. اما جهت شبیهسازی مدلهای موجود در نرمافزارها نیز باید به دانش بهرهبرداری و تجربه سایت مجهز بود و گرنه اطلاعات ورودی نامناسبی جهت صفر كردن درجه آزادی ارائه میشود كه منجر به عدم انطباق مدل با صنعت خواهد شد.

در پژوهشگاه صنعت نفت، عمده موفقیتها را در كسب دانش فنی، شیمیدانها برعهده دارند و بخش عمدهای از پتنتها را ثبت نمودهاند. به این خاطر كه ساعات زیادی را در طول روز كاری در صنعت و سایتشان كه در واقع همان آزمایشگاه است میگذارنند.

البته توجه به اصل مهم قرار گرفتن تجربه حضور در سایت و عملیات در كنار مطالب تئوری برای رئیس وقت مركز تحقیقات انرژی جناب آقای مهندس تركی موضوعی بدیهی بود و حتی از سوی ایشان دیكته میگردید. زیرا وی فردی است كه از قلب صنعت به پژوهشگاه آمده و دارای كولهباری از تجربیات ارزشمند در حیطه عملیات و بهرهبرداری است. لذا این مهم نقش كلیدی و غیرقابل انكاری در موفقیتهای مركز داشته است.

با در نظر گرفتن عوامل فوق، پروژههای تعریف شده یكی پس از دیگری به ثمر رسید و اجرائی شد كه از جمله آنها به موارد ذیل اشاره میشود:

بهینهسازی مصرف آب در پالایشگاه گاز شهید هاشمینژاد (خانگیران).

در تیرماه 1390 راهاندازی شد

كاهش مصرف آب در پالایشگاه به میزان 650 مترمعكب در روز

استفاده مجدد از زیرآب برج خنككننده واحد آمونیاك 1 مجتمع پتروشیمی رازی.

در سال 1385 راهاندازی شد

كاهش مصرف آب مجتمع به میزان 2400 مترمكعب در روز

استفاده مجدد از آبهای دور ریز بلوكهای اسمز معكوس پتروشیمی فجر (بزرگترین پروژه بازیافت آب كشور و خاورمیانه)

در حال حاضر در مرحله نصب تجهیزات قرار دارد

كاهش برداشت از آب رودخانه كارون به میزان 62000 مترمكعب در روز

بالانس بخار فشار پائین در پالایشگاه گاز شهید هاشمینژاد (خانگیران).

در تیرماه 1390 راهاندازی شد

جلوگیری از اتلاف 50 تن در ساعت بخار LP

تولید نرمافزار بینالمللی EPAT

در مرحله فروش

ارزیابی استاتیك و دینامیك راندمان مصرف انرژی و شبیهسازی تجهیزات و سیكلهای یوتیلیتی

چگونه از تكنیكهای شبیهسازی و مدلسازی برای برطرف كردن مشكلات واحدهای صنعتی بهره میگیرید؟

مسیر علمی به این صورت است كه باید در ابتدای هر پروژهای پدیده مورد مطالعه از یك بیان فیزیكی به بیان ریاضی ترجمه شود. یعنی هر پدیده قابل مشاهده مانند انتقال حرارت و جرم در یك دستگاه باید از فیزیك و شیمی به ریاضیات ترجمه شود. در دنیای علم به چنین كاری مدلسازی گفته میشود كه خود شامل یك مجموعه از معادلات تساوی و نامساوی است. بسیاری از معادلات تساوی و نامساوی در كتابها، پتنتها و مقالات موجود است، اما بخش بزرگی از این معادلات و نامساویها در هیچ منبع اطلاعای نیامدهاند، كه همان دانش نانوشته است كه از آن به تجربه عملیات و بهرهبرداری تعبیر میشود. ما در معادلات ایجاد شده در پژوهشگاه معادلات تساوی، نامساوی كه از جنس تجربه عملیات است را به كار میبریم، یعنی محدودیتها و ریزهكاریهای راهاندازی، تعمیرات، خوردگی، تنش، اقتصاد، مشكلات كارگاهی، جانمائی، ایمنی، آتشنشانی، بازرسی، واكنشهای اضطراری، اطمینان مهندسی و بهرهبرداری تجهیزات بخشی از معادلات مدلسازیهایمان میباشد. سپس تعداد متغیرهای مستقل را با تعداد معادلات تساوی برقرار میكنیم. (برای اینكه قادر باشیم دقیقا شبیه آن پدیدهای كه در صنعت اتفاق میافتد را شبیهسازی كنیم). بنابراین بعد از مدلسازی، با تكنیكهای شبیهسازی، مدلهای ریاضی ساخته شده از لحاظ شبیه بودن به مدل واقعی و صنعتی بررسی میشوند.

امروزه شركتهای معتبر آب، برق و بخار كشورمان كه دارای شهرت و اعتبار بینالمللی هستند، در جذب نیرو علاوه بر مدرك دانشگاهی توجه ویژه به دانش حضور در سایت و تجربه عملیاتی دارند كه این رمز موفقیت آنان است.

بعد از شبیهسازی، تابع هدف برای مدل ریاضی مشخص میشود؛ یعنی به تناسب اهداف مطلوبی نظیر كاهش مصرف آب، كاهش مصرف سوخت، كاهش مصرف آمین در برجهای جذب، افزایش تولید بنزین در پالایشگاه یا افزایش سوددهی، مدل ریاضی طوری حل می‌‌شود كه از بین جوابهای حاصل، آن كه مطلوبتر و به هدف تعیین شده نزدیكتر است، انتخاب شود كه به این كار اصطلاحا بهینهسازی گفته میشود.

با توجه به اینكه مركز تحقیقات انرژی، تاكنون طرحهای بهینهسازی متعددی در واحدهای صنعتی كشور با موفقیت كامل به انجام رسانیده است، كه در زمره افتخارات پژوهشگاه به شمار میروند، لطفا درباره این پروژهها توضیحاتی بفرمایید.

تاكنون در حوزه بهینهسازی طرحهای گوناگونی با موفقیت كامل اجرا شدهاند و در گوشه و كنار كشور واحدهای صنعتی مختلفی تحت دانش فنی پژوهشگاه مشغول به كار هستند. یكی از مطرحترین این پروژهها، طرح استفاده مجدد از آبهای دورریز بلوكهای اسمز معكوس پتروشیمی فجر است كه با اجرای آن 62000 مترمكعب برداشت روزانه این شركت از رودخانه كارون كاهش یافت. پروژه كاهش مصرف آب در پتروشیمی رازی طرح موفق دیگری از مركز تحقیقات انرژی است كه با اجرای آن 2400 متر مكعب در روز برداشت این شركت از رودخانه كارون كاهش یافت. همچنین در پالایشگاه گاز شهید هاشمینژاد خانگیران طرح بهینهسازی مصرف آب انجام شد كه به موجب اجرای این طرح 650 متر مكعب در روز مصرف آب این پالایشگاه كاهش یافت كه این میزان برابر با 40 درصد از كل مصرف این واحد صنعتی است. همزمان با اجرای این پروژه، طرح دیگری در پالایشگاه فوق به منظور بالانس بخار فشار پایین اجرا شد كه نتیجه آن جلوگیری از اتلاف 50 تن در ساعت بخار فشار پایین در پالایشگاه است. شایان ذكر است در جریان اجرای همه این پروژهها، پژوهشگاه لایسنسور بوده و با همكاری تنگاتنگ كاركنان عملیاتی و صنعتی و مشاورین، طرحهای مذكور به ثمر رسیده است و رمز موفقیت همه آنها توجه ویژه به دانش عملیات و بهرهبرداری است.

با عنایت به اینكه پروژه بهینهسازی در پالایشگاه شهید هاشمینژاد (خانگیران) از جمله طرحهای شاخص است كه با حضور معاون رییس جمهور افتتاح شده و مورد تقدیر كارفرما قرار گرفته، در مورد خصوصیات و روش اجرای این طرح توضیح دهید.

همانطور كه میدانید، پالایشگاه خانگیران یكی از پالایشگاههای مدرن كشور است. از نظر مدیریت علمی هم این پالایشگاه، سرآمد محسوب میشود، به گونهای كه اكثر مدیران فعلی پالایشگاههای گاز كشور مراحل ترقی را در این واحد صنعتی طی كردهاند. طبیعتا فعالیت در چنین پالایشگاهی و اجرای یك پروژه صنعتی بسیار سخت به نظر می‌‌رسد. اما ما از بدو كار با همكاری تنگاتنگ با پرسنل این پالایشگاه از جمله آقایان قربانی، محجوبی، علاقهبند و بویژه باتقوی با بررسیهایی كه به عمل آوردیم متوجه شدیم كه مقداری از آبهای دورریز این مجتمع شامل آبهای دورریز برجهای خنككننده، بویلرها، سیستمهای رزینی و آبهای سطحی قابل بازیافت است. بنابراین این سیستمها را مدلسازی و شبیهسازی كردیم، به طوریكه بهترین سیستم بازیافت را از دیدگاه اقتصادی (توابع NVP و IRR) راحت بودن راهاندازی در كنار سهولت تعمیرات و نگهداری، حفظ سطح موجودیت (Availability) و اطمینان مهندسی پالایشگاه كه مدنظر همكاران واحد عملیاتی بود را ارائه نمودیم. بعد از مدلسازی شبكه آب و پساب و با وارد كردن سیستم تصفیه انتخاب شده در این مدل، تمامی آبهای دورریز بازیافت شده به سیستم برگشت و مورد استفاده مجدد قرار گرفت.گفتنی است تا قبل از اجرای این پروژه، تمامی این پسابها از سیستم خارج میشد و حتی آلودگیهای زیست محیطی فراوانی ایجاد میكرد. همچنین با بازیافت آبهایی كه سابقا دور ریخته میشد این امكان فراهم گردید تا آب بازیافتی به دست آمده در مصارفی مانند برجهای خنككننده مورد استفاده مجدد قرار گیرد.

گویا همزمان با اجرای این پروژه، طرح دیگری نیز برای مسئله بهینهسازی بخار پالایشگاه شهید هاشمینژاد (خانگیران) با ابتكارات پژوهشگاه ارائه شده است؟ لطفا درباره این پروژه توضیح دهید.

در واقع این مشكل مربوط به بالانس بخار فشار پایین پالایشگاه بود. یعنی بخارهای فشار بالا كه توسط بویلرها تولید میشد، طی فرآیندهای مختلفی (توسط شیرهای فشارشكن و برخی مصرفكنندهها) به شكل بخار فشار پایین در میآید. از آنجا كه حجم فشار پایین تولید شده در سیستم بالا رفته بود و برای مصرف آن تدابیری اندیشیده نشده بود، منجر به تشكیل مقادیری بخار مازاد در سیستم میشد. طبیعتا بخار مازاد ایجاد شده میبایستی با مصرف برق تبدیل به مایع میشد كه یك عمل غیرفنی بود و موجب مصرف بیهوده انرژی میگردید. ما برای حل این مشكل كل شبكه بخار را مدل كردیم، با این هدف كه بخار فشار پایین به میزان معقول تولید شود تا دیگر نیازی به اتلاف انرژی و استفاده از برق برای كاندنس كردن نباشد. اجرای این طرح مستلزم خارجسازی برخی سیستمهای قدیمی از مدار بود. بنابراین سیستمهای Evaporaor به طریقه standby از خط خارج شد و سیستمهای تصفیه دیگری برای تامین آب BoilerFeedWater طراحی گردید كه این اقدامات تاثیر شگرفی در كاهش مصرف آب داشت، چرا كه وقتی بخار دور ریخته شود، برای جبران آن بایستی دوباره آب تصفیه شده برای تبدیل به بخار وارد بویلرها گردد.

از پروژه بهینهسازی پتروشیمی فجر به خاطر وسعت كار انجام شده، معمولا با عنوان بزرگترین پروژه بازیافت آب در خاورمیانه نام برده میشود؟ روند كار در این طرح به چه صورت بوده است؟

در اهمیت پتروشیمی فجر همین بس كه كل نیاز utility (آب، برق و بخار) پتروشیمیهای منطقه اقتصادی ماهشهر را تامین میكند. یعنی در صورت متوقف شدن این واحد، تمامی واحدهای منطقه از حركت باز میایستند. بنابراین كلیدیترین پتروشیمی در منطقه محسوب میشود و از نظر وسعت كار نیز به لحاظ اینكه آب، برق و بخار پتروشیمیهای متعددی را تامین میكند، یكی از بزرگترین یوتیلتیهای جهان در كنار پتروشیمی مبین در عسلویه است. از سوی دیگر این پتروشیمی از كاركنانی بسیار مجرب و مدیریت علمی قوی برخوردار است كه در صدر این مدیران نام مهندس شهریاری كه از نوابغ پتروشیمی كشور به شمار میرود میدرخشد. در پتروشیمی فجر هم بهرهگیری از ترفندهای ارائه شده از سوی مشاور عملیاتی پروژه باعث گردید، از دورریز سیستمهای تصفیه آب، استفاده مجدد شود و به میزان 20 درصد، برداشت آب از رودخانه كارون كاهش یابد. در واقع پسابهای خروجی از سیستمهای تصفیه آب كارون كه تا قبل از این دور ریخته میشد و با سیستمهای تصفیه مرسوم نظیر اسمز معكوس بدلیل نیاز به فشار بالا و تبخیری بدلیل مسائل اقتصادی غیرقابل تصفیه به نظر میرسید را مورد مطالعه قرار دادیم و بگونهای از تركیب ماژولهای تصفیه استفاده كردیم كه بدلیل شرائط نامطلوب پساب دچار افت شار و افزایش فشار نگردیم. در این راستا نتوانستیم به میزان 73 درصد از پسابهای خود سیستمهای تصفیه، به صورت كاملاً اقتصادی بازیافت و به آب مقطر تبدیل نمائیم. به این ترتیب به میزان 20 درصد برداشت آب از رودخانه كارون كاهش یافته كه این میزان معادل 62000 متر مكعب در روز است كه تا قبل از اجرای پروژه دور ریخته میشد و برای جبران نیاز به برداشت آب از رودخانه كارون بود.

كلام پایانی

در اینجا جا دارد از تمامی كسانی كه در طی مراحل مختلف پروژهها در شكلگیری و اجرا نقش داشتهاند تشكر كنم. آقای مهندس شهریاری از عوامل اصلی موفقیت پروژه پتروشیمی فجر، مهندس دوكوهكی، مهندس سید نژاد از نوابغ تصفیه آب كشور كه از نظر علمی و اجرایی در پروژه نقش حیاتی داشتهاند و اجرای موفق پروژه بدون حضور این عزیزان قابل تصور نبود. مهندس حسن دزواره مشاور عملیاتی و بهرهبرداری مركز تحقیقات انرژی، كه تمام موفقیتهایمان را با ایشان شریك هستیم.

خبرنامه

در صورت تمایل به دریافت خبرنامه لطفا ابتدا فرم عضویت را تکمیل نمائید.


کلیه حقوق مادی و معنوی این پورتال محفوظ و متعلق به پژوهشگاه صنعت نفت می باشد.© 2019

طراحی و بهینه سازی سایت توسط واحد روابط عمومی پژوهشگاه صنعت نفت