بهینه سازی مصرف انرژی وکاهش آلاینده های زیست محیطی یکی ازدغدغه های اساسی صنایع نفت،گازبوده وازآن جای یک هعمده ترین راه اتلاف انرژی درچاههاوپالایشگاههای موجوددرکشوروبه طورکلی تمامی مراکزدارای سیستم های فلرینگ مانند: چاه های نفت،پالایشگاه های نفت وگاز،واحدهای فرآیندی،کارخانه های موادشیمیایی، زباله سوزهاو ...،همین سیستم فلرینگ بوده وعمدتا بیشترین میزان آلاینده های زیست محیطی نظیرco2نیزازهمین سیستم متصاعدمیگردد،توجه به بهینه سازی عملکردواصلاح این بخش ازاهمیت بسزایی برخوردارمی باشد. بخش قابل توجه گازهای ارسالی به فلرها،ترکیباتی مانند: گازطبیعی ،اتیلن ، پروپیلن، برشهای چهارکربنه وهیدروژن بوده که از لحاظ اقتصادی بسیارباارزش میباشند. میتوان به کمک طراحی یک سیستم خاص جمع آوری و بازیافت گاز، میزان فلرینگ یک واحد صنعتی نظیر یک سکو یا پالاشگاه را به طور چشمگیری کاهش داده و از این طریق گازهایی که تاکنون سوزانده میشدند راجمع آوری وسپس به عنوان خوراک واحدهای فرآیندی وسوخت گازی برای سیستمهای موجود در واحد ویا واحد تولید قدرت برای تولید برق مصرفی سیستم تبدیل نمود . پیرو این فرآیند آلودگی ناشی از سوختن گازها نیز به طور محسوسی کاهش خواهد یافت. لذا بررسی سیستم های موجود جهت بازیافت گاز فلر مورد مطالعه قرار گرفت و برپایه تکنولوژی های متداول و قابل دسترسی ک سیستم بازیابی گاز فلر که دارای عملکردی قابل قبول به لحاظ فنی و توجیه بالای اقتصادی میباشد توسعه داده شد.

در این پزوهش با توجه به رشد روز افزون نیاز به استفاده بهینه از منابع انرژی به بررسی سیکل های رانکین آلی (orc) و تاثیر استفاده از سیالات مختلف بعنوان سیال کاری سیکل پرداخته شده است. سپس با توجه به نیاز مطرح شده برای استفاده از این سیکلها جهت بازیافت انرژی از یک منبع انرژی اتلافی با دمای 150 درجه سانتی گراد سیال مناسب برای این محدوده دمایی مشخص شده است.در ادامه با تغییر در روال طراحی نیمه تجربی ارائه شده توسط nasa برای طراحی توربین های جریان شعاعی، این روش برای استفاده از سیالات آلی بهینه شده است. در ادامه با استفاده از این روش یک توربین اولیه طراحی شده و در ادامه با استفاده از روش عددی برخی از پارامترهای مهم بر کارایی و توان توربین بررسی شده که در نهایت منجر به بهینه سازی توربین گردیده است.

افزایش تقاضا برای انرژی، افزایش هزینه¬های تولید انرژی و افزایش نگرانی¬های زیست محیطی دلایلی هستند که دولت¬ها را به سوی توسعه و بهبود فناوری¬ها به منظور صرفه¬جویی انرژی و کاهش تولید گازهای گلخانه¬ای سوق می¬دهند. سیستم¬های تولید همزمان سرمایش، گرمایش و قدرت (cchp) و سیکل ارگانیک رانکین (orc) از جمله فناوری¬هایی هستند که باعث کاهش مصرف انرژی اولیه، کاهش هزینه و کاهش تولید گازهای گلخانه¬ای می¬شوند. سیستم¬های cchp از طریق یک محرک ¬اولیه برق را در محل مصرف تولید می¬کنند. تفاوت این سیستم¬ها با نیروگاه¬های سنتی تولید برق در این است که این سیستم¬ها از حرارت اتلافی محرک ¬اولیه به منظور برآورده کردن نیازهای گرمایشی و سرمایشی مصرف¬کننده استفاده می¬کنند. در واقع در این سیستم¬ها برای بهبود عملکرد، انرژی حرارتی تلف شده در قسمت تولید برق را به انرژی گرمایشی و سرمایشی مورد نیاز کاربران تبدیل می¬کنند. از سیکل ارگانیک رانکین می¬توان برای بازیابی حرارت اتلافی دما پایین استفاده نمود. این سیکل مشابه سیکل رانکین بوده و فقط از سیالات ارگانیک به عنوان سیال کاری در آن استفاده می¬شود. می¬توان از حرارت بازیافتی که از سیستم تولید همزمان به دست می¬آید برای تولید برق در orc استفاده کرد. در این تحقیق با کمک نرم افزار (ees) به تحلیل انرژی سیستم (cchp-orc) پرداخته شده است. نحوه برقراری تعادل برای بر طرف کردن نیاز کاربران بررسی شده است؛ همچنین با تغییر دمای محیط و دمای سیال ورودی و خروجی به اواپراتور، تغییرات راندمان اگزرژی orc بررسی شده است. با توجه به مقدار انرژی حرارتی و الکتریکی مورد نیاز سه حالت برای سیستم (cchp-orc) در نظر گرفته ¬شده است. در حالت اول pgu به همراه کوئل حرارتی و چیلر جذبی نیاز کاربران را برطرف کرده و نیازی به بویلر اضافی نیست. چیلر الکتریکی و orc نیز خاموش می¬باشند. این حالت به ندرت اتفاق می¬افتد. حالت دوم به دو بخش در محدوده قابل تنظیم و خارج از محدوده قابل تنظیم تقسیم شده است. در بخش اول با تغییر بار سرمایشی چیلر الکتریکی سیستم نیاز کاربران را تأمین می¬کند و در بخش دوم با کمک بویلر سیستم به تعادل می¬رسد. در حالت سوم به علّت نیاز به برق از orc استفاده می¬شود. در ادامه راندمان انرژی و اگزرژی سه سیال ارگانیک خشک برای orc بررسی شده و سیال b141r به عنوان سیالی با راندمان اگزرژی بالاتر معرفی شده است. در ضمن سیکل ساده orc در شرایط مختلف دمایی تحت بررسی قرارگرفته و مشخص شد با افزایش دما میزان تخریب اگزرژی سیستم کاهش می¬یابد.

در صنایع نیروگاهی جهت انتقال قدرت الکتروموتور به پمپ‎ ها و فن های با توان زیاد غالباً از کوپلینگ های هیدرولیکی به دلیل عدم درگیری فیزیکی در مقایسه با کوپلینگ های مکانیکی استفاده می شود. با این وجود به دلیل محبوس بودن روغن در فضای کوپلینگ در اثر کارکرد مداوم و تولید حرارت، این روغن خواص فیزیکی و شیمیایی خود را از دست می دهد (ازکارافتادگی زودهنگام کوپلینگ) که با تحلیل صحیح رفتار حرارتی و خنک کاری مناسب آن تا حد زیادی می توان این مشکل را به تاخیر انداخت. لذا در این گزارش رفتار حرارتی و هیدرودینامیکی مخلوط روغن و هوا در یک کوپلینگ هیدرولیکی نیروگاهی توسط نرم افزار فلوئنت شبیه سازی و بررسی می شود. هدف از این مطالعه شناسایی محل وقوع جریان های ثانویه و چرخشی که بیشترین نقش در تولید حرارت را دارند و تعیین نواحی (سیال و بدنه کوپلینگ) با دمای زیاد می باشد. در این شبیه سازی، جریان سیال عامل درون کوپلینگ در حالت سه بعدی، دوفازی و مغشوش مورد بررسی قرار می گیرد. میدان توزیع سرعت و دمای درون سیال و توزیع دما روی بدنه کوپلینگ محاسبه و مورد تحلیل قرار می گیرد. نتایج این شبیه سازی نشان می دهد که بیشترین درجه حرارت و تلفات در محل قطر بیرونی چرخ پمپ و توربین کوپلینگ (جایی که جریان گردابه ای و ثانویه اتفاق می افتد) حادث می شود. در پایان تاثیر افزایش فاصله چرخ پمپ و توربین و همچنین تاثیر جابه جایی فین های حرارتی بدنه روی عملکرد کوپلینگ و کاهش تلفات هیدرولیکی و حرارتی مورد بررسی قرار می گیرد.

افزایش جهانی قیمت های سوخت از یک طرف و کاهش منابع سوخت های فسیلی و همچنین افزایش تولید گازهای گلخانه ای در جهان از طرف دیگر، سبب گردید تا کشورهای پیشرفته و بالطبع سایر کشورها، سیاست های متنوعی را جهت کاهش مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه ای اتخاذ نمایند، یکی از این سیاست ها که در سال های اخیر بطور چشمگیری در جهان توسعه یافته است بهره گیری از تکنولوژی تولید همزمان برق و حرارت بمنظور کاهش مصرف انرژی و همچنین کاهش انتشار گازهای گلخانه ای در جهان می باشد. استفاده از سیستمهای تولید همزمان برق و حرارت (chp) در ساختمان و صنعت به دلیل نیاز توامان برق و حرارت به صورت مداوم، بسیار مورد توجه قرار دارد و با توجه به مزایای این سیستم در کاهش مصارف و هزینه های انرژی، از جمله راه کارهایی به شمار می آید که دارای صرفه اقتصادی مناسبی می باشد. نحوه عملکرد سیستم chp بدین صورت است که با استفاده از مولد، برق تولید می کند و تفاوت آن با سیستم های دیگر این است که بجای آن که گاز های داغ خروجی از مولد را بدون استفاده به محیط دهند، از این گاز های داغ خروجی توسط فرایندی برای گرمایش آب استفاده می کنند. اجزای اصلی سیستم chp شامل محرک اصلی و مبدل حرارتی می باشد. انواع محرک های مورد استفاده در این سیستم شامل توربین بخار، توربین گاز، میکروتوربین، پیل سوختی، موتورهای داخلی رفت و برگشتی و موتور استرلینگ می باشد. دلیل روی آوردن به این سیستم ها این است که نیروگاه های بزرگ برای تولید برق و رساندن آن به مشترکان به دلیل طولانی بودن خطوط انتقال برق تلفات زیادی را متحمل می شوند در صورتی که سیستم های تولید پراکنده با تولید برق در محل مصرف این تلفات انتقال را به حداقل می رساند. همچنین در نیروگاه تولید پراکنده به جای استفاده از انرژی برای تولید مصارف گرمایشی از اتلافات خروجی دودکش استفاده می شود که هزینه های سوختی را نیز کاهش می دهد. نظر به اهمیت این سیستم ها و نیاز به توسعه آنها و نیز شناخت بهتر عملکرد آن ها در این پایان نامه، مطالعه یک سیستم chp با مولد میکروتوربین گاز همراه با پیش گرم کن داخلی مدنظر قرار گرفته است. از گرمای خروجی این سیستم برای گرمایش آب استفاده می شود. این سیستم با توان الکتریکی خروجی 36 مگاوات و بخار آب خروجی 60 کیلوگرم بر ثانیه فعالیت می کند. هدف از بررسی سیستم فوق بررسی عمل کرد و بهبود راندمان خروجی سیستم است. سیستم مورد نظر برای بررسی عملکرد توسط برنامه ees مورد آنالیز انرژی و اگزرژی قرار گرفت. پارامتر های ورودی در بررسی عملکرد شامل دما و فشار سیال عامل، دبی سیال عامل و سوخت سیستم، کار مصرفی کمپرسور و کار تولیدی توربین است. همچنین پارامتر های خروجی سیستم شامل راندمان های انرژی، اگزرژی، الکتریکی و حرارتی است. هدف از آنالیز سیستم این بود که پارامتر هایی از سیستم که بر روی راندمان سیستم تاثیرگذار است را بیابیم. نتایج نشان داد دو عامل عمده ای که در عملکرد سیستم تاثیر گذار است شامل نسبت فشار کمپرسور و دمای ورودی توربین است به طوری که افزایش یا کاهش هر کدام از این عوامل تاثیرات متفاوتی بر روی عملکرد سیکل از جمله راندمان انرژی، راندمان اگزرژی، راندمان حرارتی و راندمان الکتریکی سیکل می گذارد. بررسی ها نشان داد افزایش دمای سیال ورودی توربین هر چهار راندمان ذکر شده را افزایش می دهد. همچنین در مورد تغییر در نسبت فشار کمپرسور عملکرد سیکل متفاوت است به گونه ای که با افزایش نسبت فشار کمپرسور راندمان اگزرژی و راندمان حرارتی سیکل افزایش می یابد و با کاهش آن راندمان الکتریکی و راندمان انرژی سیستم افزایش می یابد. تناسب بین این دو عامل موثر در عملکرد سیکل به نیاز ما از سیستم بر می گردد که در خروجی به چه مقدار برق و حرارت نیاز داریم. پس از بررسی عوامل موثر بر عملکرد سیکل، با افزودن چیلر جذبی به ابتدای فرایند برای کاهش دمای هوای ورودی به کمپرسور نتیجه حاصل شد که با کاهش دما تا 10 درجه نسبت به سیستم اصلی راندمان الکتریکی سیستم حدود 4 درصد افزایش پیدا کرد.