بررسی پتانسیل بازیافت حرارت و بهینه سازی سیکل رانکین آلی در واحدهای Fpso شرکت های نفتی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد پردیس

2 کارشناس مهندسی مکانیک، گروه سیکل و مبدل های حرارتی، پژوهشگاه نیرو، تهران

3 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد پردیس، تهران

چکیده

پلتفرم های شناور تولید، ذخیره و فراورش یا FPSO به طور فزاینده ای برای اکتشاف نفت در آب های عمیق و دور از ساحل مورد استفاده قرار می گیرند. برای تحقق بهبود و پیشرفت در فرآیند تولید و همچنین تولید الکتریسیته در فازهای تولیدی آن، ضروری است بر تکنولوژی‌های کارآمد که هزینه ها و انتشار کربن دی اکسید به اتمسفر را کاهش می‌دهند، سرمایه‌گذاری شود. از این دیدگاه، ORC دارای پتانسیل بالایی در بازیابی انرژی از منابع حرارتی دارای خصوصیات مختلف موجود در پلتفرم FPSO، می‌باشد. در این مقاله، علاوه بر حالت پایه، دو سناریوی مختلف جهت استفاده از گرمای خروجی اگزاست توربین هایی که در سرویس هستند مورد بررسی قرار گرفته شد.
پیشنهادی دارای جذابیت بیشتری است که در تمامی زمان‌های تولیدی، تولید توان با دو توربین از سه توربین موجود انجام گیرد. از این طریق می‌توان از گرمای اگزاست توربین‌ها، نیاز به حرارت را تامین کرده و از تامین تقاضا برای انرژی الکتریسیته سهیم بود و با استفاده از ORC (با بازیابی کنندۀ حرارت) در بازیابی حرارت، میزان انتشار دی‌اکسیدکربن را کاهش داد.
بازده کل سیستم نیز به شدت تحت تاثیر قرار می‌گیرد، زیرا توربین گازی، نزدیک به نقطه اسمی عمل می‌کند، که در این حالت بازده حرارتی آنها افزایش می‌یابد. این مطالعه، نتایج امیدبخشی را در استفاده از ORC برای بازیابی حرارت نشان داده، که یک متوسط 5/22 درصدی در کاهش مصرف سوخت و انتشار کربن دی اکسید در طول عمر FPSO را ارائه می‌کند.

کلیدواژه‌ها


1-       مراجع

[1] م. چهارطاقی و م. بابایی، تحلیل انرژی و اگزرژی سیکل ارگانیک رانکین با به کارگیری سیالکاری دو جزیی در شرایط مشخص منبع حرارتی،  مجله مهندسی مکانیک مدرس،خرداد 1393، دوره 14،شماره 3

[2] ه. غائبی، ر. خیری، مدلسازی ترمودینامیکی و ارزیابی عملکرد سیکل جدید و اصلاح شده رانکین آلی با استفاده همزمان از اجکتور بخار و ریژنراتور، نشریه مباحث برگزیده در انرژی، ، سال دوم، شماره دوم ،زمستان1395

 [3] Mondejar ME, Ahlgren F, Thern M, Genrup M. Quasi-steady state simulation of an organic Rankine cycle for waste heat recovery in a passenger vessel. Appl Energy;185, pp. 1324–35, 2017.

[4] Suarez de la Fuente S, Roberge D, Greig AR. Safety and CO2 emissions: implications of using organic fluids in a ship’s waste heat recovery system. Mar Policy;75, pp. 191–203, 2017.

[5] Song J, Song Y, Gu C. Thermodynamic analysis and performance optimization of an Organic Rankine Cycle (ORC) waste heat recovery system for marine diesel engines. Energy;82, pp. 976–85,2015.

[6] Larsen U, Sigthorsson O, Haglind F. A comparison of advanced heat recovery power cycles in a combined cycle for large ships. Energy,74, pp. 260–8, 2014.

[7] Pierobon L, Benato A, Scolari E, Haglind F, Stoppato A. Waste heat recovery tech- nologies for o ff shore platforms. Appl Energy;136, pp. 228–41, 2014

[8] Girgin I, Ezgi C. Design and thermodynamic and thermoeconomic analysis of an organic Rankine cycle for naval surface ship applications. Energy Convers Manage,148, pp. 623–34, 2017.

[9] Soffiato M, Frangopoulos CA, Manente G, Rech S, Lazzaretto A. Design optimization of ORC systems for waste heat recovery on board a LNG carrier. Energy Convers Manage, 92, pp. 523–34, 2015.

[10] Imran M, Park BS, Kim HJ, Lee DH, Usman M, Heo M. Thermo-economic optimization of Regenerative organic Rankine cycle for waste heat recovery applications. Energy Convers Manage;87, pp. 107–18, 2014.

[11] Song J, Gu C. Parametric analysis of a dual loop Organic Rankine Cycle (ORC) system for engine waste heat recovery. Energy Convers Manage;105, pp. 995–1005, 2015.

[12] Cao Y, Gao Y, Zheng Y, Dai Y. Optimum design and thermodynamic analysis of a gas turbine and ORC combined cycle with recuperators. Energy Convers Manage;116, pp. 32–41, 2016.

[13] Srinivasan, K.K., Mago, P.J. and Krishnan, S.R.,. Analysis of exhaust waste heat recovery from a dual fuel low temperature combustion engine using an Organic Rankine Cycle.Energy, 35(6), pp.2387-2399, 2010.

[14] Desai, N.B. and Bandyopadhyay, S., 2009. Process integration of organic Rankine cycle.Energy, 34(10), pp.1674-1686.

[15] Mohanty, B. and Paloso Jr, G.,. Economic power generation from low-temperature geothermal resources using organic Rankine cycle combined with vapour absorption chiller. Heat Recovery Systems and CHP, 12(2), pp.143-158, 1992.

[16] Pei, G., Li, J. and Ji, J., 2010. Analysis of low temperature solar thermal electric generation using regenerative Organic Rankine Cycle. Applied Thermal Engineering, 30(8-9), pp. 998-1004.

[17] Ganapathy V. Industrial boilers and heat recovery steam generators: design, ap- plications, and calculations. 1st ed. New York: CRC Press; 2002

[18] Chen H, Goswami DY, Stefanakos EK. A review of thermodynamic cycles and working fl uids for the conversion of low-grade heat. Renew Sustain Energy Rev 2010;14, pp. 3059–67.

[19] Reis MML dos.Comparison of energy efficiencies among heat pump systems to meet the demands of air conditioning and water heating in a building.Unicamp – University of Campinas; 2014 [in Portuguese].

[20] Vélez F, Segovia JJ, Martín MC, Antolín G, Chejne F, Quijano A. A technical, eco- nomical and market review of organic Rankine cycles for the conversion of low- grade heat for power generation. Renew Sustain Energy Rev;16 ,pp. 4175–89, 2012.

[21] Siddiqi MA, Atakan B. Alkanes as fl uids in Rankine cycles in comparison to water, benzene and toluene. Energy;45, pp. 256–63, 2012

[22] Kölsch, B. and Radulovic, J., 2015. Utilisation of diesel engine waste heat by Organic Rankine Cycle. Applied Thermal Engineering, 78, pp.437-448.

[23] و.شاکر، م. جعفری نصر، م.مقدم، کاربرد چرخه آلی رانکین در بازیافت و بهینه سازی انرژی در ایستگاه­های تقویت فشار گاز، پژوهش نفت، شماره 1-85 زمستان 95