بهينه‌سازي چرخه مايع‌ساز گازهاي پروپان و بوتان با در نظر گرفتن محدوديت‌هاي عملكردي كمپرسور به كمك الگوريتم ژنتيك

Optimization of propane and butane gas liquefaction cycle considering compressor technical limitations using genetic algorithm

يكي از مهم‌ترين اجزاي يك چرخه تبريد، مبرد آن است. در بسياري از چرخه‌هاي تبريد، به خصوص در صنعت پالايش و فرآوري گاز طبيعي، از پروپان به عنوان مبرد استفاده مي‌شود. دليل اين مساله خواص ترموديناميكي بسيار مناسب اين گاز و جرم مولي مطلوب آن است. براي انتقال گازهاي پروپان و بوتان از محل استخراج به محل استفاده، دو راه وجود دارد. راه نخست، لوله‌كشي از محل استخراج به محل استفاده و راه دوم، مايع‌سازي و انتقال آن به صورت مايع است. براي انتقال گازهاي پروپان و بوتان در مقياس‌هاي وسيع، مايع‌سازي آن‌ و انتقال از طريق مخازن ذخيره به صورت مايع، گزينه اقتصادي است. عموما جهت صادرات گاز با كشتي در مقياس‌هاي وسيع، از روش مايع‌سازي در فشار اتمسفريك استفاده مي‌شود. در اين مقاله، ابتدا تاسيسات مايع‌سازي گازهاي پروپان و بوتان يك پالايشگاه گاز، معرفي و سپس در نرم‌افزار هايسيس شبيه‌سازي مي‌شود. در ادامه، از طريق اتصال اين نرم‌افزار به نرم‌افزار متلب و با كمك الگوريتم ژنتيك، توان مصرفي چرخه مايع‌ساز كمينه مي‌شود. در فرآيند بهينه‌سازي با الگوريتم ژنتيك، 13 متغير انتخاب و 13 قيد عملياتي نيز براي كمپرسور و مبدل‌هاي حرارتي در نظر گرفته شده است. نتايج حاصل از حل اين مساله بهينه‌سازي مقيد، بيانگر كاهش 12.49% توان مصرفي نسبت به حالت پايه است.

Refrigerant is one of the most important parts in a refrigeration cycle. In many refrigeration cycles, especially in the natural gas processing industry, propane is used as refrigerant due to its desirable thermodynamic properties. There are two ways for transferring propane and butane gases from extraction point to the consumption site: a) pipeline and b) liquefaction and transport in liquid form. The most profitable method for transporting large quantities of propane and butane gases is liquefaction and transport in liquid form using storage tanks. Liquefaction at atmospheric pressure is the most common method for transporting large quantities of gases using specifically designed refrigerated ships. In this paper, a gas refinery butane and propane liquefaction cycle is described first and then simulated in HYSYS software. Afterwards, Genetic Algorithm is used to minimize the total power consumption of the liquefaction cycle, through connecting HYSYS and MATLAB softwares. There are 13 variables and 13 constraints for compressors and heat exchangers in the formulation of the optimization problem. The results of this constrained optimization problem show that the power consumption can be reduced by 12.49% compared to the base case.