ظروف تبخير ناگهاني

[محمــد 4,415]

چكيده:

 

ظروف تبخير ناگهاني يا Flash drum ها ظروفي هستند كه جريان سيال ورودي به خود را به صورت دو فاز مايع و گاز در مي آورند. به طور كلي ظروف تبخير ناگهاني يا Flash drum ها از تنوع زيادي در صنعت برخوردار نيستند. براي جداسازي آب موجود در نفت ، استفاده از يك استوانه عمودي نسبتاً كوچك كه در زير ظروف Flash قرار مي گيرد،استفاده مي كنند. به اين قسمت از ظروف تبخير ناگهاني Boot گفته مي شود. ظروف تبخير ناگهاني يا Flash drum ها از دستگاههايي به شمار مي روند كه كمتر باعث بروز مشكل در فرآيند مي شوند. با اين حال در موارديكه عمليات واحد در حالت Start up يا Shut down مي باشد و متغيرهاي فرايندي در حال تغيير مي باشند احتمال ايجاد تغيير در دما، فشار جريان ورودي به ظرف Flash امر عادي مي باشد.

 

مقدمه:

 

يكي از وسايلي كه در اكثر واحدهاي پالايشگاهي و پتروشيميايي مورد استفاده قرار مي گيرند و وظايف مختلف و مهمي بر عهده دارند، ظروف تبخير ناگهاني هستندكه در اصطلاح ظروف Flash،ناميده مي شوند.

 

جريان سيال ورودي به اين ظروف، در داخل ظرف به صورت دو فاز مايع و گاز در مي آيد . اساس جداسازي اجزاء مختلف در ظروف Flash، اختلاف دانسيته موجود بين اجزاء مي باشد . به طوري كه اجزائي كه داراي دانسيته بالاتري هستند از جريان مايع پايين ظرف خارج مي شوند و اجزائي كه داراي دانسيته پايين تري هستند از جريان گاز بالاي ظرف خارج مي شوند.

شكل 1 - شكل شماتيك يك ظرف تبخير ناگهاني

 

دوفازي شدن جريان سيال به خاطر پايين بودن نسبي فشار جريان از فشار نقطه جوش جريان مي باشد . اين فشار نسبي پايين به جريان سيال اجازه مي دهد كه به دو فاز مايع و گاز تبديل شود. در اكثر موارد از ظروف Flash در جايي استفاده مي شود كه جريان سيال داراي اين قابليت باشد. اما اگر فشار جريان سيال از فشار نقطه جوش سيال بالاتر باشد و بخواهيم از ظرف Flash استفاده كنيم از يك شير فشارشكن قبل از ورود جريان به ظرف Flash استفاده مي شود تا به اين وسيله فشار جريان به مقدار مطلوب برسد.

 

بعضي از افراد به اشتباه تصور مي كنند كه ورود جريان مايع به يك ظرف بزرگ باعث دو فازي شدن جريان مي شود. البته با توجه به وجود فشار بخار مايعات، تبخير كسر كوچكي از جريان مواد ورودي درست است . اما اساس كار در ظروف تبخير ناگهاني در مورد جريان هاي مايع، عبور جريان مواد از شير فشار شكن، ايجاد افت فشار زياد در جريان و در نتيجه آن تبخير كسر قابل توجهي از جريان ورودي به ظرف تبخير ناگهاني مي باشد . ظرف تبخير ناگهاني نيز فضاي لازم براي دو فازي شدن اين سيال و امكان جداسازي اين دو فاز را ايجاد مي كند.

 

در محل ورود جريان سيال به ظرف تبخير ناگهاني، از يك بافل (Baffle) كه به صورت يك مانع در مقابل ورود سيال به ظرف قرار گرفته است، استفاده مي شود. وظيفه اين بافل ، جلوگيري از حركت ميان بري (Shortcut) جريان مواد ورودي به محل خروج گاز يا بخار خروجي از ظرف مي باشد . در مورد ظروف تبخير ناگهاني عمودي معمولا از يك بافل (Baffle) مدور استفاده مي شودكه اين بافل باعث ايجا د حركت چرخشي مواد ورودي به ظرف مي شود. حركت چرخشي مواد، عامل ايجاد نيروي سانتريفوژي مي باشد كه باعث حركت سريعتر مواد سنگين تر به پايين ظرف تبخير ناگهاني مي شود . در شكل 2 محل قرار گرفتن اين بافل در دو ظرف تبخير ناگهاني متفاوت نشان داده شده است.

این عکس کوچک شده است برای مشاهده ی سایز اصلی کلیک کنید

شكل 2 - شكل شماتيك ظروف تبخير تاگهاني عمودي و افقي و بافل مربوطه در هر مورد

 

معمولاً در قسمت بالاي ظروف تبخير ناگهاني از توري هاي فلزي استفاده مي شود. به اين توري ها در اصطلاح Wire mesh گفته مي شود. نقش اين تور يهاي فلزي جذب ذرات ريز مايع موجود در فاز بخار خروجي از ظرف تبخير ناگهاني مي باشد. لذا اگر ذرات ريز مايع همراه جريان بخار باشند با وجود اين توري ها دوباره به قسمت مايع ظرف تبخير ناگهاني بازگشت داده مي شوند. لازم به ذكر است كه وجود قطرات و ذرات ريز مايع در جريان گاز ورودي به كمپرسور مي تواند اثرات مخربي بر كمپرسور داشته باشد. در شكل 3 نحوه قرار گرفتن Wire mesh دربالاي ظرف تبخير ناگهاني نشان داده شده است.

شكل 3 - نحوه قرار گرفتن Wire mesh دربالاي ظرف تبخير ناگهاني

 

شرح و توصيف:

 

انواع ظروف تبخير ناگهاني

به طور كلي ظروف تبخير ناگهاني از تنوع زيادي در صنعت برخوردار نيستند. اما در اكثر واحدهاي پالايشگاهي و در بعضي از واحدهاي پتروشيمي، جداكننده هايي مشاهده مي شوند كه تاحدي با ظروف تيخيرمشابهند . اين ظروف داراي سه جريان خروجي مي باشند. دو جريان بخار و مايع كه در مورد ظرف تبخير ناگهاني به آنها اشاره شد، در اين ظروف نيز وجود دارند. علاوه بر اين دو جريان، يك جريان ديگر نيز از بخش زيرين اين ظرف خارج مي شودكه از جريان مايع ديگر سنگين تر است.

 

با توجه به اينكه در بعضي موارد در جريان مواد نفتي، مقداري آب وجود دارد و از طرف ديگر در بعضي موارد نيز براي ا نجام عمل جداسازي از بخار استفاده مي شود، لذا در بعضي از جريانهاي موجود، مقداري آب نيز وجود دارد. براي جداسازي اين آب، مي توان از روشهاي مختلفي استفاده كرد. ولي يكي از راههاي جداسازي اين آب كه مقدار آن نيز زياد نيست، استفاده از يك استوانه عمودي نسبتاً كوچك است كه در زير ظروف Flash قرار مي گيرد. به اين قسمت از ظروف تبخير ناگهاني Boot گفته مي شود. همانطوريكه مي دانيد، آب از اكثر مواد نفتي سنگين تر است، لذا در ظروف تبخير ناگهاني، اين آب در زير قسمت مايع هيدروكربني قرار مي گيرد و با توجه به وجود Boot در زير ظروف تبخير ناگهاني، اين آب در اين قسمت جمع مي شود و به اين ترتيب مقداري از آب موجود در جريان نفتي از اين جريان خارج مي شود. خارج كردن آب از بوت مي تواندبه صورت پيوسته و يا ناپيوسته صورت بگيرد . در شكل 4 نحوه ورود و خروج جريانها به صورت شماتيك نشان داده شده است.

این عکس کوچک شده است برای مشاهده ی سایز اصلی کلیک کنید

شكل 4 - شكل شماتيك و نحوه ورود و خروج جريانها در جداسازها (Separator)

 

ظروف جداساز (Separator) را مي توان از ديدگاهاي مختلف مورد تقسيم بندي قرار داد. انواع ظروف جداساز از لحاظ شكل و نحوه قرار گرفتن، به سه صورت زير تقسيم مي شوند:

1. 
   
2. ظروف جداساز استوانه اي عمودي
   
   
3. ظروف جداساز استوانه اي افقي
   
   
4. ظروف جداساز كروي شكل
   
   

در شكل 5 نحوه ورود و خروج مواد به يك ظرف جداساز كروي مشاهده مي شود . در شكل 6 يك ظرف جداساز استوانه اي عمودي در حال ساخت ويك ظرف تبخير ناگهاني در مقياس صنعتي نشان داده شده است.

شكل 5 - نحوه ورود و خروج مواد به يك ظرف جداساز كروي

 

كاربرد ظروف تبخير ناگهاني

 

در قسمتهاي قبل، كاربرد اين ظروف در جداسازي اجزاي سبك و سنگين جريان در اثر دوفازي شدن مواد ورودي به اين ظرف توضيح داده شد.

شكل 6 - دو نمونه صنعتي از ظروف تبخير ناگهاني

 

عيوب ظروف تبخير ناگهاني

 

ظروف تبخير ناگهاني از دستگاههايي به شمار مي روند كه كمتر باعث بروز مشكل در فرآيند مي شوند و معمولا اپراتور ها با اين ظروف مشكل خاصي ندارند. با اين حال در موارديكه عمليات واحد در حالت Start up يا Shut down مي باشد و متغيرهاي فرايندي در حال تغيير مي باشند احتمال ايجاد تغيير در دما، فشار جريان ورودي به ظرف Flash امر عادي مي باشد. در اين حالات، هر گونه تغيير در متغيرهاي عملياتي جريان ورودي به اين ظرف، به طور مستقيم روي تركيب مواد خروجي از بالا و پايين Flash drum تاثير مي گذارند . لذا بايد با استفاده از كنترلرهاي مختلف، متغيرهاي عملياتي موردنظر را در دامنه خاصي كنترل نمود.

 

يكي از مهمترين اين كنترلرها، كنترلر سطح مايع در ظرف تبخير ناگهاني ميباشد . در كنار اين كنترلر ها، كنترلر دما و فشار نيز ازاهميت بالايي برخوردارند به طوريكه اگر دماي سيال ورودي به ظرف Flash افزايش يابد باعث بالا رفتن دماي ظرف Flash خواهد شد و اين فاكتور باعث افزايش شدت جريان بخار خروجي از بالاي ظرف Flash خواهد شد و بدين ترتيب سطح مايع در داخل ظرف پايين خواهد آمد. تغييرات فشار ورودي نيز مي تواند باعث اثرات مشابهي گردد. در چنين مواردي است كه نقش كنترلرهاي سطح مهم تر مي باشد.

معمولاً سطح مايع در داخل ظرف تبخير ناگهاني در چهار مورد زير حائز اهميت است:

• 
  
HHLL - High High Liquid Level

• 
  

   
  
  

• HLL - High Liquid Level

  
  

   
  
  

• LLL - Low Liquid Level

  
  

   
  
  

• LLLL - Low Low Liquid Level

  
  
  

چهار مورد فو ق الذكر روي شكل نشان داده شده اند. در مورد اين سطوح بايد گفت كه وظيفه كنترلر سطح ، كنترل سطح مايع موجود در ظرف Flash در محدوده بين HLL و LLL مي باشد . اما در بعضي از موارد با تغيير شرايط سيستم كنترلر توانايي كنترل سطح در اين ناحيه را ندارد.

شكل 7 - سطوحي كه دامنه كار كنترلر را نشان مي دهند

 

در اين شرايط سطح مايع از مقدار مورد نظر پايين تر يا بالاتر مي رود. وقوع يك چنين مواردي براي عمليات واحد خطرناك مي باشد. زيرا اگر سطح مايع از حد خاصي بالاتر رود احتمال وجود ذرات مايع در جريان گاز خروجي از بالاي ظرف Flash افزايش يافته و اين مورد علاوه بر كاهش كيفيت محصولات باعث تخريب كمپرسور و وسايل ديگري كه براي جريان گاز در نظر گرفته شده اند نيز مي گردد.

 

كاهش ارتفاع مايع موجود در ظرف Flash نيز علاوه بر كاهش كيفيت محصول احتمال وجود حباب هاي گاز در جريان مايع را افزايش مي دهد كه اين مورد باعث مي شود پمپ و وسايل ديگري كه براي جريان مايع تعبيه شده اند آسيب ببينند. لذا در اين مواقع كه سطح مايع به سطوح HLL و LLL مي رسد پيغامهاي هشداردهنده اي توسط دستگاه توليد مي شود و بدين ترتيب اپراتور واحد اقدام مقتضي را به عمل مي آورد.