لوله کشی برج ها TOWERS

۱۳۹۹/۰۳/۱۱ ۰۹:۴۴:۳۹
لوله کشی برج ها TOWERS

برج ها که گاه ستون نامیده می شوند ، از اصلی ترین وسایل در هر نوع کاربرد فرآیندی محسوب می شوند ، برج ها در واقع مخازن فولادی استوانه ای شکل هستند که به منظور تقطیر و جداسازی مواد خام و تولیدی موادی نظیر بنزین ، گاز و روغن حرارتی مورد استفاده قرار می گیرند .
به منظور طراحی کارخانه ، طراح باید با ساختار داخلی و نحوه عملکرد برج ها آشنا باشد تا بتواند طرحی درست را ارائه کند .
در این مقاله به ارائه الزامات مربوط به طراحی برج های یک واحد فرآیندی خواهیم پرداخت . عملکرد داخلی برج ها بررسی خواهیم نمود و اطلاعات لازم جهت تعیین جهت و موقعیت نازل ها ، وسایل و تجهیزات مربوطه ، piping و کنترلرها و همین طور سکو و نردبان برای دسترسی اپراتور و تعمیرات دربر گرفته خواهند شد .

tower

فرآیند تقطیر Distillation process

نفت خام استفاده تجاری کمی دارد ولی وقتی تحت عملیات جداسازی قرار گیرد ، تبدیل به ماده ای می شود که می توان گفت با ارزش ترین کالای موجود در جهان است . نفت خام ترکیبی از اجزای هیدروکربنی است که دامنه نقطه جوش آن ها از 38 درجه سانتی گراد تا 760 درجه سانتی گراد تغییر می کند .
جداسازی یا تقطیر ، فرآیندی است که در آن یک مخلوط مایع به طور جزئی تبخیر می شود . سپس بخارهای بدست آمده ، تقطیر شده و اجزای جداگانه ی تشکیل دهنده مخلوط را تشکیل می دهند . با افزایش دمای نفت خام ، اولین نقطه جوش (Initial Boiling Point ) یا IBP حاصل می شود .
در ادامه عمل جوشش دما نیز افزایش می یابد . سبک ترین ماده موجود در نفت خام یعنی بوتان در IBP یعنی در دمایی کمتر از 38 درجه سانتی گراد تولید می شود ، مواد سنگین تر در دمای کمتر از 427 درجه سانتی گراد به دست می آیند .
باقی مانده نفت نیز موادی هستند که بالای 427 درجه سانتی گراد حاصل می شوند .
سیر تماملی و تدریجی که در برج های تقطیر اتفاق می افتد را می توان به صورت مراحل زیر توضیح داد :

- فرآیند تقطیر اولیه Batch shell process

- فرآیند تقطیر پیوسته Continues still process

- فرآیند تقطیر جز به جز Fractional distillation process

فرآیند تقطیر اولیه

در طی فرآیند Batch shell قسمتی از برج تقطیر با محصول خام به نام Batch پر می شود . سپس سوخت تا دمایی که برای بدست آمدن محصول خاص از بخارهای پدید آمده لازم است ، حرارت داده می شود .
این کار برای هر کدام از محصولات تکرا می شود تا جایی که Batch به حداکثر دمای مشخص شده در دامنه دمایی محصولات برسد . در این هنگام Batch باقی مانده به خارج دستگاه پمپ شده و اجازه داده می شود که توسط دستگاه تقطیر خنک شود .
دوباره دستگاه پر شده و فرآیند تکرار می گردد . این فرآیند علاوه بر اینکه خیلی وقت گیر است ، همیشه کیفیت بالایی ندارد .

فرآیند تقطیر پیوسته

در طی فرآیند تقطیر پیوستهshell Continues، تعدادی دستگاه تقطیر پوسته ای به صورت سری به هم وصل می شوند تا یک باطری را تشکیل دهند . ورودی به طور پیوسته وارد دستگاه تقطیر اول می گردد . دما در دستگاه اول در پایین ترین حد ممکن جهت جداسازی سبک ترین محصول نگه داشته می شوند .
ته دستگاه تقطیر اول به دستگاه دوم وصل شده و آن را تغذیه می کند که دستگاه دوم دردمای محصول بعدی با نقطه جوش بالاتر قرار می گیرد و سیستم به همین ترتیب تا دماهای بالاتر ادامه پیدا می کند . تعداد دستگاه های مورد نیاز نیز بسته به تعداد محصولات مورد نیاز تعیین می شود .
در صورتی که ورودی و دمای هر دستگاه ثابت باقی بماند ، محصولات نهایی به دست آمده از کیفیت خوبی برخوردار خواهد بود ، این نوع فرآیند تقطیر را که در واقع یک فرآیند تکمیلی بر عملیات تقطیر اولیه (Batch shell still operation) است ، نشان می دهد .

فرآیند تقطیر جز به جز

مشابه تقطیر Continues shell ، فرآیند تقطیر جز به جز از چندین دستگاه تقطیر به هم مرتبط شده به طور سری تشکیل شده است ، تفاوت اساسی میان این دو فرآیند این است که تمامی مواد تقطیر شده مایع به آغاز دشتگاه باز می گردد . پس از اینکه قسمتی از ورودی در دستگاه اول تبخیر شد ، بخارهای پدید آمده بالا رفته و به خط لوله بالای دستگاه رفته و با مایع در دستگاه دوم تماس پیدا می کنند .
از آن جایی که دمای سیال در دستگاه دوم کمتر از دمای بخار ورودی است ، بخار به طور جزئی تقطیر می شود . در همین زمان ، سیال دستگاه دوم وارد نزدیکی بالای دستگاه اول می شود . با بالا رفتن بخار در دستگاه ، بخارهای دستگاه اول با سیال ورودی از دستگاه دوم مواجه می شوند . این برخورد باعث تبخیر سیال ورودی از دستگاه دوم و نیز تقطیر بخارهای صعودی در دستگاه اول می شود .

واکنشی شبیه به آنچه توضیح داده شد در تمامی دستگاه های بعدی نیز اتفاق می افتد ، این فرآیند باعث می شود که کمیت و کیفیت محصول نسبت به انواع فرآیند قبلی بهتر شده و انرژی مورد نیاز برای حرارت دادن مواد خام کاهش یابد .

هر سه نوع فرآیند توضیح داده شده ، عملیات مناسبی بوده و نقش مهمی در طراحی برج های تقطیر مدرن ایفا می کنند و بالاخره اینکه ، ترکیب این فرآیند به صورت یک دستگاه تک مرحله ای با قرار دادن دستگاه های تقطیر در بالای یکدیگر و نصب یک دستگاه میانی بین هر دستگاه جهت هدایت سیال به پایین و بحار به بالا امکان پذیر است .

به عبارت دیگر با این کار یعنی استفاده از یک واحد منفرد به جای استفاده از چند Shell مجاز می تواند صرفه اقتصادی و عملیاتی قابل توجهی را به همراه داشته باشد .

جریان مایع و بخار

یکی از متداول ترین وسایلی که این امکان را به وجود می آورد تا یک برج مشابه یک واحد چند مرحله ای و متشکل از چند دستگاه تقطیر جداگانه عمل کند ، شکاف ها و سوراخ های موجود در سینی ها اجازه می دهند که بخار به طرف بالا و مایع به سمت پایین جریان پیدا کنند .
بخارهای صعود کننده در برج از درپوش های حباب شکل شکاف دارد (Slotted bubble caps) عبور کرده و با مایعی که پیرامون درپوش جریان دارند تماس پیدا می کنند . سیالی که از سنی های بالایی جریان دارند از درون پایین ریزها (Down comer) و بالا و اطراف Cap به پایین هدایت می شوند . در این شرایط ، اجزای سبک موجود در بخار تقطیر و پایین برج جاری می شوند .

این شکل از فرآیند تبخیر و تقطیر برج باعث می شود ، ورودی برج به کار رفته به اجزای مورد نیاز در حدود نقطه های جوش مورد نظر تجزیه شده و از کناره های برج در مکان های مناسب از آن خارج شوند .

انواع برج ها

نامگذاری برج ها بر اساس نوع سرویس و نوع واحد فرآیندی که قرار است وظیفه ای در قبال آن انجام دهند ، صورت می پذیرد . برای مثال ، یک برج Stripper ( پوست کن ) همان طوری که از نامش پیداست برای جدا کردن ماده سبک از اعماق برج اصلی بوده و با یک برج خلا (Vacuum tower) مورد استفاده قرار می گیرد . این نوع برج ها عموما در یک واحد خام / خلا جهت تقطیر مواد خام باقی مانده در ته برج تحت فشار خلا استفاده می شود .

در برج های Packed (بسته شده) ، به جای داشتن سینی (Tray) ، دستگاه ها با حلقه های فلزی (Packed beds of metal ring) به یکدیگر بسته می شوند . در ورودی برج ، مایع از یک توزیع کننده (Liquid distributor) عبور می کند .

سیال در این قسمت به سمت حلقه های فلزی بسته شده هدایت می شود . بخارهای صعود کننده ای که از bed ها عبور می کنند ، با مایع نزول کننده روبه رو می شوند . در شرایطی مشابه با عملگرد برج های سینی دار (Trayed) ، مایع به صورت جزئی توسط حرارتی که از بخارها می گیرد تبخیر شده و بخارها نیز به وسیله سیال سردتر تقطیر می شوند .

نکات طراحی برج ها

برج ها وسایلی نیستند که به تنهایی در مکانی قرار گیرند . آن ها معمولا در مجاورت یک واحد فرآیندی و در محلی مناسب جهت دسترسی اپراتور و تعمیرکار نصب می شوند . یک برج به عبارت دیگر در کنار وسایل مرتبطی از قبیل پمپ ها ، Reboiler ، درام ها و کندانسورها کار کرده و باید طوری قرار گیرند که ارتباط میان آنها و وسایل ذکر شده مناسب و در عین حال دارای هزینه کمی باشد .

در واحد های فرآیندی متداول ، معمولا برج ها و تجهیزات مرتبط با آنها در یک طرف Pipe rack قرار گیرند . البته راهکارهای لازم جهت دسترسی تعمیراتی برای آنها نیز در نظر باید گرفته شود .

در کارخانه هایی که تجهیزات مرتبط به برج ها دارای محفظه هستند ، برج مورد نظر اغلب در مجاورت ساختمان شامل دستگاه مربوطه نصب می گردد .

پایپ کالا ، حس بازاری متفاوت

عضویت در خبرنامه
با عضویت در خبر نامه پایپ کالا مگ ، هر هفته یک ایمیل حاوی مطالب جدید دریافت خواهید کرد.
ارسال نظر
ارتباط با کارشناسان پایپ کالا