انجنیری تکنالوژی نفت و گاز و پتروشیمی

سوخت موشک چیست؟

تفاوت سوخت مایع و سوخت جامد

سوخت موشک به منزله نیروی محرکه ای است که باعث حرکت و بلند شدن موشک از زمین می گردد.
در گذشته و در ساخت اولین موشک های جهان به عنوان سوخت از باروت استفاده می کردند. باروت بعد از انفجار پیدا کردن در محفظه احتراق تولید انرژی میکند و این انرژی تولید شده خود عاملی برای حرمت موشک به سمت جلو خواهد بود.
یکی از عوامل اصلی در سرعت موشک استفاده از نازل صحیح در آن است.
با پیشرفته شدن علم و فناوری در زمینه های متعدد و گوناگون مانند ساخت موشک ها، می توانیم عنوان کنیم که رفته رفته علم در زمینه ساخت موشک ها به جایگاه بهتری از روز های قبل خود خواهد رسید. یکی از مواردی که در این زمینه و در زمینه طراحی به صرفه این محصولات کارایی خواهد داشت، ارائه بهترین سوخت موشک بالستیک خواهد بود.
سوخت موشک بالستیک یکی از موارد مهمی است که مهندسین در زمان ساخت و طراحی این نوع از موشک ها باید به آن توجه فراوانی داشته باشند، در این صورت خروجی نهایی و طرح پایانی ارائه داده شده می تواند به یک موفقیت ملی در این زمینه تبدیل شود.
در این مقاله انواع سوخت موشک را معرفی میکنیم و سپس تفاوت های موجود بین آن ها را بررسی میکنیم.
انواع سوخت موشک
سوخت موشک هایی که مهندسین می سازنند، با توجه به نوع کاربرد موشک، وزن موشک و موارد مختلف دیگر طراحی میگردد. از انواع سوخت موشک ها می توانیم به نمونه هایی مانند سوخت مایع و سوخت جامد اشاره کنیم.
در زمینه سوخت موشک بالستیک می توانیم نمونه های سوخت جامد را مشاهده نماییم.
سوخت موشک بالستیک
سوخت موشک ها همانطور که در قسمت قبل اشاره نمودیم با یکدیگر متفاوت هستند. یکی از نمونه موشک هایی که در زمینه های نظامی و غیرنظامی امروزه ایران و کشورهای دیگر از آن استفاده می کنند، موشک بالستیک است که دارای نمونه های متعدد و با ظاهری مختلف خواهد بود.
سوخت موشک بالستیک معمولا از نوع سوخت جامد است. گاهی سوخت جامد تک مرحله ای و گاهی نیز سوخت جامد دو مرحله ای را می توانیم در زمینه سوخت موشک بالستیک عنوان کنیم. به همین منظور قصد داریم در زمینه سوخت های موشک مانند مایع و جامد، تفاوت های این دو گروه بیشتر صحبت نماییم و اطلاعات مهمی را در این زمینه در اختیار شما قرار می دهیم.

سوخت جامد چیست؟
سوخت جامد سوختی است که مواد قابل اشتعال آن مواد جامد هستند و معمولا تا انتها و تا ذره آخر می سوزند و سوخت مورد نیاز موشک را فراهم خواهد کرد.
بعد از سوخته شدن این نوع سوخت ها نیرو محرکه برای حرکت کردن موشک فراهم خواهد شد. این نوع از موارد جامد با تولید گاز های متنوع و مختلفی که با شدت از قسمت انتهایی موشک ها خارج می شود سبب حرکت موشک به سمت جلو خواهند شد. سوخت موشک بالستیک از این نوع سوخت می باشد.
معمولا از سوخت جامد برای موشک های کوچک تر استفاده می شود و از سوخت مایع برای موشک های سنگین تر و بزرگتر.
موشک هایی که توسط سوخت جامد هدایت می شوند به سختی قابل کنترل خواهند بود چون نیاز به موارد کنترل کننده ندارند و به همین دلیل ساخت این نوع از موشک ها سخت نمی باشد و ساختشون راحت تر از موشک های سوخت مایع هست.
یکی از ساده ترین و در دسترس ترین سوخت‌های جامد معروف است به سوخت آب نباتی که از ترکیب شکر و پتاسیم نیترات است که باید به صورت همگن ترکیب شوند. برای تولید سوخت آبنباتی حتما باید در نظر گرفت سوخت در مرحله تولبد و همگن شدن خاصیت خود را از دست ندهد که این امر یک مساله کاملا تخصصی است.
سوخت مایع چیست؟
سوخت مایع همانطور که از نام آن ها پیداست ماده اصلی و اولیه مورد استفاده مایع هستند و این نوع از سوخت های مایع توسط یک پمپ به سمت محفظه احتراق فرستاده خواهد شد و به دلیل بالا بودن دمای محفظه احتراق نیازی به اقدام برای سوزاندن سوخت نیست، ترکیب سوخت و اکسیژن در این دما اقدام به تولید انرژی می کند.
سوخت و عامل اکسنده در این نوع سوخت ها هر دو مایع خواهند بود. این دو مایع با یک دیگر در محفظه احتراق ترکیب شده و پس از سوختن، انرژی حاصل از سوختن این مواد باعث ایجاد تراست شده که از قانون سوم نیوتون (عمل و عکس العمل) تبعیت میکند، در واقع عکس العمل ناشی از خروج گازهای تولید شده که سرعت آن بسیار بالاست ( 3 ماخ، 4 ماخ و …) موشک را به سمت جلو پرتاپ می کند. این گاز حاصل از سوختن، از نازل موشک که در انتهای موشک است خارج شده و باعث شتاب گیری موشک خواهد شد.
معمولا سوخت موشک بالستیک از این نوع نخواهد بود. اما سوال اساسی و مهمی که پیش خواهد آمد این است که تفاوت سوخت جامد موشک با سوخت مایع موشک چیست؟
________________________________________
تفاوت سوخت جامد موشک با سوخت مایع موشک چیست؟
همانطور که عنوان نمودیم دو نوع سوخت برای شتاب دادن به موشک و متحرک نمودن آن موجود است، سوخت های مایع و جامد.
از تفاوت های این دو نوع سوخت می توانیم موارد زیر را عنوان نماییم:
1. سوخت های جامد در لحظه انرژی بیشتری تولید می کند به همین دلیل برای شروع حرکت موشک از سوخت جامد استفاده می کند.
2. سوخت های مایع باعث افزایش وزن موشک(به علت حمل اکسیژن برای سوختن در بیرون جو که اکسیژن وجود ندارد) خواهند شد در حالی که سوخت های جامد اینگونه نیستند.
3. نیرویی که برای حرکت از یک گرم سوخت مایع ایجاد میشود بیشتر از یک گرم سوخت های جامد است.
4. سوخت‌های مایع قابلیت کنترل شدن را دارا هستند در حالیکه سوخت جامد پس از فعال شدن دیگر کنترلی برای سوختن آن وجود ندارد و برای کنترل thrust موشک باید نازل را کنترل کنیم که این هزینه بالایی نسبت به سوخت مایع دارد.
در سوخت‌های جامد و سوخت‌های جامد مرکب، سوخت و اکسیدان با هم مخلوط شده و سوخت متبلور می‌شود. سپس فرآیند احتراق ادامه می یابد و امروزه یکی از رایج ترین سوخت ها هستند.
یکی از مهمترین مزایای استفاده از سوخت های جامد نسبت به سوخت های مایع، دوام این سوخت ها است. سوخت‌های مایع ماندگاری بسیار کوتاهی دارند و پس از مدتی باید تعویض شوند، اما سوخت‌های جامد چند سال ماندگاری دارند، بنابراین نگهداری از این موشک‌ها راحت ‌تر است.

تولید قیر از نفت خام
برای تولید قیر، نفت خام را در فشار محیط و در دمای 300 تا 350 درجه قرار می‌دهند تا اجزای سبک آن مانند بنزین و نفت سفید جدا شوند. در مقابل اجزای سنگین نفت که قیر، روغن‌های روان کننده و… هستند، چون از هیدروکربن‌های با جرم مولکولی بالا تشکیل می‌شوند، از قسمت پایین برج تخلیه می‌شوند.
برای جداسازی این اجزای سنگین، از حرارت‌های بالای 400 درجه سانتی‌گراد استفاده می‌شود؛ زیرا دمای بالا مولکول‌ها را شکسته و باعث تخریب حرارتی آن‌ها می‌شود. در نتیجه برای جلوگیری از این کار باید فشار داخل برج را کاهش داد.
باقیمانده برج تقطیر اتمسفری از ۴۰۰ تا ۳۵۰ درجه سانتی‌گراد در کوره گرم شده و بعداً وارد برج تقطیر در خلأ می‌گردد. سپس در فرآیند عبور بخار آب، مواد فرار سبک، جدا شده و در ستون‌های مختل تصفیه می‌شوند. در نهایت نیز مواد غیر فرار که بخش اصلی آن قیر است، از انتهای ستون خارج می‌شوند.
فرایندهای تولید قیر
پس از آنکه مواد روغنی و سوختی در شرایط خلأ در فرآیند تولید قیر جداسازی شدند، ته‌مانده برج خلأ، ابتدا وارد واحد روغن‌سازی و سپس وارد واحد Visbraker می‌شود تا نفت، مازوت و… را تولید کند. در نهایت نیز این مواد، وارد واحد قیرسازی می‌شوند.
در واحد قیرسازی، عملیات هوادهی و ایجاد اکسیداسیون، در داخل راکتور به روش‌های Conventional و Biturox بر اساس تغییرات دمایی و میزان هوادهی، تبدیل به انواع گریدهای قیر می‌شوند.
به صورت کلی برای تولید قیر از دو فرآیند اصلی استفاده می‌شود که در ادامه این مرحل را بررسی می‌کنیم:
1. فرایند منقطع یا ناپیوسته
در فرآیند ناپیوسته، ابتدا باید برج تقطیر با سطح دلخواه از قیر پر شود. سپس با چرخش قیر بین کوره و برج، پیش گرم کردن به دست خواهد آمد. گرم کردن مستقیم توسط لوله آتش‌خوار در برج می‌تواند کیفیت محصول را تحت تأثیر قرار داده و آن را کاهش دهد.
زمانی که دمای قیر به 190 تا 240 درجه رسید، باید هوادهی کامل شروع شود. در این زمان، گرمای حاصل از واکنش می‌تواند دمای قیر را تا 260 درجه بالا ببرد. همچنین مدت زمان دمیدن، می‌تواند از 3 تا 24 ساعت متغیر باشد. همان‌گونه که در زمان آغاز فرآیند، برای جلوگیری از پدیده کف کردن، باید از پاشیدن آب به داخل ظرف خودداری کرد، در زمان خنک شدن نیز که دما به زیر 200 درجه می‌رسد، نباید به داخل ظرف آب تزریق کرد.
واحد هوادهی ناپیوسته از اجزای مختلفی تشکیل شده است که عبارتند از:
• برج هوادهی(Oxidizer Tower)
• کوره پیش گرم‌کن (Pre Heater)
• سیستمی برای جمع‌آوری و سوزاندن بخارات
• دمنده هوا یا کمپرسور (Blower or Compressor)
2. فرآیند پیوسته
فرآیند پیوسته، چیزی شبیه به فرآیند ناپیوسته است؛ با این تفاوت که هر زمان مشخصات قیر دمیده به مقدار مورد نظر رسید، خوراک تازه به شکل مستمر و پیوسته و با کنترل جریان وارد شده و در محصول دمیده می‌شود. در نهایت نیز توسط کنترل کننده ارتفاع خارج خواهد شد.
البته ذکر این نکته ضروری است که خوراک تازه در شرایطی وارد می‌شود که دمایی پایین‌تر از دمای عملیات داشته و بر اثر گرمای ناشی از واکنش دمیدن قیر درون برج، گرم شود. کنترل دما توسط پیش گرم کردن خوراک ورودی در یک کوره یا مبدل حرارتی، با استفاده از روش‌هایی مانند تزریق آب انجام می‌شود.
از جمله مهم‌ترین مزایای فرآیند پیوسته در تولید قیر را می‌توان در موارد زیر خلاصه کرد:
• راحت‌تر بودن تولید قیر
• کاهش هزینه‌های تجهیزات و نگهداری
• کاهش قابل توجه میزان بخارات آلاینده
• افزایش راندمان و مقدار تولید در واحد زمان
• کاهش بار حرارتی پیش گرم‌کن‌های خوراکی
• کاهش زمان هوادهی و کم شدن هوای مصرفی
• و…
________________________________________
متغیرهای فرآیند و مشکلات احتمالی
فرآیند تولید قیر می‌تواند تحت تأثیر متغیرها و عوامل مختلفی باشد که مهم‌ترین آن‌ها را می‌توان موارد زیر عنوان کرد:
• ارتفاع قیر
• درجه حرارت
• ترکیب خوراک
• شدت هوادهی
• مدت‌زمان هوادهی
• و…
البته در این زمان، ممکن است مشکلاتی به وجود بیاید:
1. بازگشت نهایی
2. به وجود آمدن کک
3. انفجار گازها و بخارات
4. سرد شدن خط لوله و مسدود شدن آن
5. و…
در نهایت هر کدام از مشکلات عنوان شده می‌توانند باعث بروز مشکلات دیگری شوند؛ مانند:
• نرم شدن بیشتر قیر
• افزایش نفوذپذیری آن
• رقیق شدن مواد تبخیری
• گیر افتادن روغن‌های همراه
• و…
عوامل مؤثر در تولید قیر
به طور کلی هر کدام از روش‌های تولید قیر، می‌توانند مزایا و معایب متعددی داشته باشند؛ با اینحال، امروزه فرآیند پیوسته در مقایسه با فرآیند ناپیوسته به واسطه مزیت‌هایی که ارائه می‌دهد، بیشتر مورد توجه قرار می‌گیرد. از جمله مهم‌ترین عواملی که می‌توانند در فرآیند تولید قیر مؤثر باشند، را می‌توان در موارد زیر خلاصه کرد:
• کنترل واکنش حرارتی، توسط Cold Recycle
• تزریق Snuffing Steam به برج برای جلوگیری از آتش‌سوزی
• تأثیر مستقیم مدت‌زمان توقف قیر در داخل برج بر میزان نرمی آن
• کاهش یا افزایش سرعت واکنش تحت تأثیر میزان هوای تزریقی و درجه حرارت
• آغاز عملیات در دمای 420 درجه فارنهایت و زیاد شدن آن با افزایش دما تا 550 درجه
• بهتر انجام شدن واکنش اکسیداسیون و احیا در صورت بالا بودن اختلاف درجه حرارت (Point 1) و درجه حرارت (Base)
• افزایش نسبت هوادهی در شرایطی که نسبت تغییرات درجه حرارت ثابت باشد، باعث افزایش دما و کاهش آن نیز موجب کاهش دما می‌شود.
• عدم کاهش مدت‌زمان توقف در صورت کم بودن سطح مایع؛ زیرا تماس مایع داغ و هوای اضافی خارج شده از لابلای مولکول‌های مایع، منجر به آتش‌سوزی می‌شود.
جمع‌بندی نهایی
قیر یک ماده کاربردی است که امروزه در بسیاری از صنایع استفاده می‌شود. فرآیند تولید قیر از نفت خام می‌تواند به روش‌های مختلف و در دو فرآیند متفاوت شامل فرآیند پیوسته و ناپیوسته صورت بگیرد و هر کدام از این فرآیندها می‌توانند مزایای خاص خود را داشته باشند. عواملی مختلفی همچون دما، زمان هوادهی، ترکیب خوراک، شدت هوادهی، ارتفاع قیر و… می‌توانند در فرآیند تولید قیر و کیفیت محصول نهایی مؤثر باشند.

تجهیزات در پالایشگاه و پتروشیمی
بیشتر تجهیزات مورد استفاده در صنایع پالایش و فرآوری به عنوان تجهیزات فرآیند شناخته می‌شوند. هر تجهیز فرآیندی برای انجام یک کار خاص طراحی شده است. تجهیزات در پالایشگاه و پتروشیمی برای کاربردهای مختلفی مانند ذخیره سازی، کنترل جریان و نگهداری واکنش‌های شیمیایی استفاده می‌شوند.

به طور کلی، تجهیزات در پالایشگاه و پتروشیمی به دو دسته تقسیم بندی می‌شوند:
• ثابت
• دوار
تجهیزات ثابت و دوار چیست
ابتدا درمورد تعریف اینکه تجهیزات ثابت و دوار چیست توضیحاتی را عنوان می کنیم و سپس در ادامه کار درمورد زیر این تجهیزات و الزامات ابزار دقیق در پالایشگاه مطالب کاربردی را عنوان می کنیم.
هر قطعه‌ای از تجهیزات فرآیند که هیچ حرکتی نداشته باشد، تجهیزات ثابت عنوان می‌شود. این تجهیزات که گاهی تجهیزات استاتیک عنوان می‌شوند، شامل موارد زیر می‌شوند:
• مبدل‌های حرارتی
• پایپینگ
• تانک‌های ذخیره سازی
• شیر
• دستگاه‌های کاهنده فشار
• بویلر (دیگهای بخار)
• کوره و هیتر
• خطوط لوله
تجهیزات دوار به طور کلی به تجهیزات پردازشی بیان می‌شود که حرکت یا چرخش دارند. این تجهیزات اغلب برای پردازش مایعات در سیستم‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند و شامل موارد زیر می‌شوند:
• توربین
• پمپ
• کمپرسور
• موتور
• گیربکس
در هنگام طراحی تجهیزات فرآیند، باید به نوع محیطی که تجهیزات در آن به کار برده می‌شوند توجه شود. مهم است که تجهیزات به کار برده شده در برابر خوردگی و یا سایر ساز و کارهای آسیب‌زا در آن محیط خاص، مقاوم باشند. همچنین در هنگام طراحی باید بازرسی و نگهداری مناسب به منظور اطمینان از ایمنی و عملکرد درست تجهیزات در طول عمر آنها، لحاظ شود.
تجهیزات ساکن در پالایشگاه و پتروشیمی

۱- مبدلهای حرارتی
مبدل‌های حرارتی از سری تجهیزات فرآیند هستند که برای حداکثر کردن کارایی انتقال حرارت بین دو دستگاه یا سیال مختلف، طراحی و ساخته شده‌اند. در اکثر فرآیندهای صنعتی، از بین رفتن گرما باعث افزایش مصرف و ناکارآمدی می‌شود.

مبدل حرارتی چیست؟
مبدل حرارتی گرما را دریافت کرده و از آن مجدداً استفاده می‌کند. بدون مبدل، گرما در محیط زیست آزاد و اتلاف می‌شود.
مبدلهای حرارتی، امکان عبور مایع داغ از کنار مایعی سرد را بدون مخلوط شدن این دو مایع با یکدیگر را فراهم می‌کنند. گرما از مایع گرم به سرد منتقل می‌شود، مایعات سرد گرم می‌شوند و مایعات گرم خنک می‌شوند. بنابراین در این دستگاه‌ها گرما اتلاف نمی‌شود، بلکه منتقل و مجددا استفاده می‌شود.
این دو سیال یکی از لوله‌ای باریک عبور می‌کند و سیال دیگر اطراف لوله را احاطه می‌کند. مبدلهای حرارتی انواع مختلفی دارند و با توجه به مشخصات سیستم باید مناسب‌ترین مدل را انتخاب کنید. در حالت کلی می‌توان این تجهیز را به سه دسته کلی تقسیم بندی کرد:
1. مبدل‌های جریان موازی شامل دو مایع مختلف می‌شوند که از یک سمت وارد مبدل می‌شوند و در یک جهت جریان پیدا می‌کنند.
2. در مبدلهای حرارتی مخالف یا ناهمسو، مایع سرد از یک جهت و مایع گرم از جهت دیگر وارد مبدل می‌شوند و از کنار یکدیگر عبور می‌کنند. این مبدلها در انتقال حرارت کارآمدتر از سایر مدل‌ها هستند.
3. مبدل حرارتی متقاطع مایع سرد و گرم به صورت عمود با یکدیگر برخورد پیدا می‌کنند و گرما در محل تقاطع مبادله می‌شود.

۲- پایپینگ
امن‌ترین راه انتقال گازها و مایعات در سراسر کشورها یا بین تجهیزات در سیستم‌های تولیدی استفاده از خطوط لوله است. هر واحد فرآوری شامل مواد اولیه و سیالاتی می‌شود که نیاز به انتقال از یک نقطه به نقطه دارند. پایپینگ وسیله انتقالی جابه جایی مایعات و گازها در پالایشگاه‌ها و کارخانه‌های پردازش شیمیایی است.
اجزای به کار رفته در سیستم پایپینگ با توجه به نوع موادی که در حال انتقال هستند و شرایط محیطی، می‌تواند استیل، چدن، مس، پلاستیک و … باشند. لوله‌های سیستم پایپینگ معمولا با فلنج و یا با جوش به یکدیگر متصل می‌شوند.
تفاوت عمده خطوط لوله با پایپینگ در این است که خطوط لوله برای انتقال مواد در یک فاصله طولانی بین دو تاسیسات جداگانه یا توزیع به کار می‌رود. در حالی که سیستم پایپینگ برای انتقال گازها و مایعاتی مانند آب یا مواد شیمیایی در یک واحد صنعتی به کار می‌رود. در ادامه چند استاندارد مهم‌تر سیستم پایپینگ را ذکر خواهیم کرد.
استانداردهای مهم در سیستم پایپینگ
• API 570 ، کد بازرسی پایپینگ (بازرسی، تعمیرات، و تغییرات در سرویس سیستم لوله کشی). این استاندارد راهنمای مناسبی برای تشخیص این است که کدام پایپینگ تطابق بیشتری با CUI دارد.
• API RP 574 ، روش بازرسی برای قطعات سیستم لوله کشی. این استاندارد شیوه بازرسی پایپینگ، تیوب، شیرها و اتصالات را بررسی می‌کند.
• API RP 578 ، تاییدیه متریال‌های جدید و موجود در سیستم پایپینگ. دستورالعملی برای تضیمن مواد و کیفیت در سازگاری با آلیاژ سیستم پایپینگ.
• API RP 583 ، خوردگی زیر عایق و ضد حریق که شامل طراحی، تعمیر و نگهداری، بازرسی و روش‌های رسیدگی به CUI های خارجی که در لوله‌های تحت فشار، مخازن ذخیره سازی و کوره‌ها کاربرد دارد.
• ASME PCC-2 ، تعمیر تجهیزات فشار و لوله کشی، روشهایی برای تعمیرات تجهیزات و پایپینگ در محدوده کدها تکنولوژی فشار ASME
• ASTM STP 880 ، خوردگی فلزات عایق حرارتی، که اطلاعات مربوط به مشکلات خوردگی در تجهیزات عایق کاری حرارتی و اجزای لوله کشی در صورت مرطوب شدن اجزا ارائه می‌دهد.
۳- تانک ذخیره سازی
مخازن، ظروف بزرگی هستند که معمولا از فلز ساخته شده و بر روی زمین نصب می‌شوند. این مخازن به گونه‌ای طراحی شده‌اند که به طور موقت، مایعات یا گازهای مختلفی را ذخیره کنند. مخازن را می‌توان برای نگهداری موادهای مختلفی به کار برد از آب تا نفت خام یا محصولات شیمیایی مختلف.
یکی از استانداردهایی که بر روی این تانک‌ها اعمال می‌شود API 653 است – بازرسی تانک، تعمیرات، تغییرات و بازسازی. این استاندارد را موسسه نفتی آمریکا -American Petroleum Institute- تهیه و منتشر کرده است. تا قبل از سال ۲۰۰۰ تنها استانداردی که برای مخازن ذخیره سازی اعمال می‌شد، API 653 بود.

۴- شیر های صنعتی
شیرهای صنعتی برای تنظیم مایعات در سیستم به کار می‌روند. مواد عبوری از تاسیسات و سیستم‌های صنایع پتروشیمی برای محیط زیست و افرادی که با آن در تماس هستند خطرناک است. بنابراین مهم است در هنگام طراحی سیستم از شیری استفاده کنید که نشتی نداشته باشد. از شیرهای رایج در صنعت نفت و گاز می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
• شیر کنترلی
• باترفلای ولو یا شیر پروانه‌ای
• بال ولو یا شیر توپی
• چک ولو یا شیر یکطرفه
• گلوب ولو یا شیر کروی

متریال شیرهای به کار رفته با توجه به نوع سیال عبوری از آن مشخص می‌شود. متریال بدنه می‌تواند فولاد، چدن، استیل ۳۰۴، استیل ۳۱۶، مونل و… باشد، که با توجه به میزان خورندگی و سایر مشخصات سیال باید انتخاب شود. برای مطالعه بیشتر درباره انواع شیرهای صنعتی می توانید به مقاله آشنایی با انواع شیر صنعتی مراجعه کنید.
۵- دستگاه کاهنده فشار
دستگاه‌های کاهنده فشار (Pressure Relieving Devices) از تجهیزات نصب شده در پالایشگاه‌ها، کارخانه‌های شیمیایی و سایر سیستم‌های مشابه صنعتی هستند که برای آزاد سازی فشارهای زیاد ورودی در موارد ضروری به کار می‌روند.
این دستگاه‌ها را می‌توان در کنار گیج فشار برای گاز، بخار آب، مایعات یا بخار مایعات به کار برد. عملکرد صحیح دستگاه‌های کاهنده فشار برای محافظت از اپراتور کارخانه‌ها و تجهیزات ضروری است. حوادث غیرمترقبه ناشی از فشارهای بالا می‌تواند باعث آسیب به تجهیزات، از بین رفتن کنترل و در نتیجه قطعی کل سیستم شود.
ابزار دقیق در پالایشگاه مجموعه بسیار گسترده ای از انواع ترانسمیتر فشار و گیج دما و به طور کلی هر آنچه که نیاز به کنترل و مانیتورینگ دقیق مقادیری همچون فشار و دما و کنترل سیال است.
ما در اویلی کالا مفتخریم که با کیفیت ترین متریال و برندهای ابزار دقیق در پالایشگاه را در اختیار کارفرمایان محترم قرار می دهیم.
تجهیزات مکانیکی پتروشیمی برای اینکه عملکرد درستی داشته باشند نیاز به تجهیزات پتروشیمی که عملیات پایش و مانیتورنگ و ارسال گزارشات دقیق دارند تا بتوانند خروجی درستی را برای پالایشگاه و پتروشیمی داشته باشند.
شیر اطمینان و ریلیف ولو
از رایج‌ترین دستگاه‌های کاهنده فشار می‌توان به شیر اطمینان Pressure Safety Valves و ریلیف ولو Pressure Relief Valves اشاره کرد. این شیرها در اندازه‌ها و ابعاد مختلفی به بازار عرضه شده‌اند. با تخلیه گازها و مایعات از یک مسیر فرعی، مانع از افزایش فشار از مقدار ایمن معین می‌شوند.
بیشتر شیرهای کاهنده فشار به صورت خودکار عمل می‌کنند. با رسیدن به آستانه یا فراتر رفتن فشار از مقدار معین، عمل می‌کنند و مقدار فشار سیستم را به سطح قابل قبولی باز می‌گردانند.
در بسیاری از کشورها، صنایع نیاز به استفاده از شیرهای کاهنده فشار، لوله‌های تحت فشار، پایپینگ و سایر تجهیزات دارند. استانداردهایی که معمولا برای عملکرد ایمن این تجهیزات نیاز است، عبارتند از:
• API RP 520
• API RP 521
• API RP 526
• API RP 527
• ASME PD 583
• ISO 4126-1:2013
۶- بویلر یا دیگ بخار
بویلر یا دیگ بخار، مخزنی است که برای تبدیل آب داخل مخزن به بخار استفاده می‌شود. بویلر از انرژی شیمیایی ناشی از احتراق منابع سوختی مانند نفت یا گاز برای تولید گرما استفاده می‌کند. گرما سپس به آب منتقل می‌شود و فشار آب افزایش پیدا می‌کند و در نهایت مایع به بخار تبدیل می‌شود.
بویلرها یکی از اساسی‌ترین تجهیزات در پالایشگاه‌ها و کارخانه‌های فرآوری مواد شیمیایی هستند. یکی از مهمترین تجهیزات برای عملکرد ایمن در یک سیستم صنعتی هستند. دیگ‌های بخار به دو دسته اصلی تقسیم بندی می‌شوند:
• دیگ بخار واتر تیوب Water-Tube Boilers
• دیگ بخار فایر تیوب Fire-Tube Boilers
دیگ‌های بخار واترتیوب
دیگ‌های بخار واترتیوب در سیستم‌هایی با فشارهای بالا معمولا به کار می‌روند. در این مدل دیگ‌ها، آب درون لوله جریان پیدا می‌کند و آتش به صورت مستقیم به لوله‌ها برخورد می‌کند.
دیگ های بخار فایرتیوب
در این مدل از دیگ‌های بخار، گازهای داغی که از آتش عبور کرده‌اند از یک یا تعدادی لوله که در یک کانتینر آب نصب شده‌اند عبور می‌کند. گرمای گاز به دلیل هدایت حرارتی از دیوارهای لوله به آب منتقل می‌شود، آب گرم می‌شود و نهایتاً آب تبدیل به بخار می‌شود.
۷- پایپ لاین یا خطوط لوله
خطوط لوله از لوله‌های فلزی و پلاستیکی با اندازه‌های مختلف تشکیل شده که برای حمل و نقل نفت خام، فرآورده‌های نفتی تصفیه شده و گاز طبیعی مایع از مناطق تولیدی به پالایشگاه‌ها و سایر شرکت های فناوری استفاده می‌شوند. پایپ لاین‌ها سالانه میلیاردها بشکه نفت خام و سایر فرآورده‌های نفتی را حمل می‌کنند. این مایعات با استفاده از ایستگاه‌های پمپاژی که به صورت متناوب در طول خط لوله قرار گرفته‌اند، انتقال پیدا می‌کنند.
خطوط لوله به دو دسته اصلی تقسیم بندی می‌شوند: خطوط لوله نفت مایع و خطوط لوله گاز طبیعی. اغلب، خطوط لوله نفت برای انتقال موادی مانند نفت خام و سایر فرآورده‌های نفتی تصفیه شده، به کار می‌روند.
خطوط لوله گاز طبیعی برای انتقال گاز طبیعی، معمولا برای گاز رسانی به خانه‌ها و مشاغل، استفاده می‌شوند. اگر نفت و گاز را به عنوان خون در زندگی مکانیزه امروزی در نظر بگیریم، خطوط انتقال شریان‌ها و رگ‌های آن هستند.
البته باید توجه داشت که اگرچه ا ین خطوط برای گسترش شبکه جهانی نفت و گاز ضروری هستند اما چالش‌های بزرگی نیز ایجاد می‌کنند. خطوط لوله ممکن است با طول هزاران مایل از زیر اقیانوس‌ها، رودخانه‌ها، دریاچه‌ها، کوه‌ها و همچنین مناطق پرجمعیت شهری نیز عبور کنند. بنابراین خطوط لوله باید به طور صحیح مدیریت و نگهداری شوند.
تعمیر و نگهداری، بازرسی و تمیز سازی خطوط لوله باید با بهترین روش‌ها و فن آوری‌های پیشرفته به منظور اطمینان از عملکرد ایمن آنها انجام شود.
۸- کوره و هیتر در ابزار دقیق در پالایشگاه
هیتر که اغلب، کوره هم گفته می‌شود، تجهیزی است که اغلب برای گرم کردن گازها یا مایعات تا دمای مطلوب مورد استفاده قرار می‌گیرد.
هیترها نقش مهمی در صنعت پتروشیمی و پالایشگاه دارند که تاثیر عمده‌ای بر ایمنی واحد فرآیند، عملکرد درست و اقتصادی آن دارند که توسط ابزار دقیق در پالایشگاه بررسی می گردد.
آنچه در این مقاله خواندید، معرفی تجهیزات ثابت استفاده شده در ساخت سیستم‌های مرتبط با صنعت نفت و گاز و یا به طور کلی تجهیزات در پالایشگاه و پتروشیمی است. در مقاله بعدی معرفی تجهیزات در پالایشگاه و پتروشیمی به بررسی قسمت‌های دوار در آنها می‌پردازیم.

تجهیزات در پالایشگاه و پتروشیمی
بیشتر تجهیزات مورد استفاده در صنایع پالایش و فرآوری به عنوان تجهیزات فرآیند شناخته می‌شوند. هر تجهیز فرآیندی برای انجام یک کار خاص طراحی شده است. تجهیزات در پالایشگاه و پتروشیمی برای کاربردهای مختلفی مانند ذخیره سازی، کنترل جریان و نگهداری واکنش‌های شیمیایی استفاده می‌شوند.
به طور کلی، تجهیزات در پالایشگاه و پتروشیمی به دو دسته تقسیم بندی می‌شوند:
• ثابت
• دوار
تجهیزات ثابت و دوار چیست
ابتدا درمورد تعریف اینکه تجهیزات ثابت و دوار چیست توضیحاتی را عنوان می کنیم و سپس در ادامه کار درمورد زیر این تجهیزات و الزامات ابزار دقیق در پالایشگاه مطالب کاربردی را عنوان می کنیم.
هر قطعه‌ای از تجهیزات فرآیند که هیچ حرکتی نداشته باشد، تجهیزات ثابت عنوان می‌شود. این تجهیزات که گاهی تجهیزات استاتیک عنوان می‌شوند، شامل موارد زیر می‌شوند:
• مبدل‌های حرارتی
• پایپینگ
• تانک‌های ذخیره سازی
• شیر
• دستگاه‌های کاهنده فشار
• بویلر (دیگهای بخار)
• کوره و هیتر
• خطوط لوله
تجهیزات دوار به طور کلی به تجهیزات پردازشی بیان می‌شود که حرکت یا چرخش دارند. این تجهیزات اغلب برای پردازش مایعات در سیستم‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند و شامل موارد زیر می‌شوند:
• توربین
• پمپ
• کمپرسور
• موتور
• گیربکس
در هنگام طراحی تجهیزات فرآیند، باید به نوع محیطی که تجهیزات در آن به کار برده می‌شوند توجه شود. مهم است که تجهیزات به کار برده شده در برابر خوردگی و یا سایر ساز و کارهای آسیب‌زا در آن محیط خاص، مقاوم باشند. همچنین در هنگام طراحی باید بازرسی و نگهداری مناسب به منظور اطمینان از ایمنی و عملکرد درست تجهیزات در طول عمر آنها، لحاظ شود.

تجهیزات ساکن در پالایشگاه و پتروشیمی
۱- مبدلهای حرارتی
مبدل‌های حرارتی از سری تجهیزات فرآیند هستند که برای حداکثر کردن کارایی انتقال حرارت بین دو دستگاه یا سیال مختلف، طراحی و ساخته شده‌اند. در اکثر فرآیندهای صنعتی، از بین رفتن گرما باعث افزایش مصرف و ناکارآمدی می‌شود.

مبدل حرارتی چیست؟
مبدل حرارتی گرما را دریافت کرده و از آن مجدداً استفاده می‌کند. بدون مبدل، گرما در محیط زیست آزاد و اتلاف می‌شود.
مبدلهای حرارتی، امکان عبور مایع داغ از کنار مایعی سرد را بدون مخلوط شدن این دو مایع با یکدیگر را فراهم می‌کنند. گرما از مایع گرم به سرد منتقل می‌شود، مایعات سرد گرم می‌شوند و مایعات گرم خنک می‌شوند. بنابراین در این دستگاه‌ها گرما اتلاف نمی‌شود، بلکه منتقل و مجددا استفاده می‌شود.
این دو سیال یکی از لوله‌ای باریک عبور می‌کند و سیال دیگر اطراف لوله را احاطه می‌کند. مبدلهای حرارتی انواع مختلفی دارند و با توجه به مشخصات سیستم باید مناسب‌ترین مدل را انتخاب کنید. در حالت کلی می‌توان این تجهیز را به سه دسته کلی تقسیم بندی کرد:

1. مبدل‌های جریان موازی شامل دو مایع مختلف می‌شوند که از یک سمت وارد مبدل می‌شوند و در یک جهت جریان پیدا می‌کنند.
2. در مبدلهای حرارتی مخالف یا ناهمسو، مایع سرد از یک جهت و مایع گرم از جهت دیگر وارد مبدل می‌شوند و از کنار یکدیگر عبور می‌کنند. این مبدلها در انتقال حرارت کارآمدتر از سایر مدل‌ها هستند.
2. مبدل حرارتی متقاطع مایع سرد و گرم به صورت عمود با یکدیگر برخورد پیدا می‌کنند و گرما در محل تقاطع مبادله می‌شود.

۲- پایپینگ
امن‌ترین راه انتقال گازها و مایعات در سراسر کشورها یا بین تجهیزات در سیستم‌های تولیدی استفاده از خطوط لوله است. هر واحد فرآوری شامل مواد اولیه و سیالاتی می‌شود که نیاز به انتقال از یک نقطه به نقطه دارند. پایپینگ وسیله انتقالی جابه جایی مایعات و گازها در پالایشگاه‌ها و کارخانه‌های پردازش شیمیایی است.
اجزای به کار رفته در سیستم پایپینگ با توجه به نوع موادی که در حال انتقال هستند و شرایط محیطی، می‌تواند استیل، چدن، مس، پلاستیک و … باشند. لوله‌های سیستم پایپینگ معمولا با فلنج و یا با جوش به یکدیگر متصل می‌شوند.
تفاوت عمده خطوط لوله با پایپینگ در این است که خطوط لوله برای انتقال مواد در یک فاصله طولانی بین دو تاسیسات جداگانه یا توزیع به کار می‌رود. در حالی که سیستم پایپینگ برای انتقال گازها و مایعاتی مانند آب یا مواد شیمیایی در یک واحد صنعتی به کار می‌رود. در ادامه چند استاندارد مهم‌تر سیستم پایپینگ را ذکر خواهیم کرد.
استانداردهای مهم در سیستم پایپینگ
• API 570 ، کد بازرسی پایپینگ (بازرسی، تعمیرات، و تغییرات در سرویس سیستم لوله کشی). این استاندارد راهنمای مناسبی برای تشخیص این است که کدام پایپینگ تطابق بیشتری با CUI دارد.
• API RP 574 ، روش بازرسی برای قطعات سیستم لوله کشی. این استاندارد شیوه بازرسی پایپینگ، تیوب، شیرها و اتصالات را بررسی می‌کند.
• API RP 578 ، تاییدیه متریال‌های جدید و موجود در سیستم پایپینگ. دستورالعملی برای تضیمن مواد و کیفیت در سازگاری با آلیاژ سیستم پایپینگ.
• API RP 583 ، خوردگی زیر عایق و ضد حریق که شامل طراحی، تعمیر و نگهداری، بازرسی و روش‌های رسیدگی به CUI های خارجی که در لوله‌های تحت فشار، مخازن ذخیره سازی و کوره‌ها کاربرد دارد.
• ASME PCC-2 ، تعمیر تجهیزات فشار و لوله کشی، روشهایی برای تعمیرات تجهیزات و پایپینگ در محدوده کدها تکنولوژی فشار ASME
• ASTM STP 880 ، خوردگی فلزات عایق حرارتی، که اطلاعات مربوط به مشکلات خوردگی در تجهیزات عایق کاری حرارتی و اجزای لوله کشی در صورت مرطوب شدن اجزا ارائه می‌دهد.
۳- تانک ذخیره سازی
مخازن، ظروف بزرگی هستند که معمولا از فلز ساخته شده و بر روی زمین نصب می‌شوند. این مخازن به گونه‌ای طراحی شده‌اند که به طور موقت، مایعات یا گازهای مختلفی را ذخیره کنند. مخازن را می‌توان برای نگهداری موادهای مختلفی به کار برد از آب تا نفت خام یا محصولات شیمیایی مختلف.
یکی از استانداردهایی که بر روی این تانک‌ها اعمال می‌شود API 653 است – بازرسی تانک، تعمیرات، تغییرات و بازسازی. این استاندارد را موسسه نفتی آمریکا -American Petroleum Institute- تهیه و منتشر کرده است. تا قبل از سال ۲۰۰۰ تنها استانداردی که برای مخازن ذخیره سازی اعمال می‌شد، API 653 بود.
۴- شیر های صنعتی
ولو یا شیرهای صنعتی برای تنظیم مایعات در سیستم به کار می‌روند. مواد عبوری از تاسیسات و سیستم‌های صنایع پتروشیمی برای محیط زیست و افرادی که با آن در تماس هستند خطرناک است. بنابراین مهم است در هنگام طراحی سیستم از شیری استفاده کنید که نشتی نداشته باشد. از شیرهای رایج در صنعت نفت و گاز می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
• شیر کنترلی
• باترفلای ولو یا شیر پروانه‌ای
• بال ولو یا شیر توپی
• چک ولو یا شیر یکطرفه
• گلوب ولو یا شیر کروی

متریال شیرهای به کار رفته با توجه به نوع سیال عبوری از آن مشخص می‌شود. متریال بدنه می‌تواند فولاد، چدن، استیل ۳۰۴، استیل ۳۱۶، مونل و… باشد، که با توجه به میزان خورندگی و سایر مشخصات سیال باید انتخاب شود. برای مطالعه بیشتر درباره انواع شیرهای صنعتی می توانید به مقاله آشنایی با انواع شیر صنعتی مراجعه کنید.
۵- دستگاه کاهنده فشار
دستگاه‌های کاهنده فشار (Pressure Relieving Devices) از تجهیزات نصب شده در پالایشگاه‌ها، کارخانه‌های شیمیایی و سایر سیستم‌های مشابه صنعتی هستند که برای آزاد سازی فشارهای زیاد ورودی در موارد ضروری به کار می‌روند.
این دستگاه‌ها را می‌توان در کنار گیج فشار برای گاز، بخار آب، مایعات یا بخار مایعات به کار برد. عملکرد صحیح دستگاه‌های کاهنده فشار برای محافظت از اپراتور کارخانه‌ها و تجهیزات ضروری است. حوادث غیرمترقبه ناشی از فشارهای بالا می‌تواند باعث آسیب به تجهیزات، از بین رفتن کنترل و در نتیجه قطعی کل سیستم شود.
ابزار دقیق در پالایشگاه مجموعه بسیار گسترده ای از انواع ترانسمیتر فشار و گیج دما و به طور کلی هر آنچه که نیاز به کنترل و مانیتورینگ دقیق مقادیری همچون فشار و دما و کنترل سیال است.
ما در اویلی کالا مفتخریم که با کیفیت ترین متریال و برندهای ابزار دقیق در پالایشگاه را در اختیار کارفرمایان محترم قرار می دهیم.
تجهیزات مکانیکی پتروشیمی برای اینکه عملکرد درستی داشته باشند نیاز به تجهیزات پتروشیمی که عملیات پایش و مانیتورنگ و ارسال گزارشات دقیق دارند تا بتوانند خروجی درستی را برای پالایشگاه و پتروشیمی داشته باشند.
شیر اطمینان و ریلیف ولو
از رایج‌ترین دستگاه‌های کاهنده فشار می‌توان به شیر اطمینان Pressure Safety Valves و ریلیف ولو Pressure Relief Valves اشاره کرد. این شیرها در اندازه‌ها و ابعاد مختلفی به بازار عرضه شده‌اند. با تخلیه گازها و مایعات از یک مسیر فرعی، مانع از افزایش فشار از مقدار ایمن معین می‌شوند.
بیشتر شیرهای کاهنده فشار به صورت خودکار عمل می‌کنند. با رسیدن به آستانه یا فراتر رفتن فشار از مقدار معین، عمل می‌کنند و مقدار فشار سیستم را به سطح قابل قبولی باز می‌گردانند.
در بسیاری از کشورها، صنایع نیاز به استفاده از شیرهای کاهنده فشار، لوله‌های تحت فشار، پایپینگ و سایر تجهیزات دارند. استانداردهایی که معمولا برای عملکرد ایمن این تجهیزات نیاز است، عبارتند از:
• API RP 520
• API RP 521
• API RP 526
• API RP 527
• ASME PD 583
• ISO 4126-1:2013
۶- بویلر یا دیگ بخار
بویلر یا دیگ بخار، مخزنی است که برای تبدیل آب داخل مخزن به بخار استفاده می‌شود. بویلر از انرژی شیمیایی ناشی از احتراق منابع سوختی مانند نفت یا گاز برای تولید گرما استفاده می‌کند. گرما سپس به آب منتقل می‌شود و فشار آب افزایش پیدا می‌کند و در نهایت مایع به بخار تبدیل می‌شود.
بویلرها یکی از اساسی‌ترین تجهیزات در پالایشگاه‌ها و کارخانه‌های فرآوری مواد شیمیایی هستند. یکی از مهمترین تجهیزات برای عملکرد ایمن در یک سیستم صنعتی هستند. دیگ‌های بخار به دو دسته اصلی تقسیم بندی می‌شوند:
• دیگ بخار واتر تیوب Water-Tube Boilers
• دیگ بخار فایر تیوب Fire-Tube Boilers
دیگ‌های بخار واترتیوب
دیگ‌های بخار واترتیوب در سیستم‌هایی با فشارهای بالا معمولا به کار می‌روند. در این مدل دیگ‌ها، آب درون لوله جریان پیدا می‌کند و آتش به صورت مستقیم به لوله‌ها برخورد می‌کند.
دیگ های بخار فایرتیوب
در این مدل از دیگ‌های بخار، گازهای داغی که از آتش عبور کرده‌اند از یک یا تعدادی لوله که در یک کانتینر آب نصب شده‌اند عبور می‌کند. گرمای گاز به دلیل هدایت حرارتی از دیوارهای لوله به آب منتقل می‌شود، آب گرم می‌شود و نهایتاً آب تبدیل به بخار می‌شود.
۷- پایپ لاین یا خطوط لوله
خطوط لوله از لوله‌های فلزی و پلاستیکی با اندازه‌های مختلف تشکیل شده که برای حمل و نقل نفت خام، فرآورده‌های نفتی تصفیه شده و گاز طبیعی مایع از مناطق تولیدی به پالایشگاه‌ها و سایر شرکت های فناوری استفاده می‌شوند. پایپ لاین‌ها سالانه میلیاردها بشکه نفت خام و سایر فرآورده‌های نفتی را حمل می‌کنند. این مایعات با استفاده از ایستگاه‌های پمپاژی که به صورت متناوب در طول خط لوله قرار گرفته‌اند، انتقال پیدا می‌کنند.
خطوط لوله به دو دسته اصلی تقسیم بندی می‌شوند: خطوط لوله نفت مایع و خطوط لوله گاز طبیعی. اغلب، خطوط لوله نفت برای انتقال موادی مانند نفت خام و سایر فرآورده‌های نفتی تصفیه شده، به کار می‌روند.
خطوط لوله گاز طبیعی برای انتقال گاز طبیعی، معمولا برای گاز رسانی به خانه‌ها و مشاغل، استفاده می‌شوند. اگر نفت و گاز را به عنوان خون در زندگی مکانیزه امروزی در نظر بگیریم، خطوط انتقال شریان‌ها و رگ‌های آن هستند.
البته باید توجه داشت که اگرچه ا ین خطوط برای گسترش شبکه جهانی نفت و گاز ضروری هستند اما چالش‌های بزرگی نیز ایجاد می‌کنند. خطوط لوله ممکن است با طول هزاران مایل از زیر اقیانوس‌ها، رودخانه‌ها، دریاچه‌ها، کوه‌ها و همچنین مناطق پرجمعیت شهری نیز عبور کنند. بنابراین خطوط لوله باید به طور صحیح مدیریت و نگهداری شوند.
تعمیر و نگهداری، بازرسی و تمیز سازی خطوط لوله باید با بهترین روش‌ها و فن آوری‌های پیشرفته به منظور اطمینان از عملکرد ایمن آنها انجام شود.
۸- کوره و هیتر در ابزار دقیق در پالایشگاه
هیتر که اغلب، کوره هم گفته می‌شود، تجهیزی است که اغلب برای گرم کردن گازها یا مایعات تا دمای مطلوب مورد استفاده قرار می‌گیرد.
هیترها نقش مهمی در صنعت پتروشیمی و پالایشگاه دارند که تاثیر عمده‌ای بر ایمنی واحد فرآیند، عملکرد درست و اقتصادی آن دارند که توسط ابزار دقیق در پالایشگاه بررسی می گردد.
آنچه در این مقاله خواندید، معرفی تجهیزات ثابت استفاده شده در ساخت سیستم‌های مرتبط با صنعت نفت و گاز و یا به طور کلی تجهیزات در پالایشگاه و پتروشیمی است. در مقاله بعدی معرفی تجهیزات در پالایشگاه و پتروشیمی به بررسی قسمت‌های دوار در آنها می‌پردازیم.