25/09/2020
5️⃣
-
السلام عليكم ...
نعتذر عن التأخير في تقديم هذه الحلقة في موعدها بسبب كثرة الالتزامات ومشاغل العمل.
تكلمنا في الحلقات السابقة عن طرق تهيئة النفطالخام لعمليات التكرير عن طريق معالجته بازالة الاملاح والماء ونزع الغازات الخفيفة منه وتقليل المحتوى الكبريتي فيه , كل هذه العمليات لتجنب حدوث اضرار اقتصادية ومشاكل تشغيلية في معدات وحدات التصفية.
يتم استقبال النفط الخام في مصافي النفط عن طريق خطوط الانابيب او ناقلات النفط البرية او البحرية. من الجدير بالذكر انه من المهم ان يتم خزن النفط في خزان النفط الخام الذي لايتم السحب منه لتغذية وحدات التصفية لغرض فصل الماء الموجود في النفط, حيث يجب ان يتم عمل Drainage للخزانات كل 20 ديقية وذا سيتم ذكره في موضوع الخزانات في وقت لاحق.
يتم تصميم وحدات التقطير وتحديد طاقة التصفية لها والمقاسة (برميل نفط خام / يوم) بعد دراسة مواصفات النفط الخام المستخدم فيها وقد يتم التصميم ملائم لاستخدام اكثر من نوع من انواع النفط الخام كما هو معمول في بعض وحدات المصافي في العراق مثلاحيث تكون مصصمة لتكرير اكثر من اربعة او خمسة انواع من النفط الخام , وايضا المنتجات المطلوب الحصول عليها تعتبر من المحددات لتصميم وحدات التصفية, في اغلب وحدات التصفية يتم انتاج خمسة انواع الاساسية من المنتجات في وحدة التقطير الجوي وهي : (النفثا الخفيفة والنفثا الثقيلة والكيروسين والديزل وزيت الوقود), قد تختلف تسميات المنتجات من بلد لاخر, لكن المعنى واحد.
جميع عمليات التقطير للنفط الخام متشابهة مبدئيا, عموما جميع عمليات التقطير تحتاج الى المعدات الاساسية التالية: #مسخنات, , , , , , , #خزانات, , .
تصمم ميكانيكيا للعمل على تكوين حالة توازن بين الابخرة الصاعدة والسوائل النازلة داخل البرج وبشكل متكررواعادة فصلهمها, وان اكثر طرق تكسير النفط الخام في برج التقطير تحت الضغط الجوي الاعتيادي لمنتوجاته الخام تعتبر من عمليات التقطير الشائعة والمألوفة بشكل واسع.
يضخ النفط الخام الى وحدة التقطيرعبر منظومة المبادلات الحرارية ثم الافران الحرارية وبعدها يدخل الى برج التقطير في منطقة الوميض (Flash Zone), يجب تسخين النفط الخام لدرجة الحرارة المطلوبة لتبخر منتوجاته قبل دخوله الى برج التقطير بواسطة الفرن الحراري لتصل الى حدود ال370 مؤية, لانه من غير الملائم تسخين النفط الخام للوصول الى تبخيره داخل البرج.
يتم تسخين النفط الخام قبل دخوله برج التقطير بعدة مراحل وتبدأ بسلسلة من المبادلات الحرارية وذلك باستخدام المنتجات البترولية المتقطرة الساخنة كوسط لاحماء النفط الخام الى درجة حرارة تتراوح مابين 150 – 200 مؤية تقريبا وهذا يعتمد على نوعية وحرارة النفط الخام المغذي للوحدة. يعد ذلك يتم تسخينه بواسطة الفرن الحراري والذي يحتوي على مجموعة كبيرة من الانابيب موزعة في قسمي الحمل والاشعاع حيث يضخ النفط الخام داخل هذه الانابيب الموجودة في قسم الحمل اولا ويتم تسخينه نتيجة تلامس غازات الاحتراق الساخنة لسطوح هذه الانابيب, ويتم نقل النفط الخام بعدها الى المجموعة الثانية من الانابيب والموجودة في قسم الاشعاع حيث الخرارة العالية جدا وهنا يتم تسخين النفط نتيجة تلامس اللهب لسطح الانابيب مباشرة حيث ان 60% من الحرارة التي يكتسبها النفط الخام في الفرن تعطى في قسم الاشعاع من الفرن والذي يقع في الجزء السفلي منه.
نلاحظ مما تقدم اعلاه, ان احماء وتسخين النفط الخام يتم بصورة تدريجية تجنبا من تعرض النفط للحرارة العالية مباشرة خوفا من تفكك بعض المركبات الهيدروكربونية الموجودة فيه نتيجة عملية التكسير الحراري مما يسبب تفحم هذه المركبات الهايدروكربونية وترسبها داخل انابيب الفرن.
كما تعطى حرارة اضافية الى النفط الخام عند تقطيره بواسطة حقن بخار الماء مباشرة الى برج التقطير اسفل نقطة دخول النفط الخام الساخن الى البرج, وهذا بدوره يساعد على تهيج النفط الخام الساخن.
كمية المواد المتبخرة في منطقة الوميض من البرج تعتمد اعتمادا كليا على الضغط ودرجة الحرارة للنفط الخام الداخل للبرج, حيث ان الضغط الكلي داخل برج التقطير اعتيادي وينظم بمقدار يجعل الغازات الخارجة من البرج مستمرة بالجريان من القسم الاعلى من البرج لتذهب الى وحدة معالجة الغاز ليتم استخدامه فيما بعد كوقود للفرن الحراري. برتفع النفط المتبخر خلال الصواني الحديدية الموجودة داخل البرج ممزوجا مع السوائل النازلة فوق كل صينية, وعند كل صينية يتم تبخر القطفات سريعة التبخر (ذات درجة الفليان الواظئة) ويتم تكثيف القطفات البطيئة التبخر والموجودة في الابخرة (ذات درجات الغليان العالية), وهكذا نلاحظ تجمع القطفات البترولية ذات درجات الغليان الواطئة تتجمع في اعلى البرج وبالتدريج والقطفات البترولية ذات درجات الغليان العالية تتجمع في اسفل البرج, وان درجة التقطير تعتمد على عدد الصواني في البرج وكذلك على معدل الراجع (السائل المتكثف).
الابخرة المتصاعدة من اعلى برج التقطير يتم تبريدها في المكثف العلوي ويتجمع في الوعاء العلوي على شكل سائل جزء من هذا السائل المتكاثف يرجع الى اعلى البرج كراجع Reflux , والجزء الباقي يضخ كمنتوج النفثا الخفيف, والابخرة الغير متكثفة تضخ الى وحدة معالجة الغاز او الى منظومة الFlare ليتم حرقها. تستخدم ابراج التقطير ذات السحبات المتعددة لغرض انتاج المركبات الوسطية من النفط الخام ويكون السحب بين صينية التغذية وصواني اعلى البرج, لكن هذه المنتجات عادة تكون غير مرغوبة بسبب احتواءها على مركبات خفيفة ذات درجة الغليان الواطئة وهنا يجب التخلص من هذه المركبات الخفيفة لتحسين مواصفات هذه المنتجات المتقطرة عن طريق ابراج نزع المركبات الخفيفة منها واعادتها الى برج التقطير. ومعالجة المنتجات في وحدات لاحقة سيتم شرحها لاحقا.
يدخل النفط الخام والمتبخر جزئيا الى برج التقطير بدرجة حرارة عالية ويتم عزل المنتوجات السائله منه تحت درجات الحرارة الواطئة, لهذا يجب ازالة هذه الحرارة, حيث ان مقدار السائل الراجع المطلوب لازالة هذه الحرارة الفائضة في البرج يتم تحديده بعد عمل موازنة الحرارة حول البرج. يضمن السائل الراجع ارجاع المركبات ذات درجات الغليان الواطئة الى القطفات البترولية العائدة لها (اي ضمن مكوناتها), توجد هناك انواع عديدة من الراجع, تم استخدام نوعين من الراجع في هذه الوحدة وهما الراجع الحار والراجع البارد.
الراجع البارد يجهز من اعلى البرج وتحت حرارة اقل من الحرارة المقابلة عند نقطة الاضافة في البرج ويمنع هذا الراجع المركبات الخفيفة والمرغوبة في المنتجات من التطاير, وهذا الراجع يسقط خلال البرج من لاسف ممتص الحرارة اللزمة لتكثيف المركبات الثقيلة, والحرارة الممتصة من قبل الراجع تسبب تبخره, ويتكاثف هذا الراجع المتبخر ثانية اما في المكثف العلوي او في نفس برج التقطير, حيث تزال هذه الحرارة بواسطة التبريد بالهواء قبل اعادة الراجع الى البرج.
الراجع الحار هو الراجع المضاف الى البرج في نفس درجة حرارة مقطع البرج الذي يضاف الراجع عنده. الراجع او الفائض المنسكب من صينية الى اخرى داخل البرج يعتبر راجع حار.
هناك نوع من انواع الراجع ويسمى بالراجع الدوار والذي يختلف عن نوعي الراجع المذكورين. حيث ان هذا الراجع لايتبخر وانه قادر على ازالة الحرارة المحسوسة فقط.
: هي الحرارة المطلوبة لتسخين السائل من الحرارة الواطئة الى الحرارة العالية بدون تبخر.
وهذا النوع من الراجع يكون مناسب لازالة الحرارة عند النقاط الواقعة اسفل قمة البرج. ويستخدم الراجع الدوار كوسيلة لازالة الحرارة من البرج عند نقاط ذات مستويات حرارة عالية حيث يستفاد منها بالتبادل الحراري مع النفط الخام المغذي لوحدة التقطير في مرحلة الاحماء.
1- انتاجية المنتج البترولي: وهي اساسا دالة على تركيب النفط الخام وليس على درجة التقطير.
2- عدد الصواني داخل برج التقطير: يؤثر من خلال تغيير معتدل فقط لمدى درجات غليان المنتوجات, من خلال قياس نقطة الغليان الابتدائي IBPونقطة الغليان النهائي EBPمقارنة مع التقطير القياسي للمنتج في النظام ASTM.
3- نقطة الغليان الابتدائي: تكون هذه النقطة للمنتوج المسحوب جانبيا من البرج واطئة لذا يجب تعديلها في ابراج النزع.
4- نقطة الغليان النهائي: يتم تنظيم هذه النقطة بتغيير معدل السحب للمنتوج من برج التقطير.
تعتبر الحرارة والضغط ومعدل الجريان المتغيرات التشفيلية الاساسية في وحدة تقطير النفط الخام.
لتوضيح هذه المبادئ التي ذكرناهاو نتابع :
مثلا لو اردنا زيادة نقطة الغليان النهائي EBPلمنتوج زيت الديزل بدون تغيير نقطة الغليان الابتدائي IBP , يجب زيادة حرارة الراجع من زيت الديزل الى البرج من اسفل صينية سحب زيت الديزل, مما يسبب تصاعد في ابخرة كثيرة من مقطع زيت الديزل في البرج تاركا زيت كسائل ثقيل.
واذا اردنا زيادة نقطة الغليان IBPلزيت الديزل وبدون تغيير نقطة الغليان النهائي EBP, يجب اولا زيادة معدل جريان الكيروسين المسحوب من البرج. وتقليل الراجع من مققطع الكيروسين الى مقطع الديزل داخل البرج, وبالتالي يؤدي الى انتاج زيت ديزل ثقيل نسبيا ذات نقطة غليان ابتدائي عالية IBPتاركا تصاعد اكثرللابخرة الخفيفة.
ولزيادة نقطة الغليان النهائي EBPلمنتوج الكيروسين بدون تغيير نقطة الغليان الابتدائي IBP, يجب زيادة معل جريان الكيرويبن المسحوب من برج التقطير وهذا يسمح بتصاعد الابخرة الثقيلة من الى مقطع الكيروسين في البرج وتقليل كمية الراجع من مقطع الكيروسين الى مقطع زيت الديزل.
ولزيادة نقطة الغليان الابتدائي IBPلمنتوج الكيروسين وبدون تغيير نقطة الغليان النهائي EBP , يجب تقليل معدل جريان الكيروسين الخارج من البرح وفي نفس الوقت يتم زيادة معدل الجريان للنفثا الثقيل من البرج, وهذه يؤدي الى زيادة في جريان النفثا الثقيل المنتجة وبدوره سيقلل كمية الراجع من صواني النفثا الثقيل الى صواني مقطع الكيروسين مما يجعل منتوج الكيروسين سائلا ثقيلا وبالتالي تزداد نقطة الغليان الابتدائي له.
ومن الجدير بالذكر ان نقاط الغليان الابتدائية والنهائية للكيروسين ونقطة الغليان الابتدائية لزيت الديزل تزداد وتقل ايضا بواسطة التحكم بحرارة اعلى البرج معدل جريان النفثا الثقيل. وايضا يمكن السيطرة والتحكم بهذه المتغيرات بواسطة عمليات النزع.
#ملاحظة: التحكم بمعدلات الجريان ودرجات الحرارة والضغوط يتم بواسطة صمامات السيطرة Control Valvesمن خلال غرف السيطرة. وسيتم شرح الية عملها وانواعها بالتفصيل في حلقة كاملة خاصة بها.
وايضا يجب الاخذ بنظر الاعتبار حرارة منطة الوميض Flash Zone يجب ان تكون اعلى بقليل من الحرارة المطلوبة ليتسنى تقطير المنتوجات العلوية مع تثبيت حرارة اعلى البرج والحفاظ على ظروف معدلات الجريان للمنتوجات, لضمان عمل البرج بشكل جيد.