ظرف تبخیر ناگهانی(Flash Drums)
شرح و توصیف
یکی از وسایلی که در اکثر واحدهاي پالایشگاهی و پتروشیمیایی مورد استفاده قرار میگیرند و وظایف مختلف و مهمی بر عهده دارند، ظروف تبخیر ناگهانی هستندکه در اصطلاح ظروف Flash نامیده میشوند. جریان سیال ورودي به این ظروف، در داخل ظرف به صورت دو فاز مایع و گاز در می آید. اساس جداسازي اجزاء مختلف در ظروفFlash اختلاف دانسیته موجود بین اجزاء میباشد. به طوریکه اجزائی که داراي دانسیته بالاتري هستند از جریان مایع پایین ظرف خارج میشوند و اجزائی که داراي دانسیته پایینتري هـستند از جریان گاز بالاي ظرف خارج میشوند.
دوفازي شدن جریان سیال به خاطر پایین بودن نسبی فشار جریان از فشار نقطه جوش جریان میباشد. این فشار نسبی پایین به جریان سیال اجازه میدهد که به دو فاز مایع و گاز تبدیل شود. در اکثر موارد از ظـروف Flash در جایی استفاده میشود که جریان سیال داراي این قابلیت باشد. اما اگر فشار جریان سیال از فشار نقطه جوش سیال بالاتر باشد و بخواهیم از ظرف Flash استفاده کنیم از یک شیر فشارشکن قبل از ورود جریان به ظرف Flash استفاده میشود تا به این وسیله فشار جریان به مقدار مطلوب برسد.
بعضی از افراد به اشتباه تصور میکنند که ورود جریان مایع به یک ظرف بزرگ باعث دو فازي شدن جریان میشود. البته با توجه به وجود فشار بخار مایعات، تبخیر کسر کوچکی از جریان مواد ورودي درست است. اما اساس کار در ظروف تبخیر ناگهانی در مورد جریان هاي مایع، عبور جریان مواد از شیر فشار شکن، ایجاد افت فشار زیاد در جریان و در نتیجه آن تبخیر کسر قابل توجهی از جریان ورودي به ظرف تبخیر ناگهانی میباشد.
ظرف تبخیر ناگهانی نیز فضاي لازم براي دو فازي شدن این سیال و امکان جداسازي این دو فاز را ایجاد میکند. در محل ورود جریان سیال به ظرف تبخیر ناگهانی، از یک بافل(Baffle) که به صورت یک مانع در مقابل ورود سیال به ظرف قرار گرفته است، استفاده میشود. وظیفه این بافل، جلوگیري از حرکت میانبري(Shortcut) جریان مواد ورودي به محل خروج گاز یا بخار خروجی از ظرف میباشد. در مورد ظروف تبخیر ناگهانی عمودي معمولا از یک بافل (Baffle) مدور استفاده مـیشود که این بافل باعث ایجاد حرکت چرخشی مواد ورودي به ظرف میشود. حرکت چرخشی مواد، عامل ایجاد نیروي سانتریفوژي میباشد که باعث حرکت سریعتر مواد سنگینتر به پایین ظرف تبخیر ناگهانی میشود. در شکل زیر محل قرار گرفتن این بافل در دو ظرف تبخیر ناگهانی متفاوت نشان داده شده است.
معمولاً در قسمت بالاي ظروف تبخیر ناگهانی از توري هاي فلزي استفاده میشود. به این تـوري هـا در اصـطلاح Wire mesh گفته میشود. نقش این توري هاي فلزي جذب ذرات ریز مایع موجود در فاز بخار خروجی از ظرف تبخیر ناگهانی میباشد. لذا اگر ذرات ریز مایع همراه جریان بخار باشند با وجود این توري ها دوباره به قسمت مایع ظرف تبخیر ناگهانی بازگشت داده میشوند. لازم به ذکر است که وجود قطرات و ذرات ریز مایع در جریان گاز ورودي به کمپرسور میتواند اثرات مخربی بر کمپرسور داشته باشد. در شکل ۳ نحوه قرار گرفتن Wire mesh در بالاي ظرف تبخیر ناگهانی نشان داده شده است.
انواع ظروف تبخیر ناگهانی
به طور کلی ظروف تبخیر ناگهانی از تنوع زیادي در صنعت برخوردار نیستند. اما در اکثر واحدهاي پالایشگاهی و در بعضی از واحدهاي پتروشیمی، جداکننده هایی مشاهده میشوند که تا حدي با ظروف تبخیر مـشابهند. این ظروف داراي سه جریان خروجی میباشند. دو جریان بخار و مایع که در مورد ظرف تبخیر ناگهانی به آنها اشاره شد، در این ظروف نیز وجود دارند. علاوه بر این دو جریان، یک جریان دیگر نیز از بخش زیرین این ظرف خارج میشود که از جریان مایع دیگر سنگینتر است. با توجه به اینکه در بعـضی موارد در جریان مواد نفتی، مقداري آب وجود دارد و از طرف دیگر در بعـضی موارد نیز براي انجام عمل جداسازي از بخار استفاده میشود، لذا در بعضی از جریان هاي موجود، مقداري آب نیز وجود دارد. براي جداسازي این آب، میتوان از روش هاي مختلفی استفاده کرد. ولی یکی از راه هاي جداسازي این آب که مقدار آن نیز زیاد نیست، استفاده از یک استوانه عمودي نسبتاً کوچک است که در زیر ظروف Flash قرار میگیرد. به این قسمت از ظروف تبخیر ناگهانی Boot گفته میشود. همانطوریکه میدانید، آب از اکثر مواد نفتی سنگینتر است، لذا در ظروف تبخیر ناگهانی، این آب در زیر قسمت مایع هیدروکربنی قرار میگیرد و با توجه به وجود Boot در زیر ظروف تبخیر ناگهانی، این آب در این قسمت جمع میشود و به این ترتیب مقداري از آب موجود در جریان نفتی از این جریان خارج میشود. خارج کردن آب از بوت میتواند به صورت پیوسته و یا ناپیوسته صورت بگیرد. در aکل ۴ نحوه ورود و خروج جریان ها به صورت شماتیک نشان داده شده است.
ظروف جداساز(Separator) را میتوان از دیدگاه هاي مختلف مورد تقسیم بندي قرار داد. انواع ظروف جداساز از لحاظ شکل و نحوه قرار گرفتن، به سه صورت زیر تقسیم میشوند:
۱٫ظروف جداساز استوانه اي عمودي
۲٫ظروف جداساز استوانه اي افقی
۳٫ظروف جداساز کروي شکل
در شکل ۵ نحوه ورود و خروج مواد به یک ظرف جداساز کروي مشاهده میشود. در شکل ۶ یک ظرف جداساز استوانه اي عمودي در حال ساخت و یک ظرف تبخیر ناگهانی در مقیاس صنعتی نشان داده شده است.
کاربرد ظروف تبخیر ناگهانی
در قسمت هاي قبل، کاربرد این ظروف در جداسازي اجزاي سبک و سنگین جریان در اثر دوفازي شدن مواد ورودي به این ظرف توضیح داده شد.
عیوب ظروف تبخیر ناگهانی
ظروف تبخیر ناگهانی از دستگاه هایی به شمار میروند که کمتر باعث بروز مشکل در فرآیند میشوند و معمولا اپراتورها با این ظروف مشکل خاصی ندارند. با این حال در مواردی که عملیات واحد در حالت Start up یا Shut down میباشد و متغیرهاي فرایندي در حال تغییر میباشند احتمال ایجاد تغییر در دما، فـشار جریان ورودي به ظرف Flash امر عادي میباشد. در این حالات، هر گونه تغییر در متغیرهاي عملیاتی جریان ورودي به این ظرف، به طور مستقیم روي ترکیب مواد خروجی از بالا و پایین Flash drum تاثیر میگذارند. لذا باید با استفاده از کنترلرهاي مختلف، متغیرهاي عملیاتی موردنظر را در دامنه خاصی کنترل نمود. یکی از مهمترین این کنترلرها، کنترلر سطح مایع در ظرف تبخیر ناگهانی میباشد. در کنار این کنترلرها، کنترلر دما و فشار نیز از اهمیت بالایی برخوردارند به طوریکه اگر دماي سیال ورودي به ظرف Flash افزایش یابد باعث بالا رفتن دماي ظرف Flash خواهد شد و این فاکتور باعث افزایش شدت جریان بخار خروجی از بالاي ظـرف Flash خواهد شد و بدین ترتیب سطح مایع در داخل ظرف پایین خواهد آمد. تغییرات فشار ورودي نیز میتواند باعث اثرات مشابهی گردد. در چنین مواردي است که نقش کنترلرهاي سطح مهمتر میباشد. معمولاً سطح مایع در داخل ظرف تبخیر ناگهانی در چهار مورد زیر حائز اهمیت است:
– HHLL (High High Liquid Level)
– HLL (High Liquid Level)
– LLL (Low Liquid Level)
– LLLL (Low Low Liquid Level)
چهار مورد فوق‌الذکر روي شکل نشان داده شده اند. در مورد این سطوح باید گفت که وظیفه کنترلر سطح، کنترل سطح مایع موجود در ظرف Flash در محدوده بـین HLL و LLL می باشد. اما در بعـضی از موارد با تغییر شرایط سیستم کنترلر توانایی کنترل سطح در این ناحیه را ندارد.
در این شرایط سطح مایع از مقدار مورد نظر پایینتر یا بالاتر میرود. وقوع یک چنین مواردي براي عملیات واحد خطرناك میباشد. زیرا اگر سطح مایع از حد خاصی بالاتر رود احتمال وجود ذرات مایع در جریان گاز خروجی از بالاي ظرف Flash افزایش یافته و این مورد علاوه بر کاهش کیفیت محصولات باعث تخریب کمپرسور و وسایل دیگري که براي جریان گاز در نظر گرفته شده اند نیز میگردد. کاهش ارتفاع مایع موجود در ظرف Flash نیز علاوه بر کاهش کیفیت محصول احتمال وجود حباب هاي گاز در جریان مایع را افزایش میدهد که این مورد باعث میشود پمپ و وسایل دیگري که براي جریان مایع تعبیه شده اند آسیب ببینند. لذا در این مواقع که سطح مایع به سطوح HHLL یا LLLL میرسد پیغام هاي هشداردهنده اي توسط دستگاه تولید میشود و بدین ترتیب اپراتور واحد اقدام مقتضی را به عمل می آورد.
تهیه کننده: محمد بهزادی
