بخشی از مقاله
چکیده
پس از یک مطالعه میدانی 8 ساله در پالایشگاه اصفهان شامل مشاهدات عینی، بررسی دادههای واحد و مقاومتهای جرمگرفتگی، همچنین آنالیز نمونههای جرم مبدلهای زنجیره پیشگرمکن، تأیید شد که جرمگرفتگی غیر معمول و خاصی در مبدلهای واقع بعد از نمکزدا و قبل از مخزن انبساط ناگهانی - بخش میانی - اتفاق میافتد. به منظور تعیین عوامل مؤثر، با مرور گسترده مقالات موجود، چهار نمونه عملیاتی با همین معضل شناسایی شد. نکته قابل توجه در رابطه با این نوع جرمگرفتگی، وجود بیش از 50 درصد محتوای غیر آلی در نمونههای جرم جمعآوری شده در دو تعمیرات اساسی پالایشگاه اصفهان بود که همانند پالایشگاههای Yanbu و مورد مطالعه Chevron، ترکیبات آهن و کلسیمکربنات داشت.
با بررسی عمیق نتایج مطالعه پالایشگاه اصفهان و نیز نمونههای عملیاتی مذکور به همراه دلایل و راهکارهایی که در رابطه با آنها مطرح شده، یک مکانیسم 6 مرحلهای بر مبنای پیشنهاد Lambourn و Durrieu ارائه میشود که طبق آن، تعامل آسفالتن با آب و نمکهای محلول در آن و سولفیدهای آهن - یعنی مجموع فرایندهای شیمیایی و فیزیکی - منجر به تهنشینی جرم شدید، چسبناک و پایدار بر سطوح لوله مبدلهای بخش میانی میگردد. عملکرد نمکزدا و تزریق آب، هیدرولیز کلریدهای آب نمک و تزریق کاستیک، وابستگی حلالیت آسفالتنها به دما و عملکرد آنها به صورت مواد فعال در سطح ناشی از نوع ساختار مولکولی، همچنین جرمگرفتگی قابلتوجه سمت پوسته - از سیال گازوئیل خلأ - ، مواردی هستند که بهعنوان عوامل مؤثر شناساییشده و به تفصیل مورد بررسی قرارگرفتهاند.
واژگان کلیدی: جرمگرفتگی، نفت خام، مبدل حرارتی، زنجیره پیشگرمکن، نمکزدا، آسفالتن، امولسیون آب در نفت
-1 مقدمه
جرمگرفتگی مبدلهای پیشگرمکن در واحدهای تقطیر نفتخام، هنوز معضلات عملیاتی، زیستمحیطی و اقتصادی به-همراه دارد که ماهیت پیچیده نفتخام، بر مشکلات رویارویی با این پدیده میافزاید. در آرایش معمول یک زنجیره پیش-گرمکن، که نفتخام در مبدلهای پوستهولوله آن در تبادل حرارت با محصولات برجهای تقطیر گرممیشود، یک نمکزدا وجوددارد که نمک، آب و ذرات معلق را از نفت جدا میکند. همچنین برای کنترل هیدرولیک جریان نفت، بهویژه برای نفت-های سبکتر، از یک مخزن انبساط ناگهانی استفادهمیشود تا ترکیبات سبک نفت از آن جداگردند. بدینترتیب، میتوان یک زنجیره پیشگرمکن را به سه بخش ابتدایی - مبدلهای قبل از نمکزدا - ، میانی - مبدلهای بعد از نمکزدا و قبل از مخزن انبساط ناگهانی - و انتهایی - مبدلهای بعد از مخزن انبساط ناگهانی و قبل از کوره - تقسیم نمود.
تاکنون بیشتر مطالعات میدانی جرمگرفتگی در پالایشگاههایی صورتگرفته که نفتخام سنگین فراورش میکردهاند، لذا مخزن انبساط ناگهانی در آرایش زنجیره پیشگرمکن آنها وجود نداشته و جرمگرفتگی مبدلهای بخش میانی موردتوجه قرار نگرفتهاست. برای نمونه، Costa و همکارانش، زنجیره پیشگرمکن را به دو قسمت قبل از نمکزدا و بعد از آن تقسیمکرده و اذعانداشتند که جرمگرفتگی در مبدلهای قبل از نمکزدا مرتبط با حضور نمکها و ذرات موجود در نفتخام است، درحالی-که در مبدلهای بعد از نمکزدا، جرمگرفتگیِ ناشی از واکنش شیمیایی که به مولکولهای آسفالتن مربوطمیشود، اهمیتمی-یابد Yeap .[1] و همکارانش نیز، تهنشینی نمکها، واکسها و محصولات خوردگی را در بالادست نمکزدا معمولدانسته و مکانیسم غالب جرمگرفتگی را در پاییندست نمکزدا، واکنش شیمیایی معرفیکردند، که میتواند در توده سیال، زیرلایه ویسکوز، یا دیوارههای لوله صورتگیرد Ishiyama
.[2] و همکارانش با استناد به مطلب مذکور نوشتند »زمانی مکانیسم جرم-گرفتگی، واکنش شیمیایی است که شکلگیری تهنشست بر روی سطوح تبادل حرارت ناشی از ذرات جرمی باشد که بهوسیله واکنش شیمیایی بهوجودآمدهاند. دو نوع واکنش رایج است: -1 تشکیل صمغ - زمانیکه مقدار گوگرد نفت زیاد است - ، و -2 ازهمپاشیدگی مالتنها برای تولید آسفالتنهای نامحلول. همچنین، واکنشهای دیگری مانند آنهایی که FeS و دیگر محصولات خوردگی، کاتالیزورشان هستند نیز میتوانند در این زمره قراربگیرندWang .[3] « و Watkinson، دو نوع جرمگرفتگی را در پیشگرمکنهای پاییندست نمکزدا و داخل لولههای کوره غالب دانستند،
که عبارتست از: -1 جرمگرفتگی غیرآلی که در این نوع، تهنشست، عمدتاً شامل FeS و نمکها میشود، و -2 جرمگرفتگی آلی ناشی از آسفالتنها که نهایتاً به تهنشستهای کک منجر میشود. این محققان، اذعان داشتند که بسته به شرایط، این دو نوع جرمگرفتگی ممکنست همزمان و یا جداگانه واقع-شوند .[4] در این بین، تمرکز بیشتر پژوهشهای موجود چه از لحاظ تئوری، آزمایشگاهی و حتی صنعتی، بر روی جرمگرفتگی در مبدلهای بخش انتهای زنجیره معطوفشده، و درنتیجه راهحلها و ابتکارات ارائهشده نیز برای همان مبدلها مؤثر است.
درعینحال، در مطالعه میدانی که در پالایشگاه اصفهان انجامگرفت [5]، مشخصشد که بیشترین و بدترین وضعیت جرم-گرفتگی در کل زنجیره پیشگرمکن، در مبدلهایی که بعد از نمکزدا و قبل از مخزن انبساط ناگهانی قراردارند، صورتمی-گیرد. بعد از انجام مطالعات گسترده، نمونههای مرتبط و مشابه دیگر در مقالات، از مقیاس آزمایشگاهی تا صنعتی، یافتشد، که شاید بتوانگفت حاکی از وقوع نوع خاصی از مکانیسمهای جرمگرفتگی در چنین مبدلهایی است و لذا لازم بهنظر میرسد مبدلهای بخش میانی، مجزا از مبدلهای ابتدا و انتهای زنجیره،منحصراً بررسیشوند.
در این مقاله، با استفاده از دادههای بهدستآمده از مطالعه میدانی -8ساله در پالایشگاه اصفهان، ابتدا خلاصهای از وضعیت جرمگرفتگی مبدلهای بخش میانی ارائهمیشود که شامل بازبینی عینی در 2 دوره تعمیرات اساسی، مرور دادههای عملیاتی و بررسی مقدار مقاومت جرمگرفتگی، آنالیز نمونههای جرم و جرمگرفتگی پوسته میباشد. سپس، نمونههای عملیاتی مشابه مرور میشود، تا خصوصیات این جرمگرفتگی خاص، و عوامل تأثیرگذار احتمالی بر آن مشخصشوند. این عوامل، در قالب عناوین جرمگرفتگی غیرآلی و آلی مطرحمیشوند که در مبحث اول عملکرد نمکزدا و تزریق آب، هیدرولیز کلریدهای آبنمک و تزریق کاستیک، و در مبحث دوم، وابستگی حلالیت آسفالتنها به دما و عمکرد آنها بهصورت مواد فعال در سطح مورد بررسی قرارمیگیرد. در پایان، مکانیسمی - 6مرحلهای بر مبنای پیشنهاد Lambourn و Durrieu برای جرمگرفتگی مبدلهای بخش میانی ارائهمیشود که عبارتست از:
-1 آب باقیمانده از نمکزدایی، حامل کربناتکلسیم، بهصورت قطرات امولسیون در نفت وجود دارد - درصورتیکه بعد از نمکزدا، کاستیک تزریق شدهباشد - ، -2 آسفالتنها از توده سیال جدا میشوند، -3 با محاطشدن قطرات امولسیون آبنمک توسط مولکولهای آمفیفیلیک آسفالتن، آمیختههای نامحلول تشکیلمیگردند، -4 این آمیختهها بر روی سطح دیواره لوله تهنشین میشوند، -5 در مجاورت سطح داغ دیواره لوله، قطرات آب بخارشده و کلسیمکربنات را در محاصره مولکولهای آسفالتن بهجا میگذارد، -6 تشکیل این ترکیب چسبناک و ادامه آن، منجر به انسداد مسیر عبور جریان از داخل لوله میشود.
-2 جرمگرفتگی در مبدلهای بخش میانی زنجیره پیشگرمکن پالایشگاه اصفهان
طی مطالعه میدانی زنجیره پیشگرمکن یکی از واحدهای تقطیر پالایشگاه اصفهان - شکل - 1، که خوراک ثابت با SG=0.8556 را فراورشمیکند، ابتدا در تعمیرات اساسی سال 1387، بیشترین جرمگرفتگی در مبدلهای بخش میانی - E155AB - مشاهدهشد - شکل . - 2 جرم بجامانده از نفت داخل لولههای این مبدلها، 0/095 %wt آسفالتن و 80% ترکیبات غیرآلی شامل Fe2O3 و CaSO4 داشت که بهنظر میرسید دومی ناشی از عملکرد ضعیف نمکزدا باشد. در این تعمیرات، به-پیشنهاد مهندسی پالایش، مبدلهای E251AB با هدف افزایش دمای پیشگرم و نیز کاهش دمای سیال گازوئیل خلأ بهمنظور کمکردن دمای سطح در مبدلهای بخش میانی و کاهش جرمگرفتگی آنها، به آرایش زنجیره اضافهشد. با ادامه این مطالعه تا تعمیرات اساسی بعدی در سال 1391 و پس از آن، دادههای زیر حاصلشد:
