بخشی از مقاله
چکیده
در اغلب صنایع به خصوص صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، بخار به عنوان مهمترین حامل انرژي مورد استفاده قرارمی گیرد. بخار پس از انجام انتقال حرارت به سیالی به نام کندانس تبدیل می گردد. از آنجائیکه که کندانس از سطح انرژي بالاتري نسبت به آب برخوردار است بازیافت آن از جهات مختلف بسیار مقرون به صرفه می باشد. بدیهی است هر چه نسبت بازیافت کندانس در ازاي بخار تولید شده افزایش یابد، نفع بیشتري عاید سازمان خواهد شد.
لذا در اغلب این صنایع سیستم هاي بازیافت کندانس وجود دارند. این سیستم ها شامل خطوطی با فشارهاي مختلف می باشند. عواملی که بر سایز کردن یک خط تأثیرگذار می باشند، باعث تغییر در خواص فیزیکی کندانس می گردد به طوریکه در شرائطی خاص ممکن است کندانس به سیالیکاملاً مایع، گاز - بخار - یا مخلوطی از هر دوي آن ها - دو فازي - تبدیل شود. از همین روي این سیال با دیگر سیالات رایج در این گونه صنایع متفاوت می باشد. تعدد این عوامل در سایز کردن خطوط کندانس سبب شده است تا اکثریت قریب به اتفاق طراحان اولیه از دخیل نمودن این عوامل در طراحی خود پرهیز نمایند.
به همین دلیل در عمل و پس از راه اندازي این مجموعه هاي صنعتی، نسبت بازیافت کندانس به بخار تولید شده، انحراف قابل توجهی از اعداد طراحی دارند. این مشکل گریبانگیر کلیه صنایع نفت به خصوص مجتمع هایی که در مناطق سردسیر کشور قرار دارند می باشد که کم و بیش مورد غفلت قرار گرفته اند. در این مقاله سعی شده است تا ضمن برشمردن عوامل مؤثر بر طراحی صحیح این خطوط به نحوه لحاظ کردن آن ها نیز اشاره شود به طوریکه بازیافت کندانس به میزان بهینه اي برسد.
اساس این روش ها بر استفاده از فرمول هاي موجود جهت سایزینگ، نمودارها و پاره اي از تجربیات استوار می باشند. از مهمترین مستندات موفقیت آمیز بودن این مطالعه می توان به طراحی مجدد خطوط بازیافت کندانس و اجراي آن بر اساس داده هاي طراحی جدید در مجتمع پتروشیمی شازند اشاره نمود. به طوریکه پس از بهره برداري از این طرح میزان بازیافت کندانس نسبت به مدت مشابه قبل افزایش قابل ملاحظه اي پیدا نموده است.
-1 مقدمه
اهداف متفاوتی جهت تولید بخار اعم از نیاز هاي گرمایشی و یا فرایندي در صنایع نفت، گاز و یا پتروشیمی وجود دارد. بخار پس از انجام انتقال حرارت به سیال گرمی به نام کندانس تبدیل می گردد. به دو دلیل عمده زیر جمع آوري و بازیافت کندانس تولید شده داراي اهمیت می باشد:
-1 از آنجائیکه تولید بخار هزینه فراوانی دربردارد و خود نیز براي تولید به دیگر حامل هاي انرژي مانند آب و گاز نیاز دارد، بازیافت کندانس می تواند از مصرف حامل هاي فوق بکاهد.
-2 همانگونه که ذکر شد کندانس سیالی است گرم، بنابراین حامل انزژي است. به عنوان مثال کندانس با فشار 1 بار در حدود %19 از کل حرارت بخار را دارا می باشد که این مقدار با عنوان گرماي محسوس شناخته می شود. بنابراین استفاده از آن باعث افزایش راندمان در دیگهاي بخار می گردد. با توجه به توضیحات فوق اگر چه در نظر گرفتن تجهیزات لازم براي بازیابی کندانس هزینه اولیه اي در برخواهد داشت اما به مرور زمان با بازیافت کندانس این هزینه مستهلک و سپس سودده خواهد گردید.
بنابراین هرچه بهینه تر کردن این سیستم ها و تجهیزات مرتبط با بازیافت کندانس تأثیر مستقیم در سوددهی یک سازمان خوهد داشت. اما با این وجود حتی در صنایعی که تجیزات بازیافت کندانس را به کار گرفته اند، بنا به عوامل متعدد اغلب شاهد آن هستیم که اهداف اولیه میزان بازیافت کندانس محقق نمی گردد. متاسفانه به این عوامل عمدتا در منابع تولید کنندگان تجهیزات مرتبط با تولید و توزیع بخار اشاراتی شده است. در این مقاله سعی بر این است تا به مهمترین مانع عدم بازیافت کندانس و نحوه برخورد با آن اشاره شود.
-2 نحوه تشکیل کندانس
در صنایع بسته به نیازهاي فرایندي، بخار با فشارهاي مختلف اعم از کم، متوسط، زیاد و یا خیلی زیاد تولید می شود. بخار پس از انجام انتقال حرارت به دلیل از دست دادن گرماي نهان خود به کندانس تبدیل می گردد. اما سؤال اینجاست که چگونه می توان مطمئن بود تا در یک فرایند انتقال حرارت، همه بخار به کندانس تبدیل شده است و یا به عبارت دیگر چگونه می توان مطمئن شد که تا قبل از خروج بخار از فرایند از تمام انرژي آن استفاده شده است؟ در اینگونه موارد از دستگاهی به نام تله بخار استفاده می شود. همانگونه که از اسم آن بر می آید این دستگاه مانعی است براي خروج بخار و بالعکس، هنگامی که کندانس تشکیل شد اجازه خروج به آن داده می شود.
-1-2 تله هاي بخار
تله هاي بخار دو وظیفه تخلیه کندانس و همچنین جلوگیري از فرار بخار را به عهده دارند. به طور کلی تله هاي بخار بر اساس نوع عملکرد به سه دسته کلی زیر تقسیم می شوند: [1]
-1 ترمودینامیکی
-2 ترمواستاتیکی
-3 مکانیکی هر کدام از تله بخارهاي فوق مزایا و معایب خاص خود را دارند. اما در همگی آنها یک چیز مشترك است و آن ایجاد اختلاف فشار بین جریان بالا دست و پائین دست تله بخار می باشد. به عبارت دیگر یک تله بخار به مثابه یک شیر ایزوله عمل می کند که باعث افت فشار سیال می گردد. بنابراین اگر چنانچه فشار کندانس داغ به یکباره کاهش یابد انرژي آن به میزان قبل ثابت خواهد ماند.
در نمودار 1 خط عمودي، انرژي ثابت را نشان می دهد. خطی که از نقطه X تا نقطه Y کشیده شده است نشان می دهد که هنگام افت فشار براي کندانس داغ چه اتفاقی می افتد. نقطه X روي خط آب قرار دارد اما نقطه Y روي خط بخار- آب قرار دارد. این بدان معنی است که در نقطه Y بخار تولید شده است و یک سیال دو فازي شکل گرفته است. [2]
-2-2 بخار فلاش
حال که به بررسی آنچه که هنگام افت فشار براي کندانس داغ اتفاق می افتد پرداختیم می توانیم تعریف جدیدي را براي آن در نظر بگیریم. هنگامی که فشار کندانس داغ به طور ناگهانی افت می کند، به بخاري که از این تبخیر مجدد تولید می شود بخار فلاش می گویند. بدیهی است که اختلافی بین این بخار و بخار معمولی وجود ندارد و این اسم تنها یک نامگذاري ساده است که نشان می دهد این بخار چگونه تولید شده است. تمیز دادن بین بخار فلاش و بخار موجود در فرایند مشکل می باشد. بخار فلاش میل به تشکیل یک ابر ملایم و مار پیچی دارد. بنابراین از توضیحات فوق این نتیجه اساسی و مهم حاصل می گردد. که سیال خروجی از تله بخار نه تنها یک مایع می باشد، بلکه یک سیال دو فازي می باشد. - شکل - 1
-2-2 محاسبه بخار فلاش تولید شده:
مقدار بخار فلاش به روش ریاضی از جدول بخار قابل محاسبه می باشد. دانستن این میزان در سایزینگ خطوط کندانس نقش تاثیر گذاري دارد که در مراحل بعدي به آن اشاره خواهد شد. به این منظور اعداد گرماي محسوس و گرماي نهان در هر کدام از فشارها لازم می باشند. - شکل - 2
