بخشی از مقاله
چکيده
انتشار گازها و بخارهاي سيالات هيدروکربني در پالايشگاه ها و مجتمع هاي پتروشيمي هم از لحاظ ايمني و هم از لحاظ آلودگي محيط زيست ، همواره توجه کارشناسان را به خود معطوف خود کرده است . از دهـه ١٩٥٠ ميلادي ، اداره حفاظت از محيط زيست ايالات متحـده آمريکـا US Environmental Protection) (Agency; EPA محدوديت هاي بسياري براي کاهش انتشار اين گازها، اتلاف سـيال و در نتيجـه افـزايش ايمني در صنايع نفت و گاز و جلوگيري از آلودگي محيط زيست در نظر گرفته و طراحـان و سـازندگان را ملزم به در نظر گرفتن تمهيداتي در اين زمينه نموده است . بـه ايـن منظـور در مؤسسـه اسـتاندارد نفـت آمريکـا (American Petroleum Institute; API)کميتـه اي بـه نـام کميتـه انـدازه گيـري انتشـار بخـار ( Committee on Evaporation Loss Measurement; CELM) تشـکيل گرديـده تـا راهکارهـايي بـراي شناسايي عوامل مؤثر در خروج اين گازها و اندازه گيري ميزان خروج گاز از تجهيـزات در صـنايع نفـت و گاز، و همچنين روش هايي براي کنترل و کاهش ميزان اتلاف به صورت بخار در نظر گرفته شود. در ايـن مقاله ، پس از بيان انواع مخازن ذخيره در صنايع نفت و گاز، مکانيزم هاي انتشار گازها و عوامـل مـؤثر بـر آن و همچنين روش هاي اندازه گيري ميزان انتشار بررسي گرديده و در بخش انتهايي ، روش هـايي بـراي کاهش ميزان آن ، از سيستم آب بند سقف شناور، پايه هاي سقف شناور، ستون راهنما، ستون سقف ثابـت در مخازن سقف شناور داخلي و سيستم بازيافت بخار بيان گشته است . مهمتـرين نتيجـه اي کـه از ايـن بحث حاصل مي گردد لزوم بکارگيري روش هايي است که از انتشار بخار سيالات ذخيره شـده در مخـازن جلوگيري کرده که اين موضوع مي بايست در فرآيندهاي بازرسي حين ساخت و همچنين در زمـان بهـره برداري از مخازن مورد توجه قرار گيرد.
واژگان کليدي : انتشار گاز، مخازن ذخيره ، اتلاف ، الزامات زيست محيطي ، سقف شناور، بازرسي
١- مقدمه
در صنايع نفت و گاز در تمامي مراحل ذخيره ، بارگيري و تخليه محصولات نفتي ، همواره احتمال خروج بخـار مـواد نفتي و آلوده شدن هوا وجود دارد. انتشار اين بخارها موجب آلودگي محيط زيست گرديده و هميشه فاکتور مـورد توجـه کارشناسان و مديران فعال در صنايع نفت و گاز، هم به لحاظ ايمني و هم به لحاظ حفاظت از محيط زيست مي باشد.
مخازن ذخيره به منظور ذخيره مايعات هيدروکربني و ساير موادي که در تجهيزات فرآيندي در يک ميدان نفت و گاز، پالايشگاه و يا مجتمع پتروشيمي مورد استفاده قرار مي گيرند يا توليد مي شوند (با فشاربخار متفاوت ) ، به کار برده مي شوند و مي توانند منبعي براي انتشار ترکيبات آلي فرار (Volatile Organic Compounds; VOC)، آلاينده هاي خطرناک هوا (Hazardous Air Pollutants; HAP) و ساير ترکيبات شيميايي آلاينده محيط زيست باشد. انتشار اين گازهاي مضر در صنايع نفت و گاز شامل اتلاف در حالت سيال ساکن در مخزن و اتلاف در حالت پر و خالي کردن مخزن مي شود.
انواع طرح هاي مخزن که براي ذخيره مايعات آلي مورد استفاده قرار مي گيرند: مخازن سقف ثابت (Fixed Roof)، مخازن با سقف متحرک خارجي (External Floating Roof)، مخازن با سقف شناور داخلي (Internal Floating Roof).
٢- انواع مخازن ذخيره
٢-١- مخازن سقف ثابت
اين نوع مخازن شامل يک بدنه استوانه اي فولادي با يک سقف ثابت مي باشند که بر روي بدنه متصل شده است و اتلاف در اين مخازن به دليل تغيير در دما، فشار و ارتفاع مايع داخل آن ، بوجود مي آيد. مخازن سقف ثابت يا به صـورت آزادانه به وسيله يک نازل ورود و خروج هوا (Free Vent) و يا به وسيله يک شير فشار - خلأ (Pressure/Vacuum Vent)
با هواي بيرون در تماس هستند. مخازن سقف ثابت مجهز به نازل ورود و خروج هوا، به راحتي با هواي جو ارتباط دارند و غالبا براي سيالات سنگين تر و با فشار بخار پايين استفاده ميشوند. ولي مخازن سقف ثابتي که بوسيله شير فشار- خلأ با هواي جو در تماس هستند مي توانند در يک محدوده فشار کمي بالاتر و کمي پايين تر از فشار جو نيز عمل کننـد و بـه اين وسيله ضمن توانايي عملکرد در فشار کمي بالاتر و کاهش تبخير، از انتشار بخار ناشي شده از تغييرات اندک در فشار، دما و يا ارتفاع سيال نيز جلوگيري مي نمايند. در بين انواع مخازن ذخيره ، مخازن سقف ثابت با هزينه کمتري (در ابعاد و شرايط مشابه ) ساخته مي شوند؛ نمونه اي از اين مخازن در شکل ١ آورده شده است .
شکل ١- مخزن سقف ثابت
شکل ٢ - مخزن سقف شناور داخلي
٢-٢- مخازن سقف شناور خارجي
يک مخزن سقف شناور خارجي ، متشکل از يک بدنه استوانه اي فولادي است که به جاي سـقف ثابـت داراي يـک سقف شناور بر روي سيال مي باشد. سقف شناور شامل يک سطح (Deck)، تجهيزات و متعلقات نصب شده (Fittings) و سيستم آب بند (Rim Seal System) مي باشد. سقف شناور با تغيير ارتفاع سيال داخل مخزن ، سقف بـالا و پـايين مـي رود. به اين وسيله تماس سطح سيال با هوا و به طبع آن ميزان تبخير به شدت کاهش ميابد. سـقف شـناور، از صـفحات فولادي جوش شده به يکديگر ساخته شده است و معمولا بر دو نوع مي باشند: سقف با محفظه هاي شـناور (Pontoon)، و سقف دو جداره (Double-Deck). مخازن با سقف شناور خارجي در شکل ٣. الف . و ٣. ب . نشان داده شده اند.
(الف )- سقف دو جداره
(ب )- سقف با محفظه هاي شناور
شکل ٣- مخزن سقف شناور خارجي
٢-٣- مخازن سقف شناور داخلي
يک مخزن سقف شناور داخلي متشکل از يک بدنه استوانه اي فولادي است که عـلاوه بـر سـقف متحـرک بـر روي سطح سيال ، توسط يک سقف ثابت نيز تجهيز شده است . در مخازن با سـقف شـناور داخلـي ، نقـش اصـلي سـقف ثابـت جلوگيري از خروج گازها نمي باشد، بلکه در واقع مسدود کننده جريان باد عبـوري از روي سـقف شـناور مـي باشـد.
مخازن سقف شناور داخلي با ترکيب دو نوع سقف شناور و ثابت بهترين حالت مقابله با تبخير را داراسـت و عمومـا بـراي سيالات سبک با فشار بخار بالا و يا سيالات سمي و خطرناک مورد استفاده قرار ميگيرند. نمونه اي از اين مخازن در شکل ٢ آورده شده است .
٣- مکانيزم هاي کلي انتشار (تلفات ) سيال از مخازن ذخيره
بطور کلي اتلاف سيال در مخازن ذخيره با مکانيزم هاي گوناگون در حالتي که سيال ساکن است و يا سـطح آن بـا کاهش يا افزايش حجم مخزن تغيير مي کند رخ مي دهد که مي توان آنها را به دو دسته زير تقسيم کرد:
٣-١- اتلاف در حالت سيال ساکن (Standing Loss)
در مخازن سقف ثابت به علت قرارگرفتن در معرض حرارت محيط و تابش خورشيد طي روز قسمتي از سيال ذخيره شده درون مخزن بخار شده و به تدريج با افزايش حجم مخلوط هوا- بخار در فضاي بالاي سطح سيال فشار آن افزايش يافته تا جايي که از فشار عملکرد شيرهاي فشار- خلأ فراتر رفته و منجر به باز شدن آنها و تخليه بخار ايجاد شده به اتمسفر مي گردد. در مخازن سقف شناور داخلي و خارجي نيز در حالتي که سطح سيال ثابت يا متغير است از طريق سيستم آب بند بين سقف و بدنه يا هرگونه تجهيز نصب شده روي سقف شناور اتلاف سيال به شکل بخار اتفاق مي افتد.
يکي از مهمترين عواملي که به تسريع اين اتلاف در مخازن سقف شناور خارجي کمک مي کند وزش باد مي باشد که با ايجاد خلأ نسبي در قسمت فوقاني مخزن ميزان تبخير سيال را افزايش مي دهد.
٣-٢- اتلاف در حالت پر کردن يا تخليه مخزن (Working Loss)
در مخازن سقف ثابت هنگام پر کردن مخزن مخلوط هوا- بخـار روي سـطح مـايع ، فشـرده شـده و افـزايش فشـار تدريجي آن در نهايت منجر به باز شدن شيرهاي فشار- خلأ و تخليه بخار سيال مي شود. در هنگـام تخليـه مخـزن ويـا کاهش سطح سيال در آن نيز اين شيرها باز شده تا با ورود هوا به درون مخزن افت فشار ايجاد شـده جبـران گـردد کـه منجر مي شود مقداري از مايع به منظور حفظ شرايط تعادلي با هواي وارد شـده تبخيـر شـود. در نهايـت بعـد از توقـف تخليه ، فرايند تبخير ادامه مي يابد تا مجددا با افزايش فشار آن ، از مخزن خارج گردد. در مخازن سقف شناور بـه ويـژه از نوع خارجي نيز با کاهش سطح سيال مقداري از مايع ذخيره شده که به بدنه مخزن چسبيده به سرعت تبخير شـده کـه طي مدت طولاني اتلاف قابل توجهي را به همراه خواهد داشت .
٤- اندازه گيري ميزان اتلاف به صورت انتشار بخار سيال در مخازن ذخيره
٤-١- الزامات زيست محيطي در کنترل انتشار گازها
در دهه ١٩٥٠ انتشار بخار ناشي از هيدروکربن ها از مخازن ذخيره ، مورد مطالعه گسترده قـرار گرفـت تـا روابطـي براي تخمين ميزان آن از مخازن به دست آيد و البته در آن زمان هدف از به دست آوردن ميزان سيال بخـار شـده ، تنهـا کنترل ميزان تلفات بود. در اوايـل دهـه ١٩٩٠، اداره حفاظـت از محـيط زيسـت ايـالات متحـده US Environmental) (Protection Agency; EPA برنامه اي در جهت ايجاد قواعد سخت گيرانه تر و کاهش ميـزان انتشـار ايـن گازهـا طـرح ريزي نمود. اين برنامه ، صنايع را به سمت بررسي دقيق تر روابط تخمين ميزان اتلاف و در نتيجه طراحي بهتر مخازن بـه منظور کاهش ميزان انتشار گازهاي آلاينده محيط زيست و افزايش ايمني محيط هاي پالايشگاهي رهنمون ساخت .
از دهه ١٩٥٠، کميته اندازه گيري انتشـار بخـار (Committee on Evaporation Loss Measurement; CELM) در مؤسسه استاندارد نفت آمريکا (American Petroleum Institute; API)، روابطي را براي تخمين ميزان انتشـار گازهـا بـه دست آورد و با اعمال کنترل شديدتر براي ميزان انتشار گازها از جانب اداره حفاظت از محيط زيست ايالات متحده ، اين کميته تصميم گرفت تا با بررسي عميق تر مفهوم و مکانيزم هاي اتلاف ، روابط موجود را بهينه نمـوده و عوامـل اتـلاف را دقيق تر شناسايي کند. به اين ترتيب يک طرح تحقيقاتي به منظور دستيابي به نتايج بهتـر بـر اسـاس مـدارک موجـود تعريف شد. در اين طرح ابتدا عوامل اصلي که ميزان انتشار بخار در مخازن ذخيره هيـدروکربن هـا را تعيـين مـي کنـد، مشخص
