تصميم وبناء وحدة تقطير مكثفات الغاز
1. مقدمة
مصفاة بيشغام فارس هي شركة مصممة ومصنعة لوحدات تقطير مكثفات الغاز والبتروكيماويات التي تم تنفيذها في مشاريع مختلفة مثل: الكويت-العراق، دمشق-سوريا، حلب-سوريا، يزد-إيران-الصدر كوستار شيمي، وقم-إيران-بتروسباشيدو. ... ويجري تنفيذه حاليًا في مشروع توبنج ساتراب الواقع في مدينة مهر الصناعية - المنطقة الاقتصادية الخاصة ببارسيان.
تقوم وحدات تقطير مكثفات الغاز بمعالجة مكثفات الغاز، وتقوم هذه الوحدات بفصل مخاليط الهيدروكربون إلى أجزاء مختلفة بناءً على نقاط الغليان وتتيح استعادة المنتجات القيمة مثل الغاز السائل والنافتا والهيدروكربونات الأثقل.
2. مكونات التصميم
تتكون وحدة تقطير مكثفات الغاز النموذجية من عدة مكونات رئيسية.
برج التقطير: العنصر المركزي الذي يتم فيه الفصل. إنه يسهل الاتصال بين البخار الصاعد والسائل النازل ويتيح نقل الكتلة وتجزئةها.
إعادة الغليان: يقوم بتسخين الجزء السفلي من عمود التقطير ويوفر البخار لدفع عملية الفصل.
المكثف: يبرد البخار الموجود أعلى برج التقطير ويحوله مرة أخرى إلى الحالة السائلة.
المعدات المساعدة: وتشمل المضخات والمبادلات الحرارية وأنظمة التحكم التي تدعم تشغيل المكونات الرئيسية.
وحدة التقطير (الجوي والفراغي) هي وحدة التكرير الأولى وأحد أهم وحدات التكرير، وتقوم بفصل تغذية الخام الواردة إلى أجزاء زيتية مختلفة، وفي الأساس تعتبر منتجات وحدة التقطير من المنتجات المتوسطة في صناعة التكرير. في كثير من الحالات، يتم النظر في الزيادة الكمية أو النوعية لقطع معين باستخدام معلمات التشغيل ودون تغيير تصميم وحجم المعدات المختلفة للوحدة، وفي هذه الحالة، يكون لوجود ملف محاكاة دقيق أهمية خاصة.
بعد محاكاة عملية وحدة التقطير، يمكن استخدام الملف الذي تم إنشاؤه كأداة مناسبة لدراستها وتحسينها من أجل زيادة ظروف العملية المثلى حسب المواصفات المطلوبة للمنتج وتغيير معلمات العملية وتحديد سيناريوهات مختلفة. يتم تحديد ربح الوحدة، ودراسة مؤشر أداء وحدة التقطير سواء على مستوى المصفاة وعلى مستوى الوحدات والمعدات، بالإضافة إلى المؤشرات العامة مثل استهلاك المياه، استهلاك البخار، استهلاك الكهرباء، تعتبر نسبة المنتجات الخفيفة إلى الثقيلة مهمة جدًا.
3. نمذجة النظام
تتم محاكاة وتحسين وحدة تقطير النفط الخام بهدف تحسين الأداء وخفض التكاليف.
- تعريف المدخلات والمخرجات: أولاً يتم تعريف مدخلات العملية مثل نوع وتركيب النفط الخام ودرجة الحرارة والضغط وكذلك المخرجات المتوقعة (المنتجات المختلفة مثل البنزين والنفط والغاز وغيرها).
تم تصميم نموذج وحدة التقطير باستخدام عناصر Aspen HYSYS مثل برج التقطير والخزانات والمضخات باستخدام برنامج المبادلات الحرارية.
1.3. محاكاة العملية
- إضافة معدات مختلفة: يتم محاكاة جميع المعدات والعمليات في وحدة التقطير مع معلمات التشغيل الخاصة بها (درجة الحرارة، الضغط، معدل التدفق).
- تعديل ظروف التشغيل: يتم تنفيذ ظروف التشغيل وتحديد الخصائص الفيزيائية والكيميائية للسوائل بأقصى قدر من الدقة لإنشاء نموذج موثوق.
- الحصول على التدفقات الداخلية: بعد المحاكاة يتم حساب وتحليل التدفقات المختلفة ودرجة الحرارة والضغط في نقاط مختلفة من النظام.
4. تدفق العملية
تتضمن هذه العملية عادةً عدة خطوات؛
تحضير العلف: يتم تسخين مكثفات الغاز وغالباً ما يتم تجفيفها من الماء قبل دخولها إلى وحدة التقطير لإزالة الماء. هذه الخطوة مهمة جدًا للفصل الفعال.
فصل الفلاش: يحدث الفصل الأولي في وعاء فلاش حيث تتم إزالة المكونات الأخف تحت ضغط منخفض.
التقطير: يدخل العلف إلى برج التقطير حيث يتم تسخينه بواسطة مرجل إعادة الغليان. ومع صعوده خلال العمود، تتبخر الأجزاء الأخف وتتحرك لأعلى بينما تنحدر الأجزاء الأثقل.
استرداد المنتج: يتم تركيز المنتجات العلوية وجمعها، بينما تتم إزالة المنتجات السفلية لمزيد من المعالجة أو التخزين.
5. الاعتبارات التشغيلية
إدارة درجة الحرارة والضغط:
عادةً ما يتم الحفاظ على ضغط التشغيل في وحدة تقطير مكثفات الغاز عند حوالي 10 إلى 30 بار، اعتمادًا على مواصفات المنتج المطلوبة.
التحكم في درجة الحرارة مهم جدا. غالبًا ما يتم تشغيل الغلايات عند حوالي 190 درجة مئوية لضمان الفصل الفعال للمكونات بناءً على نقطة الغليان.
6. زيادة الإنتاجية
لتحسين الأداء، يمكن استخدام عدة استراتيجيات؛
التكامل الحراري: يمكن أن يؤدي استخدام المبادلات الحرارية لاستعادة الطاقة من تيارات مختلفة إلى تقليل تكاليف التشغيل بشكل كبير.
الاختلافات في تصميم الأعمدة: يمكن تحليل التكوينات المختلفة (على سبيل المثال، الدرج مقابل الأعمدة المعبأة) لتحسين كفاءة الفصل مع تقليل التكاليف الرأسمالية.
إدارة الارتجاع: يمكن أن يؤدي ضبط نسبة الارتجاع إلى زيادة نقاء المنتج وإنتاجيته من خلال توفير اتصال أفضل بين مرحلتي البخار والسائل في العمود 45.
فيما يلي عملية المحاكاة والتحسين الشاملة لمشروع تاپینگ ساتراپ قيد التشغيل:
مصفاة بيشغام فارس هي شركة مصممة ومصنعة لوحدات تقطير مكثفات الغاز والبتروكيماويات التي تم تنفيذها في مشاريع مختلفة مثل: الكويت-العراق، دمشق-سوريا، حلب-سوريا، يزد-إيران-الصدر كوستار شيمي، وقم-إيران-بتروسباشيدو. ... ويجري تنفيذه حاليًا في مشروع توبنج ساتراب الواقع في مدينة مهر الصناعية - المنطقة الاقتصادية الخاصة ببارسيان.
تقوم وحدات تقطير مكثفات الغاز بمعالجة مكثفات الغاز، وتقوم هذه الوحدات بفصل مخاليط الهيدروكربون إلى أجزاء مختلفة بناءً على نقاط الغليان وتتيح استعادة المنتجات القيمة مثل الغاز السائل والنافتا والهيدروكربونات الأثقل.
2. مكونات التصميم
تتكون وحدة تقطير مكثفات الغاز النموذجية من عدة مكونات رئيسية.
برج التقطير: العنصر المركزي الذي يتم فيه الفصل. إنه يسهل الاتصال بين البخار الصاعد والسائل النازل ويتيح نقل الكتلة وتجزئةها.
إعادة الغليان: يقوم بتسخين الجزء السفلي من عمود التقطير ويوفر البخار لدفع عملية الفصل.
المكثف: يبرد البخار الموجود أعلى برج التقطير ويحوله مرة أخرى إلى الحالة السائلة.
المعدات المساعدة: وتشمل المضخات والمبادلات الحرارية وأنظمة التحكم التي تدعم تشغيل المكونات الرئيسية.
وحدة التقطير (الجوي والفراغي) هي وحدة التكرير الأولى وأحد أهم وحدات التكرير، وتقوم بفصل تغذية الخام الواردة إلى أجزاء زيتية مختلفة، وفي الأساس تعتبر منتجات وحدة التقطير من المنتجات المتوسطة في صناعة التكرير. في كثير من الحالات، يتم النظر في الزيادة الكمية أو النوعية لقطع معين باستخدام معلمات التشغيل ودون تغيير تصميم وحجم المعدات المختلفة للوحدة، وفي هذه الحالة، يكون لوجود ملف محاكاة دقيق أهمية خاصة.
بعد محاكاة عملية وحدة التقطير، يمكن استخدام الملف الذي تم إنشاؤه كأداة مناسبة لدراستها وتحسينها من أجل زيادة ظروف العملية المثلى حسب المواصفات المطلوبة للمنتج وتغيير معلمات العملية وتحديد سيناريوهات مختلفة. يتم تحديد ربح الوحدة، ودراسة مؤشر أداء وحدة التقطير سواء على مستوى المصفاة وعلى مستوى الوحدات والمعدات، بالإضافة إلى المؤشرات العامة مثل استهلاك المياه، استهلاك البخار، استهلاك الكهرباء، تعتبر نسبة المنتجات الخفيفة إلى الثقيلة مهمة جدًا.
3. نمذجة النظام
تتم محاكاة وتحسين وحدة تقطير النفط الخام بهدف تحسين الأداء وخفض التكاليف.
- تعريف المدخلات والمخرجات: أولاً يتم تعريف مدخلات العملية مثل نوع وتركيب النفط الخام ودرجة الحرارة والضغط وكذلك المخرجات المتوقعة (المنتجات المختلفة مثل البنزين والنفط والغاز وغيرها).
تم تصميم نموذج وحدة التقطير باستخدام عناصر Aspen HYSYS مثل برج التقطير والخزانات والمضخات باستخدام برنامج المبادلات الحرارية.
1.3. محاكاة العملية
- إضافة معدات مختلفة: يتم محاكاة جميع المعدات والعمليات في وحدة التقطير مع معلمات التشغيل الخاصة بها (درجة الحرارة، الضغط، معدل التدفق).
- تعديل ظروف التشغيل: يتم تنفيذ ظروف التشغيل وتحديد الخصائص الفيزيائية والكيميائية للسوائل بأقصى قدر من الدقة لإنشاء نموذج موثوق.
- الحصول على التدفقات الداخلية: بعد المحاكاة يتم حساب وتحليل التدفقات المختلفة ودرجة الحرارة والضغط في نقاط مختلفة من النظام.
4. تدفق العملية
تتضمن هذه العملية عادةً عدة خطوات؛
تحضير العلف: يتم تسخين مكثفات الغاز وغالباً ما يتم تجفيفها من الماء قبل دخولها إلى وحدة التقطير لإزالة الماء. هذه الخطوة مهمة جدًا للفصل الفعال.
فصل الفلاش: يحدث الفصل الأولي في وعاء فلاش حيث تتم إزالة المكونات الأخف تحت ضغط منخفض.
التقطير: يدخل العلف إلى برج التقطير حيث يتم تسخينه بواسطة مرجل إعادة الغليان. ومع صعوده خلال العمود، تتبخر الأجزاء الأخف وتتحرك لأعلى بينما تنحدر الأجزاء الأثقل.
استرداد المنتج: يتم تركيز المنتجات العلوية وجمعها، بينما تتم إزالة المنتجات السفلية لمزيد من المعالجة أو التخزين.
5. الاعتبارات التشغيلية
إدارة درجة الحرارة والضغط:
عادةً ما يتم الحفاظ على ضغط التشغيل في وحدة تقطير مكثفات الغاز عند حوالي 10 إلى 30 بار، اعتمادًا على مواصفات المنتج المطلوبة.
التحكم في درجة الحرارة مهم جدا. غالبًا ما يتم تشغيل الغلايات عند حوالي 190 درجة مئوية لضمان الفصل الفعال للمكونات بناءً على نقطة الغليان.
6. زيادة الإنتاجية
لتحسين الأداء، يمكن استخدام عدة استراتيجيات؛
التكامل الحراري: يمكن أن يؤدي استخدام المبادلات الحرارية لاستعادة الطاقة من تيارات مختلفة إلى تقليل تكاليف التشغيل بشكل كبير.
الاختلافات في تصميم الأعمدة: يمكن تحليل التكوينات المختلفة (على سبيل المثال، الدرج مقابل الأعمدة المعبأة) لتحسين كفاءة الفصل مع تقليل التكاليف الرأسمالية.
إدارة الارتجاع: يمكن أن يؤدي ضبط نسبة الارتجاع إلى زيادة نقاء المنتج وإنتاجيته من خلال توفير اتصال أفضل بين مرحلتي البخار والسائل في العمود 45.
فيما يلي عملية المحاكاة والتحسين الشاملة لمشروع تاپینگ ساتراپ قيد التشغيل: