Process engineering passion

في سلسلة مبادلات تسخين التغذية وتبريد النواتج Feed Effluent Exchanger الموجودة في عموم وحدات الهدرجة (والمرفق نموذج منها متكون من 6 مبادلات لوحدة هدرجة النفثا) يتم اختيار معدن حزمة الانابيب بعناية تامة لمناسبة ظروف الوحدة.

حيث يتم تحديد معدن حزمة الانابيب ليكون Killed carbon steel في المبادلات الحرارية التي تقل درجة حرارة التغذية الموجودة في جانب القشرة لها عن 240 درجة مئوية (درجة الحرارة التي يحصل فيها الdew point لوحدات هدرجة النفثا) لغرض تجنب حدوث تآكل لها من نوع chloride stress-corrosion cracking (وكما في صورة الانبوب المرفق)والذي يتحفز في درجات حرارة قليلة اذا كان معدن الحزمة من نوع austenitic steel 304 or 316 وكما في المخطط المرفق كون التغذية تحتوي على تراكيز قليلة من الكلورايد (1 ppm اكثر او اقل).

وبصورة مبسطة: التغذية الباردة بحرارة 41 او اقل (بيئة مثالية لهذا النوع من التآكل) تختلط مع الهيدروجين الذي يأتي غالبا من وحدات التحسين حاملًا تراكيز معينة من الكلورايد ليدخل الى المبادلات A وB اولًا وبظروف حرارة قليلة في الshell يغطي حزمة الانابيب من الخارج وبوجود الكلورايد يحصل هذا النوع من التآكل اذا كان معدن الحزمة هو austenitic steel بينما يتم استبعاده اذا تم استعمال حزمة من الcarbon steel.

حساب ابعاد وسمك اوعية امتزاز الكلورايد في وحدات تحسين البانزين catalytic reforming لحماية المعدات من التأثيرات الضارة للكلورايد.

من معايير السلامة التشغيلية في الوحدات العاملة ببيئة الهيدروجين هو عدم رفع الضغط الى اكثر من 25% من الضغط التصميمي الا بعد تجاوز درجة حرارة تعرف باسم Minimum pressurization temperature MPT لتجنب الفشل المفاجئ للمعدن.
ادناه طريقة حسابها لمعدن مفاعل هدرجة النفثا اعتمادًا على نسبة الشوائب في معدن المفاعل وعلى ظروفه التصميمية ومدى نفاذ وبقاء الهيدروجين في المعدن.

حساب كمية العامل المساعد في منطقة الحرق (او منطقة اعادة التنشيط Regeneration) لبرج اعادة نشاط العامل المساعد بوحدة CCR حسب معايير UOP والذي يحتوي على 3 مناطق هي: منطقة الحرق (مفاعل احتراق) ومنطقة الكلورة (مفاعل oxychlorination) ومنطقة التجفيف، علما ان البرج في التصاميم الحديثة يحتوي على 4 مناطق (اضافة منطقة التبريد).

لماذا يتم استعمال نافخات الهواء Air blowers في برج اعادة نشاط العامل المساعد لوحدة CCR؟ الحسابات ادناه سريعة تقريبة لانها لا تشمل تراكيز جميع المواد مثل الكلور وغيره ولكنها توضحية فقط لتبيين ان معدل الجريان العالي للنافخات هو لغرض حماية العامل المساعد من تحول الطور كما تسهم في حماية المعدن المستعمل لتشييد البرج (معدن البرج غالبا هو Inconel 600) من الارتفاع السريع والمفرط بدرجات الحرارة داخل البرج نتيجة حرق الكاربون.

الحسابات لوحدة بطاقة 455 كيلوغرام في الساعة من العامل المساعد الذي يحتوي على 6% وزنًا من الكاربون.

مقارنة بين نوعين من التغذية لوحدة تحسين البانزين CCR بطاقة 22 الف برميل.
1- التغذية الاولى هي نفثا ثقيلة ذات طابع Paraffinic بارافيني (Lean Feed) كانت نتيجة استخدامها ارتفاع درجة حرارة دخول المفاعلات المطلوبة للحصول على عدد اوكتاني مساوي ل98 الى 521 درجة مئوية.

2-التغذية الثانية هي نفثا ثقيلة ذات طابع Naphthenic نفثيني (Rich feed) وذات قطفة اثقل (نقطة النهاية لها اعلى من التغذية الاولى) وكانت نتيجة استخدامها انخفاض درجة حرارة دخول المفاعلات المطلوبة للحصول على عدد اوكتاني مساوي ل98 الى 511 درجة مئوية.

كما ان التغذية الثانية وفرت معدل تكون كاربون اكبر من 3% وهو الحد الادنى لتشغيل مستمر ومستقر لوحدة اعادة نشاط العامل المساعد Atmospheric CCR.

في المفاعلات ذات الجريان القطري كما في مفاعلات الامونيا ومفاعلات تحسين البانزين، يتم اختيار عرض فتحات slots الـ scallops حسب معيار يعتمد على قطر حبة العامل المساعد لضمان عدم تسربها من المشبك
Slot width

في وحدات تحسين البانزين يجب المحافظة على الموازنة مابين الدالة المعدنية للعامل المساعد Metal function والدالة الحامضية للكلور acid function بحيث يكون الكلور على سطح العامل المساعد في حدود بين 0.8 الى 1.1 wt.% حسب الشركة المصنعة للعامل المساعد ويمكن حسابها مختبريًا وهي الطريقة المعتمدة وتستغرق عدة ساعات للحصول على النتيجة او كقاعدة عامة يمكن حسابه من خلال نتائج تحليل الغاز المدور بواسطة gas chromatography وهي طريقة سريعة تقريبية تستعمل لحساب موازنة الدالتين على سطح العامل المساعد

Acid-metal balance = (c1+c2)/(c3+c4) = 0.8 to 1.1

If less than 0.8 it's mean that acid function governs catalyst behavior.

الصورة ادناه توضح نوعية التفاعلات التي تحفزها كل دالة.

C1,C2,C3,C4 تمثل المركبات ذات عدد ذرات الكاربون من واحد الى اربعة.

دراسة حالة: اثناء عملية تحوير وحدة التكسير بالهيدروجين قُرر ان يتم استعمال برج الفصل الرئيسي للوحدة الى برج فصل رئيسي لوحدة تكرير بطاقة 70 الف برميل وكان ارتفاع اسفل البرج عن مستوى سطح الارض هو 4.5 متر، فهل هذا الارتفاع كافي لضخ مخلفات النفط الخام بما نسبته 45% من النفط الخام الداخل للبرج؟

النتائج ادناه توضح انه غير كاف.

من ضمن التطويرات التي تم تطبيقها على دواخل المفاعلات في وحدات التحسين هو تطوير الانبوب المركزي center pipe وعلى الwire المستعملة في تصنيعه حيث تم تم الاستغناء من قبل شركة johnson عن السلك المعدني المرمز له ب No. 90 (او No.93 ) واستخدام السلك المعدني No.130 وكما في الابعاد بالصورة المرفقة لزيادة مقاومته الميكانيكية.