انتخاب مواد براي واحدهاي نفت و گاز

بدضعیفمتوسطخوبعالی (4٫50 از 5)
Loading...

تهيه كننده: شيوا نوزاني

استاد راهنما جناب آقاي دكتر حسيني

هر پالایشگاه ، دارای طرحهای تولید خاص خود است که بر اساس تجهیزات فراهم ، هزینه‌های عملیاتی و میزان تقاضا برای فراورده‌ها مشخص می‌شوند. طرح تولید بهینه برای هر پالایشگاه ، بر اساس ملاحظات اقتصادی مشخص می‌گردد و عملیات دو پالایشگاه هرگز کاملا مشابه یکدیگر نیستند.

فراورده‌های نفتی :
درحالی‌که مصرف کننده عادی تصور می‌کند که شمار فراورده‌های نفتی نظیر بنزین ، سوخت جت ، نفت سفید و غیره محدود است، ولی بررسیهایی که موسسه نفت آمریکا ( API ) در مورد پالایشگاههای نفت و کارخانه‌های پتروشیمی انجام داده است، نشان می‌دهد که بیش از 2000 فراورده نفتی با مشخصات منحصر بفرد تولید می‌شود که در17گروه طبقه‌بندی می‌شوند و عبارتند از:


گازهای سوختی – گازهای مایع – انواع بنزین – سوختهای توربین گازی (جت) – نفت سفید – فراورده های میان تقطیر (سوخت دیزل و نفت کوره های سبک) – نفت کوره باقیمانده ای – روغن‌های روان‌ساز – روغن‌های سفید – فراورده های میان روغن‌های ترانسفورماتور و کابل- گریس- مومها (واکس) – آسفالتها – ککها – دوده‌ها – مواد شیمیایی ، حلالها ، متفرقه.
منابع خوراک پالایشگاه :
مواد خام پایه پالایشگاهها نفت خام است. اگر چه در بعضی موارد از نفت‌های سنتزی حاصل از سایر منابع (جیلسوتیت، ماسه‌های قیری ، غیره)نیز استفاده می‌شود.

فرایندهای پالایش در پالایشگاه :

  •  تقطیر نفت خام

دستگاه‌های تقطیر نفت خام ، نخستین واحدهای فراورش (پالایش) عمده در پالایشگاه هستند. تفکیک نفت خام در دو مرحله صورت می‌گیرد، اول تفکیک جزء به جزء همه نفت خام در فشار اتمسفر و سپس ارسال باقیمانده دیر جوش این مرحله به دستگاه تفکیک دیگری که تحت خلاء شدید عمل می‌کند. بنابراین ، نفت خام پس از حرارت در کوره در برج تقطیر اتمسفری به فراورده‌های زیر تفکیک می‌شود:

گازهای سوختی ( که عمدتا شامل متان و اتان است ) ، گازهای سبکتر (شامل پروپان ، بوتان و همچنین متان و اتان است) ، نفتهای سبک تثبیت نشده ، نفتهای سنگین ، نفت سفید ، نفت گاز اتمسفری و باقیمانده خام برج تقطیر اتمسفری (ARC). در برج تقطیر در خلاء نیز باقیمانده برج تقطیر اتمسفری به جریان نفت گاز خلاء و باقیمانده برج تقطیر در خلاء (VRC ) تفکیک می‌شود. نفت گاز اتمسفری و نفت گاز خلاء را غالبا برای تولید بنزین ، سوخت هواپیما و سوخت دیزل به واحد هیدروکراکینگ یا کراکینگ کاتالیزی می‌فرستند.

باقیمانده برج خلاء را نیز می‌توان در واحدهای گرانروی شکن ، کمک‌سازی و یا آسفالت‌زدایی برای تولید نفت کوره سنیگن و یا خوراک واحد کراکینگ و یا مواد خام روغن روان‌سازی پالایش کرد. باقیمانده نفت خامهای آسفالتی را می‌توان برای تولید آسفالت جاده سازی و یا پشت بام ، مورد عملیات یا پالایش دیگری قرار داد.

  •   فرایندهای کک سازی و گرمایی:

باقیمانده خام برج تقطیر در خلاء ( VRC ) در واحد کک سازی به کمک گرما شکسته می‌شود و در نتیجه گاز تر، بنزین واحد کک سازی ، نفت گاز واحد کک سازی و کک تولید می‌شود. در واقع ، در کک بدست آمده مواد فرار و یا با نقطه جوش بالا وجود دارد. برای حذف اغلب مواد فرار از کک نفتی ، باید آن را در دمای 2000 تا 2300 درجه فارنهایت تکلیس کرد. موارد استفاده اصلی از کک نفتی عبارتند از:

سوخت انواع کوره‌ها ، ساخت آند ها برای کاهش سلول الکترولیتی آلومین ، استفاده مستقیم از آن به عنوان منبع کربن شیمیایی برای تولید فسفر عنصری ، کلسیم کاربید و سیلسیم کاربید ، ساخت الکترود برای بکارگیری در کوره الکتریکی تولید فسفر عنصری ، تیتان دی اکسید ، کلسیم کاریبد و سیلیسیم کاربید ، تولید گرافیت.

  •  کراکینگ و هیدروکراکینگ کاتالیزی:

نفت گاز حاصل از واحدهای تقطیر اتمسفری و تقطیر در خلاء و کک سازی به عنوان خوراک واحدهای کراکینگ کاتالیزوری و یا هیدروکراکینگ بکار می‌رود. این واحدها مولکولهای سنگین را شکسته و آنها را به مواد باارزشتری مانند بنزین ، سوخت جت و نفت کوره سبک تبدیل می‌کنند. فراورده های سیر نشده واحد کراکینگ ، نخست سیر می‌شوند و سپس در واحد تبدیل و یا واحد پالایش با هیدروژن ، کیفیت بهتری پیدا می‌کنند. فراورده های واحد هیدروکراکینگ ، سیر شده هستند.

  • رفرمینگ (تبدیل) کاتالیزی و همپارش :

نیاز اتومبیلهای امروزی به بنزینهای با عدد اکتان بالا ، محرکی برای استفاده رفرمینگ کاتالیزی شد. در رفرمینگ کاتالیزی ، تغییر در نقطه جوش ماده‌ای که از این واحد می‌گذرد، نسبتا کم است، زیرا مولکولهای هیدروکربن ، شکسته نمی‌شوند، بلکه ساختارهای آنها بازآرایی می‌شوند تا آروماتیکهای با عدد اکتان بالا تولید شوند. منابع خوراک واحد رفرمینگ کاتالیزی عبارتند از:

بنزینهای سنگن تقطیر مستقیم (HSR ) و نفت سنگین حاصل از واحدهای برج تقطیر نفت خام ، کک سازی و کراکینگ. فراوده های حاصل تبدیل کاتالیزی برای فروش به عنوان بنزین معمولی و بنزین سوپر با هم مخلوط می‌شوند.

عدد اکتان نفتهای سبک ( LSR ) را می‌توان با استفاده از فرایند همپارش که طی آن پارافینهای نرمال (راست زنجیر) به همپارهایشان تبدیل می‌شوند، بهبود بخشید.

  •   بازیابی بخار (واحد صنعتی گاز):

جریانهای گاز تر حاصل از واحد تقطیر نفت خام ، کک سازی و واحدهای کراکینگ در بخش بازیابی بخار ، به گاز سوختی ، گاز نفتی مایع ( LPG ) ، هیدروکربنهای سیر نشده (پروپیلن، انواع بوتیلن و پنتن )، نرمال بوتان و ایزوبوتان تفکیک می‌شوند. گاز سوختی در کوره‌های پالایشگاه سوزانده می‌شود و n-بوتان با بنزین و یا LPG مخلوط می‌شود. هیدروکربنهای سیر نشده و ایزوبوتان بمنظور فراورش ، به واحدهای آلکیل دار شدن فرستاده می‌شوند.

  •   آلکیل دار کردن :

افزایش یک گروه آلکیل به هر ترکیب ، یک واکنش آلکیل دار کردن است. ولی در پالایش نفت ، واژه آلکیل دار کردن در مورد واکش اولفین های دارای وزن مولکولی پایین با یک ایزوپارافین ، به منظور تشکیل ایزوپارافینهای دارای وزن مولکولی بالاتر ، بکار می رود. نیاز به سوختهای هواپیمایی با عدد اکتان بالا انگیزه خوبی برای توسعه فرایند آلکیل دار کردن بمنظور تولید بنزین‌های ایزوپارافینی با عدد اکتان بالا بود.

اگر چه آلکیل دار کردن در فشار و دمای بالا ، بدون نیاز به کاتالیزگر مسیر است، ولی تنها فرایندهایی از اهمیت اقتصادی برخورد دارند که در دمای پایین و در مجاورت سولفوریک اسید یا هیدروفلوئوریک اسید انجام می شود. با انتخاب مناسب شرایط عملیاتی ، بیشتر فراورده‌ها در گستره جوش بنزین با اعداد اکتان موتوری 88 تا 94 و اعداد اکتان پژوهشی بین 94 تا 99 قرار می‌گیرد.
اختلاط فراورده ها :
هدف از اختلاف فراورده‌ها ، تخصیص اجزای اختلاطی فراهم برای دستیابی به شرایط و مشخصات فراوده مورد تقاضا با کمترین هزینه و تولید فراورده‌های فزاینده‌ای است که سود کلی پالایشگاه را بیشینه کند. فراورده‌های عمده پالایشگاهی که از طریق اختلاط بدست می‌آیند عبارتند از:

بنزین ، سوخت جت ، نفت کوره و سوخت دیزل که از مخلوط میان تقطیرهای واحد تقطیر نفت خام ، کک سازی و واحدهای کراکینگ بدست می‌آیند. در برخی از پالایشگاهها ، نفت گاز خلاء سنگین و باقیمانده خام نفتهای خام نفتنی و یا پارافینی را برای تولید روغن‌های روانسازی فراورش (پالایش) می‌کنند. پس از حذف آسفالتها در واحد آسفالت زدایی با پروپان ، باقیمانده خام تقطیر در خلاء و نفت گاز خلاء ، بمنظور تولید مواد پایه روغن‌های روانساز ، در معرض یک رشته عملیات محدود قرار می‌گیرند.

نفت گازهای خلاء و منابع خام آسفالت زدایی شده را نخست بمنظور حذف ترکیبات آروماتیکی ، با حلال استخراج می‌کنند و سپس بمنظور بهبود نقطه ریزش ، موم (واکس) زدایی می‌نمایند. بعد از این مرحله ، این مواد را بخاطر بهبود رنگ و پایداری ، با خاک رسهای خاص عمل آوری کرده یا در معرض عمل آوری جدی با هیدروژن قرار می‌دهند و سپس آنها را برای تولید روغنهای روانساز مخلوط می‌کنند.
فرایندهای پشتیبانی :
تعدادی از فرایندها در پالایشگاهها مستقیما در تولید سوختهای هیدروکربنی شرکت ندارند، بلکه نقش پشتیبانی ایفا می‌کنند. این فرایندها عبارتند از:

• واحد هیدروژن بمنظور تولید هیدروژن برای واحدهای هیدروکراکینگ و عمل‌آوری با هیدروژن.
• واحد فراوری گاز که هیدروربنهای زود جوش را جدا می‌سازد.
• واحد عمل آوری گاز اسیدی که هیدروژن سولفید و یا سایر گازهای اسیدی را از جریان گاز هیدروکربنی جدا می‌کند.
• واحد بازیافت گوگرد
• سیستمهای عمل‌آوری مایع خروجی (فاضلاب پالایشگاهها)
• کنترل آلودگی ناشی از گازهای احتراق و بخارهای هیدروکربنی خروجی از دستگاههای فرایندی و مخازن ذخیره مواد


رده بندی فراورده‌ها در پالایشگاه:
در یک پالایشگاه ، اغلب سه نوع فراورده تولید می‌گردد:

• فراورده‌های نهائی که مستقیما قابل عرضه به بازار می‌باشد.بنزین- نفت گاز.
• فراورده‌های نیمه نهائی که باید مجددا عملیاتی بر روی آنها انجام گیرد (برش هائی که بهینه روغن های معدنی بکار می‌روند(.
• فراورده‌های حد واسط ، شامل ترکیباتی می‌گردد که بعنوان مواد اولیه در صنعت پتروشیمی بکار برده می‌شوند.
و بطور کلی فراورده های حاصل از پالایشگاهها عبارتند از:
• گازها ، شامل هیدروژن و هیدروکربورهای گازی شکل (گازهای صنعتی و پتروشیمیایی) و گازهای مایع شده ( L.P.G ) مثل بوتان و پروپان‌های تجارتی جهت مصارف خانگی و صنعتی
• کربوران‌ها جهت موتورهای اتومبیل و هواپیما و موتورهای دیزل
• اسانس‌های مخصوص و حلال‌ها ، بعنوان پاک‌کننده لکه‌ها ، حلال در نقاشی ، حلال در صنعت
• کروزن یا نفت لامپا برای روشنایی و یا ایجاد حرارت
• مازوت خانگی ، ماده قابل احتراق برای تاسیسات حرارتی خانگ یا صنعتی با قدرت کم
• روغن ها ، روغن های سبک جهت چرب‌کردن دستگاههای مکانیکی کوچک (چرخ خیاطی) ، روغن‌های سنگین جهت ساخت روغن موتور ، روغن سیلندر مورد استفاده در ماشین‌های بخار
• پارافین و موم ، جهت محافظت مواد غذائی و عایق الکتریسته
• مازوت سنگین ، بعنوان سوخت برای تاسیسات حرارتی با قدرت زیاد مانند نیروگاههای برق و کشتی
• آسفالت ، بصورت قید جهت استفاده در جاده‌ها یا در ساختمان‌ها و همچنین بمنظور قالب‌گیری و بسته‌بندی
• کک ، بعنوان سوخت برای صنایع و یا ماده مورد استفاده جهت تهیه الکترودها

انتخاب مواد واحد آمین و هیدروژن پالایشگاه تهران:
معرفی:
• در پالایشگاه تهران 4 دسته کولرهای هوایی در هر واحد هیدروژن و آمین وجود دارد
• در هر تعمیرات اساسی تیوبها و تیوب شیت ها در معرض خوردگی شدید و حفره دار شدن(Pitting )هستند.
• پس از مدتی تیوب باندل ها از کار می افتند.
• موضوع بحث درباره علل ار کار افتادگی و مراقبت در برابر این عوامل و انتخاب بهترین مواد می باشد.

طراحی فرآیندها :
• گذرهای انحلال DGA در میان کولرهای هوایی واحد آمین (2E-810) و از پوسته باندل AIC ( 2E-811 ) در 145F وارد می شود و در 125F از باندلهای BID خارج می شود.
• گذرهای خنک کننده های آب در میان تیوب باندلهای BID (2E-811) در 85F وارد می شود و در 110F از باندلهای AIC خارج می شوند.

طراحی مواد اولیه :
• تیوب : A214 (C.S)
• تیوب شیت : A105 (C.S)

پس زمینه :
• 1975: شروع واحد
• 1977: پایان عمر تیوب در اثر خوردگی : (شکل 1)


• همچنین پوسته های آبی قابل ملاحظه ای در کانال ها و تیوبها وجود داشت . (شکل 2)
• 1981: خوردگی و pitting روی تیوبها و پوسته های تیوب
تیوبها از کار افتاده شدند و 3 باندل تعویض تیوب شدند . تیوب شیت ها تعمیر شدند.
• 1984: خوردگی و pitting در پوسته های تیوب و pitting عمومی در تیوبها
• 1985: تیوبها و تیوب شیت ها با مواد Bi-metals بازسازی شدند.
• 1988 تا کنون: مشکل اساسی وجود نداشته است.

 

 انتخاب مواد :
• انتخاب تیوبهای مبادله کننده حرارت :
بررسی دقیق روی شرایط سرویس را ضروری می سازند.یک آزمایش تیوبها که در گذشته وجود داشت استفاده و ارزیابی عمر کاری آن ، بازنگری نوع ، شکل و موقعیت خوردگی به صورت تجربی در واحد انجام می گرفت.
• فولاد های کربنی در سرویسهای آبی :
دو نوع مسئله برای فولادهای کربنی در سرویسهای آبی وجود دارد:
1. خوردگی و pitting
2. رسوب گذاری و پوسته شدن آبی
این دو آیتم افزایش خوردگی مقدار پوسته شدن را افزایش دهد ارتباط پیدا می کنند.

خوردگی و pitting :
در سرویسهای آبی نظیر cooling water و بخار ها و آب دریا و … ، فولادهای کربنی در معرض انواع زیادی از خوردگی نظیر گالوانیکی ، شیاردارشدن ، اسیدی ، بیولوژیکی ، بین دانه ای ، حفره دار شدن ، خوردگی سایشی و … هستند.
این یک حقیقت است که C.S در حضور اکسیژن / آب از لحاظ ترمودینامیکی ناپایدار است و به اکسیدهایش تبدیل می شود.
Fe + H2O + ½ O2 → Fe ( OH )3
2Fe ( OH )2 + H2O + ½ O2 → 2Fe ( OH )3

فاکتورهای خوردگی :
فاکتورهای بسیاری وجود دارند که خوردگی فولاد کربنی را در آب تحت تاثیر قرار می دهند. نظیر سرعت سیلان ، PH ، دما و امثال آنها .
اسیدیته وابسته انحلال تقریبا مهمترین فاکتور است.(PH)
در PH پایین استحاله هیدروژن از امکان شکل گیری فیلم محافظ ممانعت می کند.لذا فولاد به خورده شدن ادامه می دهد.

پوسته شدن آبی :
4 نوع پوسته شدن در سرویسهای آبی وجود دارد.
1. فیلم Bio که از خوردگی بیولوژیکی و مسدود شدن (TBC,SRB,Fungi,Yeast) ناشی می شود.
2. رسوب
3. رسوب هیدروکربن
4. پوسته شدن محصولات خوردگی (شکل 4)

• آلیاژهای مس :
1. آلیاژهای مس به طور گسترده ای برای کندانسورها و تیوبهای تبادل حرارت در سیستمهای آب و بخار استفاده می شوند.
4 Cu + O2 → 2 Cu2O
2. این اکسیدهای مس یک فیلم که ناحیه ی نسبتا بزرگی را می پوشاند ایجاد می کنند.
3. آلیاژهای مس مخصوصا مس-نیکل ها به علت مقاومت ذاتی شان در برابر رسوب دهی دریایی (میکروبیولوژیکی) شناخته شده هستند. ( شکل 5)
4. در برابر انحلال اسید مقاوم هستند.
5. در سرویسهای آبی مقاومت بالایی در برابر SCC دارند.
6. برای حملات Impingement (خرد شدن) مناسب هستند.

 فولادهای کربنی در واحد آمین :
فولاد کربنی با خوردگی اسمی مجاز در بسیاری از واحدهای آمین استفاده شده است.
  آلیاژهای مس در واحد آمین :
الیازهای مس مستعد ترک خوردن در انحلال آمین هستند. به خصوص هنگامیکه آمین به عنوان عملیات آبی شیمیایی استفاده شود.

 طراحی جدید :
تیوبهای داخلی و وجوه تیوب شیت ها که در معرض آبهای خنک کننده هستند آلیاژهای مس می باشند. (Cu-10Ni C70600)
• تیوبهای خارجی و تیوب شیت هایی که در معرض انحلال (MEA/DGA) و خم شدن هستند ، فولاد کربنی می باشند.
• حدود10mm از انتهای تیوبها که در سرویسهای آبی هستند کاملا Cu-Ni می باشند.

انتخاب مواد در واحدهای پالایشگاههای نفت و گاز و پتروشیمی:

  • خوردگی در عملیات نفت و پتروشیمی :

انتخاب مواد:
انتخاب مواد در ساخت تاثیر به سزایی بر روی قابلیت عملکرد ، اقتصادی بودن و وابستگی به واحدهای پالایش و پتروشیمی دارد. به همین علت ، انتخاب مواد می بایست یک تشریک مساعی بین مواد ، مهندس و واحد اجرایی و اهداف شخصی باشد.این ارتباط اغلب می تواند شرایط وسیعی را تحت تاثیر قرار دهد.
به طور ایده آل یک ماده می بایست هشدارهایی را قبل از از کار افتادگی به ما نشان دهد.موادی که ناگهانی و بدون باد کردن در نتیجه شکست ترد یا SCC می شکنند می بایست اجتناب شوند.
خوردگی عمومی تجهیزات می تواند به سهولت با تکنیک های بازرسی مختلفی تشخیص داده شود.در حقیقت حفره دار شدن منفرد پتانسیل جدی تری دارد.زیرا نشتی در نواحی بالای مشخص شده می تواند رخ دهد و به سختی قابل تشخیص می باشد.
تاثیر محیط روی خواص مکانیکی مواد همچنین می بایست در نظر گرفته شود.مطمئنا شرایط در معرض قرار گرفتن می تواند یک ماده ی در حالت معمول داکتیل را به یک ماده ی خیلی ترد که می تواند بدون هیچ هشداری از کار بیافتد تبدیل کند.
ماده نباید فقط برای شرایط نرمال مناسب باشد.چون همچنین بیشتر آنها باید شرایط ناپایدار را متحمل شوند. نظیر در حین روشن شدن ، خاموش شدن ، شرایط اضطراری و یا Stand by طولانی.اغلب در خلال پدیده های زمانی است که تجهیزات اعوجاج های جدی را متحمل می شوند و یا از کار افتاده می گردند.
ملاحظات خاص آنهایی است که وقتی تجهیزات در معرض آتش قرار می گیرند انجام شود.درمعرض قرار گرفتن ناخواسته که منجر به بالا رفتن درجه حرارت می شوند تنها خواص مکانیکی را تحت تاثیر قرار نمی دهد، بلکه همچنین اثرات زیان آوری نیز می گذارند.گرچه همه پیش بینی های ممکن می بایست برای به حداقل رساندن وقوع آتش انجام گیرد ، مهندس مسئول انتخاب مواد می بایست تشخیص دهد که آتش امکان دارد به وقوع پیوندد و تجهیزات می بایست کمال سلامت خود را به منظور نسوختن در آتش حفظ کنند.
این امر سبب محدود شدن کاربرد مواد با نقطه ذوب پایین یا آنهایی که در معرض شوکهای حرارتی هنگامیکه اطفای حریق با آب انجام می شود حساس هستند ، می شود. به خصوص در موارد لوله های پالایش و تجهیزات نگهدارنده بخارهای قابل اشتعال هیدروکربن ها ، از سوی دیگر مقاومت در برابر آتش برای سیستمهای آبگرد و یا ابزارهای سیستمهای هوایی نباید در نظر گرفته شوند.اگرچه واحدهای پتروشیمی ممکن است پروسه هایی را شامل شود که بخارهای غیر قابل اشتعال و بی خطر تشکیل دهد ، بیشتر تجهیزات می بایست در برابر آتش مقاوم باشند.
کمبود مقاومت در برابر آتش استفاده از اجزای پلاستیکی را در پالایشگاه ها و پتروشیمی ها با وجود مقاومت عالیشان در برابر بسیاری از انواع خوردگی محدود می کند. به علاوه اجزای پلاستیکی در معرض آسیب دیدگی بوسیله خروج بخار در خلال خاموش شدن می باشد.این نیازمند اجزای آزاد از باقیمانده های هیدروکربن و بخار قبل از اجرای بازرسی و عملیات می باشد.
مرحله نهایی در انتخاب مواد یک بازنگری از مواد و تکنیک های کنترل خوردگی که انتخاب شده اند می باشد. می بایست اطمینان نهایی از اینکه واحد ، سرویس مورد نظر را در همه شرایط فراهم می کند بدست بیاید. شامل آنچه در روشن شدن ، خاموش شدن ، شمارش معکوس ، Stand by و شرایط اضطراری رخ می دهد .

  •  مواد اساسی :

فولادهای کربنی و کم آلیاژ :
فولادهای کربنی تقریبا در حداقل 80% از کل اجزای پالایشگاه و واحد های پتروشیمی به علت ارزان بودن ، موجود بودن زیاد و ساخت آسان استفاده می شوند. همه تلاشها برای فراهم کردن شرایط استفاده از فولاد کربنی انجام می شود حتی اگر لازم باشد برای خوب کار کردن فولاد کربنی تغییراتی در پروسه انجام شود.
بخارهای هیدروکربنی خشک می شوند و یا افزودنی هایی برای کاهش پتانسیل مشکلات خوردگی فولاد کربنی تزریق می شوند. برجهای تقطیر ، درامهای جداکننده ها ، پوسته های مبادله حرارت ، تانکهای ذخیره ، اغلب لوله کشی ها و همه ساختارها عوما از فولاد کربنی ساخته می شوند.
فولاد کربنی مولیبیدنی گرید C-0.5Mo پایدارتر از فولاد کربنی ساده در دمای بین 425 تا 540 درجه سانتیگراد می باشند.زیرا این فولادها مقاومت بیشتری در برابر درجه حرارت بالا و حمله هیدروژن نسبت به فولاد کربنی دارد . در ظروف راکتور ، پوسته های مبادله ی حرارت ، درامهای جدا کننده و لوله کشی های برای پروسه های شامل هیدروژن در درجه حرارت بالای 260C از این ماده به طور گسترده استفاده می شود.
اخیرا سوالاتی در رابطه با اثر بلند مدت در معرض هیدروژن قرار گرفتن در فولادهای C-0.5Mo به وجود آمده است ؛ در نتیجه فولادهای کم آلیاژ برای ساختارهای جدید ترجیح داده می شوند. فولادهای کم آلیاژ برای سرویسهای پالایش فولادهای کروم – مولی شامل کمتر از 10% کرم میباشد.این فولادها دارای مقاومت عالی در برابر انواع مشخص خوردگی سولفیده شدن در درجه حرارت بالا و فشار بالا نسبت به حمله هیدروژنی در درجه حرارت بالا هستند.
برای بهبود مقاومت در برابر ترکهای خوردگی هیدروژنی ، فولادهای کم آلیاژ معمولا نیازمند عملیات PWHT (عملیات حرارتی پسگرم ) هستند. برای ظروف راکتور پالایش که در درجه حرارت بالا و فشار بالا کار می کنند. فولاد 2.25Cr-1Mo بسیار استفاده می شود .اغلب با فولاد ضد زنگ پوشش داده می شوند.کاربردهای دیگر برای فولاد کم آلیاژ تیوبهای کوره ، پوسته های مبادله حرارت و لوله کشی و درامهای جدا کننده می باشد.


فولادهای ضدزنگ :
به طور گسترده ای به علت مقاومت بالا در برابر خوردگی کاتالیست ها و حلالها در واحدهای پتروشیمی استفاده می شوند.در پالایشگاهها ، استفاده از فولاد ضد زنگ به کاربردهای شامل درجه حرارت بالا خوردگی سولفیدی و اشکال دیگر حملات درجه حرارت بالا محدود می شود.اکثر فولادهای ضد زنگ در حضور کلرایدها حفره دار می شوند.
فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی نظیر نوع 410(S41000) می بایست جهت اجتناب از مشکلات ترک خوردگی تنشی ناشی از هیدروژن که در نتیجه محیط شامل سولفید هیدروژن رخ می دهد ، بر رویشان عملیات PWHT صورت گیرد. کاربردهای عمومی شامل اجزای پمپ ، شتاب دهنده ها ، شیرها (valves) ، پره های توربین و شیرهای سینی و سایر سینی های گوناگون از نوع فولاد ضد زنگ 410(S41008) برای تیوبهای کوره و لوله کشی ترجیح داده می شوند.
فولادهای ضد زنگ فریتی نظیر نوع 405(S40500) در معرض ترک خوردگی هیدروژنی نیستند و بنابراین انتخاب بهتری نسبت به نوع 410(S41000) فولادهای ضد زنگ که برای خطوط ظروف که بوسیله جوشکاری به یکدیگر وصل شده اند، می باشند.
فولادهای ضد زنگ آستنیتی نظیر نوع 304(S30400) یا نوع 316(S31600) ، مقاومت خوردگی عالی دارند. ولی توسط کلرایدها در معرض SCC هستند.اگر حساس شوند همچنین در معرض SCC بوسیله اسید پلی تیونیک هستند.
کاربردهای عمومی شامل خط کشی و اجزای سینی در برجهای تقطیر ، لوله کشی ، تیوبهای تبادل حرارت ، روکشهای راکتور ، تیوبها و نگهدارنده های تیوب در کوره ها ، اجزای مختلف کمپرسور ، توربین ها ، پمپ ها و شیرها و تیوبهای بویلر.

چدنها :
به علت تردی بالا و استحکام کم معمولا برای نگهداری هیدروکربنهای قابل اشتعال استفاده نمی شوند.هدف اصلی برای اجزای پمپ و شیرها ، خارج کننده ها ، جت ها و صافی ها می باشد . سختی زیاد چدن سرعت تاثیر خوردگی راکاهش می دهد . نظیر حفره دار شدن و سایش . چدنهای Si بالا (با 14درصد سیلیسیم) به شدت مقاوم به خوردگی هستند. به علت اینکه لایه پسیو سطحی اکسید سیلیسم در حین در معرض محیط های شیمیایی ( به جز اسید سولفوریک ) قرار گرفتن تشکیل می شود.کاربردهای عمومی در واحدهای پالایشگاهها و پتروشیمی ، شامل اجزای شیر و پمپ برای سرویسهای خورنده می باشد.
چدنهای نیکل بالا ( با 13 تا 37 در صد Ni و تا 6 درصد Cr ) مقاومت به خوردگی عالی دارند. همچنین در برابر سایش و درجه حرارت بالا مقاوم هستند؛زیرا دارای مقدار آلیاژ نسبتا بالایی هستند.کاربردهای عمومی در اجزای شیر ، قسمتهای کمپرسور ، دمپرها ، اجزای ذوب کننده و قطعات پمپ می باشد.

 آلیاژهای مس و آلومینیوم :
اغلب به کاربردهای زیر 260C محدود می شوند.زیرا محدودیت استحکام دارند. فلزات دریایی (C44300) تیوبها به طور گسترده ای در کندانسورهای آبگرد و کولرها در بسیاری از پالایشگاهها استفاده می شوند؛ولی اغلب به خوبی در کندانسورها عمل نمی کنند.در کولرها بیشترین علت ازکارافتادگی حفره دار شدن و SCC توسط آلومینا و روی زدایی می باشد.
آلیاژهای Al زمانی در پالایشگاه به عنوان جایگزین برای فولاد کربنی و فلزات دریایی تیوبهای مبادله حرارت در سرویسهای آبگرد استفاده می شدند.تیوبهای آلومینیومی دارای مقاومت بالای در برابر خوردگی سولفیدی آبی در کندانسورهای بالاسری می باشند.
متاسفانه رسوب گذاری و حفره دار شدن در قسمت قرار گرفته در آب همواره یک مسئله بوده است و به استثنای بعضی کاربردهای محدود اغلب پالایشگاهها از تیوبهای آلومینیومی استفاده نمی کنند.تنها استفاده ی اصلی در پالایشگاهها از تیوبهای Al در برجهای مکنده است که آلومینیوم مقاومت در برابر خوردگی توسط اسید نفتیک در اجزای سینی ایجاد می کند. Al همچنین در تشکیل پوششهای آلومینیومی برای محافظت فولادهای کم آلیاژ مقابل خوردگی سولفیدی در درجه حرارت بالا استفاده می شود.


آلیاژهای نیکل :
مخصوصا در مقابل اسید سولفوریک ، اسید هیدروکلریک ، اسید هیدروفلوریک و محلولهای بازی که همه آنها می توانند سبب ایجاد مشکلات خوردگی در عملیات شیمیایی پالایشگاه و پتروشیمی شوند مقاوم می باشند. به محض افزایش درصد Ni به بالاتر از 30% ، آلیاژهای آستنیتی برای اهداف عملی در برابر SCC ناشی از کلرایدها مصون می شوند.
Ni همچنین پایه بسیاری از آلیاژهای درجه حرارت بالا می باشد ولی آلیاژهای نیکل می توانند توسط گازهای گوگردزا در درجه حرارتهای بالا مورد حمله قرار گیرد وترد شود.
آلیاژهای سری 040 N04000)) بسیار وسیع به عنوان خطوط برای تجهیزات فولاد کربنی ساده برای جلوگیری از خوردگی توسط اسید هیدروکلریک و نمکهای کلرایدی استفاده می شوند. به همین دلیل تیوبهای آلیاژ 400 (N04000) در کندانسورهای بالاسری استفاده می شوند.آلیاژ 400 همچنین در برابر خوردگی توسط اسید هیدروفلوریک استفاده می شود.
آلیاژ های نیکل بالا شامل آلیاژ625 (N06625) و آلیاژ 825 (N08825) برای کاهش خوردگی اسید پلی تیونیک در نوک دودکشها استفاده می شوند.
آلیاژ B-2 (N10665) مخصوصا برای نگهداری اسید هیدروکلریک در همه شرایط و دماها ( شامل نقطه جوش) انتخاب می شود ولی اگر نمکهای اکسیدی وجود داشته باشد تحت حمله قرار می گیرد. آلیاژ B-2 ، آلیاژ C-4 (N10002) و آلیاژ C-276 (N10276) ، مقاومت عالی در برابر همه شرایط اسید سولفوریک تا حداقل 95C دارند.اگرچه گران هستند.این آلیاژها در کاربردهای خاص ناشی از مشکلات خوردگی شدید غیر عادی استفاده می شوند.

تیتانیوم :
جدیدترین ماده برای استفاده در صنعت پالایشگاه می باشد.اما در گذشته در صنایع پتروشیمی استفاده می شده است.
تیتانیوم فلز دمای بالاست.جوشکاری و برشکاری می بایست تحت اتمسفر گاز خنثی به منظور جلوگیری از تردی انجام گیرد. از دیدگاه عملی استفاده از Ti در واحدهای پالایشگاه و پتروشیمی به درجه حرارتهای زیر 260C محدود می شود. اگر هیدروژن وجود داشته باشد به منظور جلوگیری از تردی ناشی از شکل گیری هیدرید درجه حرارت نباید بیشتر از 175C شود.
Ti کاملا در برابر پروسه های پالایش مقاوم است.تیوبهای ساخته شده از تیتانیوم با گرید 2 (R50400) به طور گسترده ای در کولرهای بالاسری و کندانسورها در تعدادی از واحدهای پالایشگاه به منظور جلوگیری از خوردگی توسط کلریدهای آبی ، سولفیدها و دی اکسید های سولفور استفاده می شوند.
تیوبها می توانند خورده شوند اگرچه روی آنها اسید رسوب کی کند.تیوبهای Ti اغلب هنگامیکه آب دریا یا آب شور برای خنک کردن استفاده می شود مورد نیاز هستند.جاییکه خوردگی رسوب گذاری تیتانیوم یک مشکل است ، تیتانیوم با گرید 12 (R53400) که با نیکل و مولیبیدن آلیاژ شده است می بایست استفاده شود.آندایزینگ و اکسید شدن در درجه حرارت بالای Ti با گرید 2 به عنوان یک مزیت خوردگی به حساب می آید.


کدها و استانداردها :
قوانین طراحی ، ساخت ، بازرسی ظروف تحت فشار ، لوله کشی و تانک ها توسط کدها که بویسله آژانس صنعت در کشورهای مختلف توسعه داده شده است فراهم می شود که در جدول 1 نشان داده شده اند.
• در ایالات متحده ASME/ANST برای بویلرها و ظرف تحت فشار می باشد.
در بسیاری از ایالات مرسوم است که کد دنبال شود و بیشترین ملاحظه روی ایمنی صنعتی صورت گیرد.شماره ایالت که مطابق کد است افزایش می یابد.بنلبراین پله اول در انتخاب مواد برای ساخت دانستن این است که کدام کد پوشش داده شده و کدام نشده است.
کد ASME/ANSI بویلرها و ظروف تحت فشار نیز فولادهای قابل قبول و مقادیر تنشهای مجاز لیست می کند.جزییات خاص برای این فولادها در قسمت AII و BII که بر پایه استاندارد ASTM فراهم شده است.(جدول 2) کدها همچنین روش محاسبه min ضخامت اجزای مختلف بر پایه دما و فشار را می دهد.نیاز به عملیات حرارتی در حین ساخت و بازرسی همچنین بر پایه آلیاژ انتخاب شده و ضخامت دیواره تحت فشار می باشد.برای ظروف تحت فشار جوشکاری شده قسمت IX از کدهای مشخصه برای کنترل کیفیت پروسه جوشکاری استفاده می شود.
کد اثر محیط را بر روی ماده انتخاب شده در نظر نمی گیرد.کد تشخیص می دهد که خوردگی می تواند رخ دهد و قوانین برای خوردگی مجاز در محاسبه ضخامت دیواره تحت فشار را فراهم می کند.اما مقادیر مناسب برای خوردگی مجاز می بایست بوسیله طراح مشخص شود.همچنین مسئولیت طراح است که هرگونه عملیات حرارتی خاص را تشخیص دهد و تجویز کند و یا محدودیتهای سختی یا جزییات دیگری را به عنوان نتیجه اثر محیط وجود دارد را تجویز کند.
به طور مشابه طراح می بایست صحت تمام رنج شرایط مطلوب عملیات شامل upset که ممکن است مواجه شود را تعیین کند و بنابراین مقیاس طراحی مشخص شود.

منابع و مراجع :

1- Amine Water Cooler In Hydrogen Planet(Article)-Author : Mr.Khajavi Rad

2- Specific Industries and Environments-corrosion in petroleum refining and petrochemicals operations

3- ASTM handbooks

4- API handbooks

کلمات جستجو شده: طرح بازیابی اتان پترو پالایش کنگان

نوشته های مرتبط

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *