أنظمة التتبع الحراري لخطوط الزيوت الثقيلة وزيت الوقود

يتحدد أسلوب التتبع الحراري المناسب لخطوط المنتجات عالية اللزوجة أولًا بالمهمة المطلوبة منه: هل الغاية الحفاظ على منتج يدخل الخط ساخنًا عند درجة حرارة تسمح بضخه، أم إعادة تسخين خط برد، أم منع تصلّب المنتج في كل الظروف؟ وعندما تُضاف إلى ذلك درجة الحرارة المطلوب الحفاظ عليها، وأعلى درجة حرارة سيتعرض لها الخط، ومصدر الطاقة المتاح في الموقع (كهرباء أو بخار أو زيت حراري)، وتصنيف المنطقة الخطرة، يتضح في الغالب الاختيار بين الكابل الكهربائي وأنابيب التتبع بالبخار والأنابيب المغلّفة بقميص تسخين.

تحتاج درجات زيت الوقود المتبقي الثقيلة عادةً إلى تسخين مسبق كي يمكن نقلها وتذريرها في الموقد بصورة سليمة. ويعوّض التتبع الحراري الحرارة المتسربة عبر العزل، فيبقى المنتج ضمن نافذة الحرارة المطلوبة من الخزان حتى نقطة الاستهلاك. أما تفاصيل وحدات القياس المسخّنة وتحجيم خطوط نقل المنتجات اللزجة فتتناولها صفحات مستقلة.

حدّد المهمة أولًا: حفاظ على الحرارة أم تسخين؟

تُصمَّم معظم أنظمة التتبع الحراري للحفاظ على الحرارة، أي أن المنتج يدخل الخط ساخنًا ويقتصر دور النظام على تعويض الفاقد. أما رفع حرارة خط بارد خلال زمن محدد فيتطلب قدرة أعلى بكثير ويُعدّ قرارًا تصميميًا منفصلًا. وتميّز مراجع التتبع بالبخار بين عدة مهام:

·         تتبع غير حرج: إبقاء اللزوجة عند مستوى ملائم للضخ؛ فالانخفاض القصير في الحرارة لا يُتلف المنتج لكنه يُجهد المضخة.

·         تتبع حرج: الحفاظ المستمر على الحرارة للمنتجات التي تتصلّب أو تفسد دون حد معين.

·         خط مغلّف بقميص تسخين: أشد المهام صعوبة، حيث يجب أن يبقى المنتج ساخنًا طوال الوقت مع إمكانية تسخين الخط بسرعة.

·         تتبع الأجهزة: حماية النقاط الصغيرة المعرّضة للبرودة مثل العدّادات وصمامات التحكم ونقاط أخذ العينات وخطوط النبض.

لا تُعتمد نقطة الانسكاب (Pour Point) وحدها قيمةً تصميمية، فهي مؤشر على أدنى درجة حرارة يظل فيها المنتج قابلًا للاستخدام. وقد تختلف درجات الحرارة اللازمة للضخ والقياس والتذرير، ويُشتق كل منها من بيانات علاقة اللزوجة بالحرارة الخاصة بالمنتج.

خيارات التتبع الحراري الكهربائي

تبرز في الأنظمة الكهربائية ثلاث عائلات رئيسية من الكابلات، ويتوقف اختيار المناسب منها على درجتي الحفاظ والتعرض وطول الدائرة وفلسفة التحكم.

التتبع بالبخار والموائع الساخنة

في المصافي ومحطات التوليد والمحطات الطرفية التي تتوفر فيها شبكة بخار أو زيت حراري، يُفضَّل كثيرًا التسخين بالموائع. تُثبَّت أنابيب بخار صغيرة القطر على خط المنتج لتعوّض الحرارة المفقودة عبر العزل، ويطلق البخار حرارته عند درجة ثابتة تحددها قيمة ضغطه. كما أن استخدام معجون نقل الحرارة بين أنبوب التتبع وخط المنتج يحسّن انتقال الحرارة بوضوح ويحدّ من البقع الساخنة الموضعية.

يتوقف نجاح التتبع بالموائع على جانبي التوزيع والتجميع: مجمّعات توزيع البخار، ومصائد البخار التي تصرّف المتكاثف في نهاية كل دائرة تتبع، ومجمّعات تجميع المتكاثف، وعناصر التحكم في الحرارة، ويجب تصميمها معًا. أما الأنابيب المغلّفة بقميص تسخين فهي فئة قائمة بذاتها للخطوط التي يجب أن تحافظ على المنتج عند أعلى الدرجات، وتُشرح تطبيقاتها في خطوط البيتومين وأذرع تعبئته في صفحة خاصة.

أين تتكوّن النقاط الباردة في خطوط الزيوت الثقيلة؟

نادرًا ما تسبّب المقاطع المستقيمة من الأنابيب مشكلات؛ إذ تبدأ الصعوبات حيث تزداد الكتلة الحرارية ومساحة السطح. فأجسام الصمامات وسلال المصافي وأغلفة المضخات وأجسام العدّادات وأزواج الفلنجات ودعامات الأنابيب والأفرع الميتة التي لا يمر فيها تدفق تحتاج كلها إلى تسخين إضافي وعزل دقيق. وإذا نُظّف الخط بالبخار أو غُسل بمنتج ساخن فقد تتجاوز أعلى حرارة يتعرض لها الكابل حرارة التشغيل العادية بكثير، ويجب اختيار الكابل على أساس هذه القيمة. ولمعرفة ترتيبات التسخين على وحدة تحمل العدّادات والصمامات راجع صفحة وحدات القياس المسخّنة.

مدخلات التصميم

التحكم والمراقبة والمناطق الخطرة

قد يكفي في الحماية البسيطة من التجمد تحكمٌ يستشعر حرارة المحيط. أما في الزيوت الثقيلة التي تتأثر لزوجتها بشدة بالحرارة، فيوفر التحكم على مستوى كل دائرة بالاعتماد على حساس لحرارة سطح الأنبوب، مع إنذارات الحرارة المنخفضة والمرتفعة والإبلاغ عن الأعطال، تشغيلًا أكثر أمانًا. ونقل هذه الإنذارات إلى نظام PLC أو SCADA في المنشأة يساعد المشغلين على اكتشاف الخط الذي يبرد قبل تشغيل المضخة عليه. وفي أنظمة البخار تؤدي صمامات التحكم الحراري ذاتية التشغيل ومراقبة مصائد البخار دورًا مماثلًا.

في المناطق التي قد تتشكل فيها أجواء قابلة للانفجار يُختار التتبع الحراري الكهربائي بالمقاومة مع مراعاة المتطلبات العامة ومتطلبات الاختبار في سلسلة IEC/IEEE 60079-30، بينما يتناول المعيار IEC/IEEE 62395-1 الموضوع نفسه للمناطق الصناعية غير الخطرة. وتؤثر هذه الوثائق في كيفية تقييم أعلى حرارة لغلاف الكابل وملحقات التوصيل وأساليب التحكم. أما المتطلبات الواجب تطبيقها فتحددها مواصفات المشروع وتصنيف المناطق الخطرة في الموقع.

كيف تدعمكم TLY Enerji

تنظر TLY Enerji إلى التتبع الحراري بوصفه جزءًا من نظام القياس والنقل لا حزمة منفصلة. وبحسب نطاق المشروع قد يشمل الدعم تحديد درجات الحرارة المستهدفة انطلاقًا من بيانات لزوجة المنتج، وتعريف احتياجات التسخين عند العدّادات والصمامات والمضخات، ودمج إشارات الحرارة والإنذارات في نظام PLC أو SCADA، إضافة إلى التركيب الميداني والاختبار والتشغيل. ويُتفق في كل مشروع على حدود توريد معدات التتبع الحراري والمسؤولية عن حسابات الفاقد الحراري استنادًا إلى المواصفة الفنية.

البيانات المطلوبة للتقييم

·         قائمة الخطوط أو الرسومات الأيزومترية مع الأقطار والأطوال ومواقع الصمامات والمصافي والمضخات والعدّادات

·         درجة المنتج وقيم لزوجته عند درجتي حرارة على الأقل

·         درجة الحرارة المطلوب الحفاظ عليها وأعلى حرارة سيتعرض لها الخط بما في ذلك التنظيف بالبخار

·         أدنى حرارة محيطة تصميمية ومدى التعرض للرياح

·         نوع العزل القائم أو المخطط وسماكته

·         تصنيف المناطق الخطرة

·         الطاقة المتاحة: جهد التغذية أو ضغط البخار أو دائرة الزيت الحراري

·         متطلبات التحكم والمراقبة: تحكم محلي أو لوحة مركزية أو ربط البيانات بنظام التحكم

صفحات ذات صلة

·         وحدات القياس المسخّنة للزيوت الثقيلة وزيت الوقود: كيف تُمنع النقاط الباردة عند العدّادات والمصافي والصمامات على الوحدة.

·         أنظمة نقل المنتجات عالية اللزوجة: كيف تُختار المضخات وأقطار الخطوط في الخطوط المسخّنة.

·         الأنابيب المغلّفة وأذرع التعبئة للبيتومين: حلول القميص الحراري للخطوط عالية الحرارة حين لا يكفي التتبع.

·         أنظمة النقل المسخّنة لزيت التحلل الحراري: منتج لزج آخر يقيّد فيه حدٌّ أعلى للحرارة عملية التسخين.

·         منشآت الزيوت الثقيلة وزيت الوقود: نظرة عامة على إدارة الحرارة واختيار المعدات في هذا القطاع.

أسئلة شائعة

هل ما زلنا بحاجة إلى ترموستات مع الكابل ذاتي التنظيم؟

في معظم تطبيقات المنتجات اللزجة نعم. فالكابل ذاتي التنظيم يخفّض قدرته مع ارتفاع حرارته، لكنه لا يثبّت المنتج عند درجة مستهدفة محددة. وفي الزيوت الثقيلة التي تتأثر لزوجتها كثيرًا بالحرارة يُنصح بدائرة تحكم مزوّدة بحساس لحرارة سطح الأنبوب للحفاظ على النطاق المطلوب والحد من استهلاك الطاقة وإطلاق إنذار الحرارة المنخفضة.

أيهما نختار: التتبع بالبخار أم التتبع الكهربائي؟

لا توجد إجابة واحدة. فإذا توفر في الموقع مصدر موثوق للبخار أو الزيت الحراري قد يكون التتبع بالموائع خيارًا اقتصاديًا ومتينًا، مع أن إدارة المتكاثف وصيانة مصائد البخار تضيف عبئًا تشغيليًا. أما في الخطوط البعيدة أو المتفرقة أو المواقع الخالية من البخار فالتتبع الكهربائي أسهل تركيبًا ويمكن مراقبته دائرةً دائرة. ويجب الموازنة بين كلفة الطاقة وقدرة الصيانة وظروف المنطقة الخطرة.

هل يستطيع التتبع الحراري إعادة تسخين خط برد؟

جزئيًا إذا صُمم لذلك، لكن التصاميم المعتادة موجهة للحفاظ على الحرارة. فتسخين زيت ثقيل متصلب أو شديد البرودة خلال زمن معقول يتطلب طاقة تفوق بكثير ما يلزم للحفاظ عليه. وإذا كانت إعادة التسخين سيناريو تشغيليًا متوقعًا فيجب ذكر ذلك منذ البداية لدراسة حلول مثل الأنابيب المغلّفة أو دائرة تسخين مخصصة.

ما النقطة الأكثر أهمية في التتبع الحراري داخل المناطق الخطرة؟

ألّا تتجاوز أعلى حرارة سطحية يمكن أن يبلغها السخان في أسوأ الظروف فئةَ الحرارة المسموح بها في المنطقة. ففي الكابل ذاتي التنظيم يأتي هذا الحد من بنية الكابل نفسه، أما في الكابل ذي القدرة الثابتة وكابل MI فيتحقق عبر حسابات التصميم وأجهزة التحكم المحدِّدة. كما يجب أن تلائم صناديق التوصيل والملحقات ووحدات التحكم تصنيف المنطقة.

إلى أي حد تؤثر جودة العزل في أداء التتبع الحراري؟

تأثيرها كبير ومباشر. فالتتبع الحراري يُحجَّم لتعويض الحرارة المتسربة عبر العزل فقط، والعزل المبلل أو المضغوط أو الناقص يرفع الفاقد إلى ما يفوق القيم المحسوبة بكثير. ولهذا تُفضَّل أغطية العزل القابلة للفك عند الصمامات والفلنجات للحفاظ على سهولة الصيانة واستمرارية العزل الحراري معًا.