أنظمة نقل المنتجات عالية اللزوجة

تُحجَّم المضخات والخطوط في المنتجات عالية اللزوجة على أساس أعلى لزوجة سيواجهها النظام، لا على أساس ظروف التشغيل الاسمية. وفي الزيوت الثقيلة وزيت الوقود يعني ذلك غالبًا أدنى درجة حرارة للمنتج: أول تشغيل في صباح بارد، أو إعادة التشغيل بعد توقف طويل، أو عطل يُخرج جزءًا من التسخين من الخدمة. وإذا لم تُراجَع نوعية المضخة وخط السحب وقطر الأنبوب وقدرة المحرك وفق هذا السيناريو الأسوأ، فقد يبدو النظام سليمًا في الأيام العادية ثم يعجز في اللحظة الحرجة.

تتناول هذه الصفحة منطق التحجيم الخاص بنقل الزيوت الثقيلة وزيت الوقود. أما الحفاظ على حرارة الخط فتشرحه صفحة أنظمة التتبع الحراري، وأما مسائل تعبئة الصهاريج فتعرضها صفحة أنظمة تعبئة صهاريج الزيوت الثقيلة.

المدخل الأول: علاقة اللزوجة بالحرارة

تتغير اللزوجة الكينماتيكية للمنتجات البترولية بسرعة مع الحرارة. وتتيح قيمتان للزوجة مقيستان عند درجتين مختلفتين تقدير اللزوجة عند درجات أخرى ضمن مدى محدود بطرق قياسية، ولذلك يُطلب من المختبر نتيجتان على الأقل بدل رقم واحد. كما تحتاج درجات زيت الوقود المتبقي عادةً إلى تسخين مسبق للنقل والتذرير، وكل تغيير في درجة المنتج يغيّر حرارة النقل المستهدفة ولزوجة التصميم معًا.

نقطة الانسكاب حدٌّ مساعد في هذا الحساب وليست حرارة تصميم. ففي المنتجات الشمعية قد يتغير سلوك الانسياب بحسب التاريخ الحراري للمنتج، فيبدو المنتج نفسه سائلًا في ظروف وصلبًا في ظروف أخرى. وهذا الغموض سبب وجيه لدراسة سيناريو التشغيل البارد على حدة.

اختيار نوع المضخة

تفقد المضخات الطاردة المركزية كثيرًا من كفاءتها مع ارتفاع اللزوجة، فينخفض الرفع والتدفق وتزداد قدرة الدخل، كما يرتفع صافي ضاغط السحب الموجب المطلوب (NPSH) وعزم البدء. لذا يجب تصحيح أداء المضخة المختبرة بالماء عند استخدامها مع سائل لزج. أما في المضخات الدوارة موجبة الإزاحة فإن ارتفاع اللزوجة يقلل التسرب الداخلي ويرفع الكفاءة الحجمية، وتستطيع هذه المضخات العمل عند لزوجات تفوق بكثير قدرة الأنواع الطاردة المركزية. ولهذا يكثر استخدام المضخات الدوارة موجبة الإزاحة، كالمضخات الترسية واللولبية والفصّية، في نقل الزيوت الثقيلة وزيت الوقود.

جانب السحب: من هنا تبدأ معظم المشكلات

يبيّن صافي ضاغط السحب الموجب المتاح (NPSHA) مقدار ارتفاع الضغط المطلق عند مدخل المضخة فوق ضغط بخار المنتج عند حرارة التشغيل. وفي المنتجات اللزجة يستهلك الاحتكاك في خط السحب هذا الهامش بسرعة، بينما يرتفع أيضًا ضغط الدخل الصافي الذي تحتاجه المضخة موجبة الإزاحة مع اللزوجة. والنتيجة خطر التكهف وعدم امتلاء المضخة واضطراب تشغيلها.

·         خط سحب قصير وواسع: وضع المضخة قريبًا من الخزان وجعل قطر السحب أكبر من قطر الطرد يقللان الفاقد.

·         سحب مغمور: تركيب المضخة تحت مستوى المنتج بحيث يغذيها الخزان بالجاذبية يحسّن ظروف الدخل.

·         تسخين خط السحب: فقدان بضع درجات فقط في جانب السحب قد يرفع اللزوجة بوضوح، فلا ينبغي إهمال تتبعه الحراري.

·         مصفاة السحب: تحمي المضخة من الشوائب، لكن فاقد الضغط فيها يرتفع بسرعة مع المنتج اللزج؛ ويفيد مقياس فرق الضغط وسلة سهلة الوصول.

قطر الخط وفاقد الضغط

يكون جريان المنتجات اللزجة في الغالب رقائقيًا، ويزداد فيه فاقد الضغط بما يقارب التناسب الطردي مع اللزوجة. وتكبير القطر يقلل هذا الفاقد، لكن كل زيادة في القطر تكبّر أيضًا السطح الواجب تسخينه وحجم المنتج المتبقي في الخط وعبء تفريغه. ولهذا يُحدَّد القطر الصحيح بالموازنة بين ضغط المضخة وقدرة التتبع الحراري والحجم المحتجز. ويجب إدخال أجهزة القياس في الحساب أيضًا، إذ يزداد فاقد الضغط في العدّادات موجبة الإزاحة وعدّادات كوريوليس مع اللزوجة، وإذا أُغفل عند اختيار المضخة قد يتحول العدّاد إلى عنق زجاجة في النظام. ويُعالَج اختيار العدّاد للزيوت الثقيلة في صفحة وحدات قياس الزيوت الثقيلة.

تفريغ الخط وتنظيفه وإعادة التشغيل

عند انتهاء النقل يبرد المنتج المتبقي في الخط ويصنع أصعب ظرف للتشغيل التالي. وتتوفر لذلك عدة أساليب يُختار منها ما يناسب نمط تشغيل المنشأة:

·         التدوير المستمر: تصميم الخط حلقةً تعود إلى الخزان، فيبقى المنتج ساخنًا مقابل استمرار استهلاك طاقة الضخ والتسخين.

·         الانتظار مع التتبع الحراري: يبقى الخط ممتلئًا ويحافظ التتبع الحراري على حرارة المنتج.

·         التصريف: تصميم الخط بميل وتفريغه في الخزان أو وعاء تصريف؛ والأفرع الميتة والنقاط المنخفضة هي نقاط الضعف في هذا الأسلوب.

·         النفخ أو التنظيف بالكاشط (Pig): دفع المنتج خارج الخطوط الطويلة؛ وحيث قد يتشكل جو قابل للاشتعال يجب استخدام غاز خامل بدل الهواء المضغوط.

·         الغسل بمنتج أخف: عند تغيير درجة المنتج أو قبل التوقف الطويل، مع التخطيط المسبق لوجهة منتج الغسل.

مدخلات التصميم

العمل مع TLY Enerji

في مشاريع نقل المنتجات اللزجة يمكن أن تقدم TLY Enerji دعمًا هندسيًا يشمل تقييم بيانات العملية، واختيار المضخات والصمامات ومعدات القياس وتوريدها، ودمج التحكم في المضخات والعدّادات ضمن أتمتة قائمة على PLC، إضافة إلى التركيب الميداني والاختبار والتشغيل. وتُحدَّد المسؤولية عن الحسابات الهيدروليكية وتصميم التتبع الحراري والتركيب الميكانيكي في كل مشروع استنادًا إلى المواصفة الفنية.

البيانات اللازمة للتحجيم

·         درجة المنتج وكثافته ولزوجته المقيسة عند درجتي حرارة على الأقل

·         حرارة المنتج في الخزان وأدنى حرارة قد يبلغها الخط

·         معدل النقل المطلوب والكميات المنقولة يوميًا أو لكل دفعة

·         موقعا الخزان والمضخة وأدنى منسوب تشغيلي

·         مسار الخط بأطواله وفروق مناسيبه وأقطاره الحالية

·         قائمة العدّادات والمصافي والصمامات على الخط

·         حالة التسخين والعزل الحالية ومصادر الطاقة المتاحة

·         هل يبقى الخط ممتلئًا بعد النقل، وكم مرة تتغير درجة المنتج

صفحات ذات صلة

·         أنظمة تعبئة صهاريج الزيوت الثقيلة: الحفاظ على سيولة المنتج أثناء تعبئة الصهاريج من خزانات مسخّنة.

·         أنظمة التتبع الحراري: اختيار أسلوب الحفاظ على حرارة خطوط النقل.

·         وحدات قياس الزيوت الثقيلة: أثر اللزوجة في تقنية العدّاد وفاقد الضغط.

·         أنظمة نقل البيتومين عالي اللزوجة: مضخات وخطوط مغلّفة لخدمة أعلى حرارة.

أسئلة شائعة

هل يمكن استخدام مضخة طاردة مركزية للزيت الثقيل؟

يمكن ذلك في بعض الخدمات عالية التدفق إذا سُخّن المنتج بما يكفي لإبقاء لزوجته منخفضة. غير أن أداء المضخة الطاردة المركزية يتراجع بسرعة مع ارتفاع اللزوجة، وقد لا تحقق التدفق المطلوب أثناء التشغيل البارد. لذلك يجب تقييمها بالأداء المصحَّح للزوجة وبسيناريو أسوأ حرارة، لا بمنحنى الماء.

لماذا تحتاج المضخة موجبة الإزاحة إلى صمام تنفيس أو حماية من الضغط؟

تدفع المضخة موجبة الإزاحة حجمًا محددًا إلى جهة الطرد في كل دورة. فإذا بقي صمام الطرد مغلقًا أو برد الخط وانسد، قد يستمر الضغط في الارتفاع حتى يتجاوز حد تصميم المضخة أو الأنابيب. ولهذا يُعدّ تنفيس الضغط على المضخة أو في النظام، مع مراقبة مناسبة للضغط، جزءًا أساسيًا من التصميم.

هل الخط الأكبر قطرًا أفضل دائمًا؟

لا. فالقطر الأكبر يقلل فاقد الضغط وقدرة المضخة، لكنه يزيد السطح الواجب تسخينه وحجم المنتج المتبقي في الخط وعبء تفريغه. وفي المنشآت التي تتغير فيها درجات المنتج كثيرًا قد يتحول هذا الحجم المحتجز إلى مشكلة تجارية وتشغيلية. والقطر الصحيح هو ما يوازن بين هذه العوامل جميعًا.

لماذا تتعثر المضخة عند التشغيل البارد؟

يزداد قوام المنتج المتبقي في الخط أثناء التوقف كلما برد. وعند البدء يجب على المضخة سحب هذا المنتج الثقيل من جانب السحب ودفعه على طول خط الطرد، فقد تتجاوز القدرة وعزم البدء المطلوبان التشغيل العادي بكثير. ويخفف هذا العبء التسخين المسبق بالتتبع الحراري أو البدء التدريجي بسرعة منخفضة أو تفريغ الخط قبل التوقف.