ملاحظات تصميم أنابيب البتروكيماويات والاقتراحات المتعلقة بالكفاءة

Thread Content

ملاحظات وتوصيات بشأن تصميم أنابيب الصناعات البتروكيماوية ومعايير الجودة فيها، بالإضافة إلى إدارة السلامة أثناء عملية نقل المواد. مع التطور المستمر لصناعة النفط في بلادنا، يزداد حجم محطات المعالجة البتروكيماوية تدريجيًا، وبالتالي تزداد المتطلبات المتعلقة بتصميم أنابيب هذه المحطات. تعتبر أنابيب الصناعات البتروكيماوية، كأجهزة خاصة لنقل المواد، وسيلة لربط مختلف الأجهزة والمنشآت ذات الصلة، مما يجعل منشآت الصناعات البتروكيماوية كيانًا متكاملاً. كما توفر هذه الأنابيب حماية مهمة لسلامة نقل مختلف السوائل. لكن في العمل الفعلي لتصميم الأنابيب، تؤثر عوامل متعددة مثل أنواع الأنابيب وظروف الاستخدام المختلفة بشكل كبير على سلامة تصميم الأنابيب. لذلك، يجب على مصممي الأنابيب أن يصمموا أنابيب تلبي المتطلبات، مع مراعاة عوامل متعددة، وخاصة الاهتمام بالنقاط التي يجب أخذها في الاعتبار أثناء تصميم الأنابيب، واتخاذ تدابير فعالة لضمان أمان ومتانة تصميم الأنابيب، وكذلك ضمان أن يكون التصميم آمنًا ومعقولًا. عوامل التأثير على سلامة الأنابيب: التآكل. التآكل هو تدمير مادة الأنابيب نتيجة لتفاعلات كيميائية مع المواد الموجودة في البيئة المحيطة بها، وهو يؤثر بشكل كبير على سلامة الأنابيب. تشمل أشكال تلف الأنابيب الناتج عن التآكل التآكل تحت الضغط، والتآكل الموحد، والتآكل الموضعي، والتآكل الناتج عن الغلاف الجوي. نظرًا لاختلاف البيئات التي توجد فيها مواد الأنابيب المختلفة، فإن مستوى مقاومتها للتآكل يختلف أيضًا. عادةً ما يكون البيئة التي توجد فيها الأنابيب معقدة ومتغيرة بسهولة، بالإضافة إلى وجود عيوب معينة في المواد نفسها، مما يجعل التآكل أمرًا أكثر صعوبة في التنبؤ به والسيطرة عليه. الأضرار الميكانيكية: تتمثل الأضرار الميكانيكية التي تصيب خطوط أنابيب النفط في الانكسار الهش عند درجات الحرارة المنخفضة، والتلف الناتج عن درجات الحرارة المرتفعة. في الظروف المنخفضة الحرارة، عندما تكون درجة حرارة مادة الأنابيب أقل من درجة التحول الهش لها، فإن ذلك يؤدي إلى انخفاض مقاومتها للصدمات، مما يسبب حدوث كسور هشة. تتغير خصائص مواد الأنابيب في درجات الحرارة المرتفعة بشكل سلبي، مثل فشل الانزلاق، وتحول الفولاذ الكربوني والفولاذ ذو الطور الكربوني إلى الجرافيت، بالإضافة إلى تصلب المادة نتيجة عملية التلدين، وكل ذلك يؤدي إلى إضعاف مواد الأنابيب وجعلها هشة. في الوقت نفسه، يميل المعدن المستخدم في صناعة الأنابيب إلى التعب تحت تأثير الأحمال المتغيرة أو التغيرات الدورية في درجة الحرارة، مما يؤدي إلى تشوه المعدن وتلفه بل وحتى انكساره، وهو ما يؤثر بشكل خطير على سلامة أنابيب صناعة البتروكيماويات. فعالية الختم: في الوقت الحالي، يتم استخدام طريقتين رئيسيتين لختم أنابيب صناعة البتروكيماويات، وهما ختم الفلانشات وختم الصمامات، وذلك لمنع تآكل الأنابيب وحدوث تسريبات، وضمان سلامتها. يعتمد الختم على الفلانجة على تعاون ثلاثة أجزاء: الفلانجة نفسها، والبراغي، ووسادات الختم. يؤثر مستوى صلابة الفلانجة وشكل سطح الختم بالإضافة إلى خصائص وسادات الختم بشكل مباشر على فعالية الختم. كما أن أي تغيير في موقع الأنابيب قد يؤثر أيضًا على فعالية الختم، مما يؤثر بدوره على أمان الأنابيب. ينقسم تسرب الصمامات إلى نوعين: التسرب الداخلي والتسرب الخارجي. ووفقًا للإحصائيات، فإن نسبة التسرب من الصمامات والوصلات تبلغ حوالي 2/3، ويؤثر التسرب بشكل مباشر على أمان الأنابيب، بل قد يؤدي إلى عواقب أكثر خطورة. لذلك، فإن اتخاذ تدابير فعالة لمنع تسرب الصمامات والوصلات له أهمية كبيرة في ضمان سلامة محطات التكرير البتروكيماوية. ملاحظات هامة حول تصميم الأنابيب: يجب اختيار المواد المناسبة. إن اختيار مواد أنابيب البتروكيماويات، وخاصة المواد المعدنية، له تأثير كبير على سلامة الأنابيب وعمليات الصيانة والتحديث التقني. فاختيار مواد غير مناسبة قد يؤدي إلى حدوث انفجارات أو حوادث أمنية أخرى، لذلك فإن اختيار المواد المناسبة أمر ضروري للغاية. يجب استخدام وسائد مختلفة لوصلات الفلانشات المصنوعة من مواد مختلفة؛ حيث تستخدم الفلانشات ذات الجودة العالية وسائد معدنية لتحمل ضغوط الختم العالية، أما بالنسبة للفلانشات ذات الصلابة المنخفضة، فيجب اختيار براغي ذات جودة عالية لها. يجب أن يكون تصميم الحاملات مستقرًا؛ فالتصميم غير المناسب للحاملات قد يؤدي إلى تلف الأنابيب أو تلف المعدات الدوارة. إن تصميم الحاملات وتصميم الأنابيب مرتبطان ارتباطًا وثيقًا، ويجب أن يظل تصميم الحاملات مستقرًا. عند تصميم الإطارات، يجب التقليل قدر الإمكان من استخدام الإطارات المرنة، فتركيبها صعب، كما أنها تفقد كفاءتها مع مرور الوقت أثناء العمل لفترات طويلة. وأثناء عملية تركيب الإطارات المرنة، لا يجوز سحب دبابيس التثبيت بشكل عشوائي. عادةً ما يتم تركيب دعامة واحدة فقط لتحمل الأحمال على طول أنابيب البرج، وإذا كانت الأحمال التي تتحملها الدعامة الأولى كبيرة جدًا، يتم تركيب دعامة ثانية من نوع الزنبرك، كما يتم تركيب دعامات توجيهية كل فترة معينة. عادةً ما يكون للدعامات زاوية توجيه معينة، وتصميم عدد كبير جدًا من الدعامات في أنبوب طويل قد يؤثر على استقرار الأنبوب. يجب أن يكون ترتيب الأنابيب منطقيًا؛ ففي تصميم أنابيب الصناعات البتروكيماوية، يجب مراعاة متطلبات تركيب الأنابيب وصيانتها، بالإضافة إلى متطلبات التصميم الخاص بالعمليات والمعدات، وذلك لضمان ترتيب علمي ومنطقي للأنابيب. يجب أن يكون هناك هامش تصميم على ممرات الأنابيب بين 20% و30%， ويتم وضع الأنابيب التي تتعرض للإجهاد الحراري على الجانبين. لتجنب تسرب السوائل المتكثفة داخل الأنابيب الرئيسية إلى الأنابيب الفرعية، وكذلك لتقليل الضغط الخلفي على صمام الأمان، يجب أن يتم توصيل مخرج صمام الأمان من الجزء العلوي بزاوية 45 درجة على طول اتجاه تدفق السائل إلى الأنبوب الرئيسي لتصريف الضغط. يجب استخدام أنابيب مزدوجة الغلاف مصنوعة من أنابيب بدون فواصل، أو أنابيب ملحومة بشكل سليم، ويجب أن يكون المسافة بين خطوط اللحام في الأنبوب الداخلي أكبر من 2 متر، كما يجب اختبار هذه الأنابيب للتأكد من جودتها قبل تركيب الأنبوب الخارجي. يجب أن تكون أنابيب مدخل الضخ قصيرة ومستقيمة قدر الإمكان، ويتم استخدام توصيلات غير متماثلة لمنع تراكم الغاز، وضمان عدم وجود أي كيسات من الغاز أو السائل. التركيز على فحص المواد: يجب فحص مواد الأنابيب بعد وصولها إلى الموقع، للتأكد من كميتها وجودتها. في حال نقص المواد، يجب التواصل فورًا مع الشركات المصنعة ذات الصلة للحصول على البدائل، أما المواد التي لا تلبي معايير الجودة فيجب إرسالها إلى الجهات المختصة لإعادة فحصها، وذلك لتجنب التأخير في العمل أو الحاجة إلى إعادة العمل بسبب عدم توافر المواد أو عدم جودتها. يجب إخضاع مواد الأنابيب المعدنية لاختبارات الضغط المائي والختم الهوائي، كما يتم إجراء اختبارات الضغط المائي على الصمامات وفحصها بشكل عشوائي حسب مستوى الأمان. مدى معقولية تصميم الأنابيب الصناعية
يحتل تصميم الأنابيب مكانة مهمة في المصانع الكيميائية، ولا يوجد تغيير يذكر في محتوى هذا التصميم. بالإضافة إلى القضايا التي يجب الانتباه إليها، من الضروري أيضًا إتقان المعايير المناسبة والمعرفة الأساسية، بالإضافة إلى فهم دقيق للرسومات الفنية، وذلك لتلبية متطلبات عملية الإنتاج. تفصيل مواد ودرجات أنابيب العمليات: في محطات البتروكيماويات، وبسبب الاختلافات الكبيرة في الضغط ودرجة الحرارة بين الأنظمة ذات الضغط العالي والأنظمة ذات الضغط المنخفض، يجب تحديد نقاط الفصل وفقًا لدرجة الضغط المنخفض عند ربط الأنظمة ذات الضغط العالي بالأنظمة ذات الضغط المنخفض. في حالة عدم وجود ظروف خاصة، يتم تحديد نقاط الحدود بوضوح وفقًا لرسومات P&ID. أما في حالة وجود ظروف خاصة، فيجب إجراء التعديلات اللازمة بناءً على الظروف المحلية، من أجل تحديد نقاط وخطوط الحدود بشكل صحيح. عادةً ما ينقسم تحليل المستويات إلى الحالات الثلاث التالية: الأولى، أن مستويات الضغط متساوية لكن المواد مختلفة، كما في الشكل 1. ثانيًا، المادة متشابهة، لكن درجات الضغط مختلفة، كما هو موضح في الشكل 2. ثالثًا، مستويات الضغط والمواد المستخدمة مختلفة، انظر الشكل 3. كما يتضح من الشكل 1، في الحالات العادية، يتم استخدام مواد منخفضة الجودة للفلانجات والوسائد، بينما يتم استخدام مواد عالية الجودة للبراغي والصمامات ； كما يتضح من الشكل 2، يجب استخدام مواد ذات مقاومة عالية للضغط في تصنيع الفلانجات والوسائد العازلة والبراغي بالإضافة إلى الصمامات ； كما يتضح من الشكل 3، فإن الفلانجات والوسائد تُصنع من المادة من النوع أ ذات المستوى العالي للضغط، بينما يتم استخدام المادة من النوع ب ذات المستوى العالي للضغط في صناعة البراغي والصمامات. تصميم الأنابيب بين الأبراج والخزانات في عمليات التصنيع: في مجال الصناعات البتروكيماوية، يجب أخذ مبادئ التصميم والمتطلبات الخاصة للعمليات الإنتاجية في الاعتبار عند تصميم الأنابيب بين الأبراج والخزانات. ينقسم ذلك بشكل أساسي إلى ترتيب الأنابيب بين برج التقطير وخزان الإعادة، وترتيب الأنابيب بين برج التقطير وبرج الاستخلاص. ترتيب الأنابيب بين برج التقطير وخزان الإعادة: عندما يتم التحكم في ضغط قمة برج التقطير عبر مسار تخطي حراري، يجب أخذ الاعتبار الكامل لضرورة أن يكون المسار التخطي حراري قصيرًا وخاليًا من أي أجزاء غير مرغوب فيها، ويجب وضع صمام التحكم فوق خزان الإعادة، كما هو موضح في الشكل 4. ترتيب الأنابيب بين برج التقطير وبرج الإزالة: في الحالات العادية، يجب أن يكون هناك مجموعة من صمامات التحكم داخل برج التقطير، ويجب تركيب هذه المجموعة بالقرب من برج الإزالة، وذلك لضمان وجود عمود سائل كافٍ أمام صمامات التحكم، كما هو موضح في الشكل 5. يتم ترتيب أنابيب التدفق الغازي-السائل وفقًا للظروف السائدة. عند ترتيب أنابيب التدفق الغازي-السائل، يجب وضع صمامات التحكم في الأنابيب بأقرب ما يمكن من الخزان الذي يحتوي على المادة المراد نقلها، وذلك لخفض ضغط الأنابيب ومنع حدوث اهتزازات فيها. كما لا يجوز تركيب الأنابيب بشكل عشوائي، بل يجب تصميمها وفقًا للظروف الفعلية، كما هو موضح في الشكل 6. معقولية ترتيب الأنابيب والصمامات يجب تحليل ترتيب الأنابيب والصمامات من حيث مواقع نقاط أخذ العينات وكذلك ترتيب خطوط التنظيف بالبخار: أولاً، مواقع نقاط أخذ العينات. يجب تلبية متطلبات التصميم الخاصة بالعمليات ذات الصلة، ووضعه على الأنبوب الرئيسي، وأمام الفروع، مع تجنب أخذ العينات في المناطق الصعبة الوصول إليها أو في قاع الأنابيب الأفقية، ويجب ضمان أن تكون العينات المأخوذة ذات طابع تمثيلي. ثانيًا، تركيب أنابيب التنظيف بالبخار. يعتبر هذا الخط من الخطوط الشائعة في المنشآت الكيميائية، والغرض الرئيسي منه هو اكتشاف وتحديد نقاط التسرب. يجب ربط خطوط العمليات المختلفة بخطوط النفخ بالبخار، وميزة استخدام هذه الطريقة في التركيب هي أنه في حال حدوث تسرب في أحد الأنابيب، يمكن إغلاق صمام الإغلاق الموجود على ذلك الأنبوب دون أن يؤثر ذلك على العمل الطبيعي للأنابيب الأخرى أو للخط الرئيسي للبخار. معقولية تصميم أنابيب معدات التبادل الحراري: في عملية تصميم أنابيب المعدات الخاصة بمصانع البتروكيماويات، فإن ترتيب أنابيب معدات التبادل الحراري يختلف بشكل واضح عن ترتيب أنابيب أي نوع آخر من المعدات الصناعية. وهناك العديد من العوامل الفنية المعقدة المتعلقة بهذه المعدات، لذلك، أثناء تشغيلها أو صيانتها أو خلال تعرض الأنابيب للضغوط الحرارية، من الضروري إجراء فحوصات دقيقة لهذه العوامل الميكانيكية. (1) حول التبادل الحراري عكسيًا. في أجهزة التبادل الحراري بالتبريد، يتم توجيه مياه التبريد عادةً من الأسفل إلى الأعلى، وذلك لضمان وجود كمية معينة من الماء داخل المبادل الحراري في حال حدوث عطل، حتى لا يتم تفريغ الماء منه. (2) بخصوص المسافة الصافية للتركيب. أثناء عملية التبادل الحراري في أجهزة التبادل الحراري، ومن أجل تسهيل فحص هذه الأجهزة، يتم ترك مسافة كافية بين أنابيب الدخول والخروج للمبادل الحراري وفلانشات الصمامات، وكذلك بين فلانشات غطاء الجهاز نفسه. وعادةً، يتم تحديد هذه المسافة بحوالي 310 مم، وذلك من أجل تسهيل عملية الفك والتركيب. (3) بخصوص الإجهاد الحراري. في عملية التخطيط السليم لمعدات التبادل الحراري، يتم عادةً وضع نقاط تثبيت المبادل الحراري في أطراف صندوق الأنابيب، كما يجب أخذ التغيرات الناتجة عن التمدد الحراري للمبادل الحراري في الاعتبار عند تصميم الأنابيب المتصلة بفوهات الانتهاء. مدى معقولية تصميم أنابيب معدات التبادل البارد: يرتبط تصميم الإطارات الخاصة بالأنابيب ارتباطًا وثيقًا بتصميم الأنابيب نفسها. فإذا لم يتم تصميم الإطارات بشكل صحيح، فقد يؤدي ذلك إلى تلف الأنابيب أثناء عملها، بل وقد يؤدي أيضًا إلى تلف المعدات نفسها. (1) تقليل الانزياح النسبي بين الأنابيب والدعامات. كما هو موضح في الشكل 7: في أنابيب البخار، يوجد عادةً أنابيب تصريف صغيرة بجانب الأنابيب الرئيسية. وإذا اعتبرنا النقطة A نقطة دعم على السطح الفرعي، فإن الأجزاء العمودية من الأنابيب قد تتمدد بسهولة، مما يعيق حركة الزنبرك للأسفل، وبالتالي يؤدي ذلك إلى تلف الجهاز. لذلك، ونظراً لهذه المشكلة، يجب أن يكون الأسلوب الصحيح للتصميم كما هو موضح في الشكل 8: حيث يتم تركيب الدعامات على الأرض بجانب الأنابيب الرئيسية، وفي نفس الوقت ترتفع وتنخفض هذه الدعامات مع ارتفاع وانخفاض الأنابيب الرئيسية. وبهذه الطريقة، يقل التحرك النسبي بين الأنابيب والدعامات. (2) إذا تم تصميم حاملات الأنابيب بشكل مناسب، فإن ذلك يمكن أن يقلل من التبذير أيضًا. وبما أن المكونات المرنة في حاملات الأنابيب تفقد خاصيتها المرنة مع مرور الوقت، لذلك يجب عند تصميم حاملات الأنابيب تقليل استخدام هذه المكونات المرنة قدر الإمكان. (3) تمديد الأنابيب. عادةً ما يتم تركيب دعامة واحدة فقط لتحمل الأوزان على طول الأنابيب الممتدة على البرج، ويجب أن يكون هناك خط لحام بين الدعامة وقمة البرج. وإذا كان وزن الدعامة الواحدة كبيرًا جدًا، فيمكن تركيب دعامة أخرى، ويجب أن تكون هذه الدعامة عبارة عن دعامة مرنة، كما يجب تركيب دعامات توجيهية على فترات معينة. عندما يكون الفرق في درجة الحرارة بين خط التدفق العائد وجدار البرج كبيرًا، فإن الطول الناتج يكون أيضًا كبيرًا. ويجب تثبيت الدعامة الأولى في القسم الأفقي للأنبوب بشكل عمودي، مع استخدام دعامات ذات نابض. وعندما يكون الطول كبيرًا، وإذا كان هناك طول نسبي كافٍ، فيمكن أيضًا استخدام دعامات توجيهية. معقولية تصميم أنابيب معدات التبادل البارد: ينقسم تصميم أنابيب المضخات بشكل أساسي إلى تصميم الأنبوب المحوري عند مدخل المضخة، وتصميم الجزء المستقيم من مدخل المضخة، بالإضافة إلى دراسة مرونة الأنابيب. (1) تصميم الأنبوب المحوري عند مدخل الضخ. يتمثل الهدف الرئيسي من التصميم المناسب للأنبوب الطولي المتحيز عند مدخل الضخ في ضمان سير عمل الضخ بشكل سلس؛ فإذا تغير موقع هذا الأنبوب المتحيز، فلن يتمكن الغاز من التجمع في نقطة التغيير في القطر، مما يؤدي إلى حدوث ظاهرة التآكل الناتج عن البخار. لذلك، يجب استخدام طريقة التركيب المستوية عند تحديد القطر المتمركز لمدخل الضخ، كما يجب تركيب صمام التصريف في أدنى نقطة ممكنة، وبهذه الطريقة يمكن تجنب ظاهرة التآكل الناتج عن البخار. (2) تصميم القسم المستقيم عند مدخل الضخ. عادةً ما يتم أخذ عاملين في الاعتبار عند تصميم أنابيب مدخل الضخ: أولاً، بما أن مدخل الضخ يقع في جانب معين، فيجب أن تكون دعامات أنبوب المدخل قابلة للتعديل، كما يجب أن يكون أنبوب المدخل والصمامات في الموقع الأمامي الجانبي للضخ ； ثانيًا، يجب تجنب وجود عوائق هوائية في خطوط إدخال الضخ، ولذلك يجب الانتباه إلى هذه النقطة أثناء التصميم. (3) مرونة الأنابيب. نظرًا لأن الضخة تعتبر آلة دوارة، فإن تأثيرات الضغط في الأنابيب قد تؤدي إلى حدوث انحراف في موقع فوهة الضخة. ولمواجهة هذه المشكلة، يجب عند تصميم الأنابيب ضمان أن تكون القوى المؤثرة على فوهة الضخة ضمن النطاق المسموح به، مع ضرورة مراعاة التعويض الحراري بشكل خاص. الخاتمة: يعتبر تصميم أنابيب العمليات في محطات التكرير والصناعات البتروكيماوية من المشاريع الهندسية المعقدة، حيث لا يتطلب ذلك فقط من العاملين امتلاك معرفة متخصصة، بل يحتاج أيضًا إلى أن يكون لدى المصممين روح الابتكار، بحيث يتمكنون من تصميم أنابيب مناسبة وفقًا للظروف الفعلية. وهذا من شأنه ضمان سلامة أنابيب الصناعات البتروكيماوية، وبالتالي ضمان أداء المعدات الصناعية بشكل سليم.