پایـــگاه اطــلاع رســـانی پـارســــیان

انتخاب نوع ماده ضديخ INHIBITOR SELECTION

اينكه چه نوع گلايكولي انتخاب كنيم بستگي زياد دارد به تركيب گاز مورد جريان ، اگر قرار است كه به لوله حامل گاز طبيعي گلايكول تزريق شود منطقي است كه در اين صورت اتيلن گلايكول مورد استفاده قرار مي گيرد. براساس پاند گلايكول تزريقي به پاند آب موجود در گاز اين نوع گلايكول دماي يخ زدگي را نسبت به ساير انواع گلايكول ها بيش از همه كاهش مي دهد.

اگر قرار است كه گلايكول به گاز قبل از تفكيك كننده با دماي پائين تزريق شود و كاملاً اين گلايكول با هيدروكربن مايع در تماس قرار بگيرد اينجا نيز با گاز اتيلن گلايكول بهترين انتخاب است زيرا مقدار حلاليت در هيدروكربن مايع ( با وزن مولكولي زياد) نسبت به ساير انواع گلايكول ها حداقل است.

اما از طرف ديگر مقدار هدر رفتن گلايكول همراه گاز در موردي اتيلن و تري اتيلن در مقايسه با اتيلن گلايكول كمتر است زيرا داراي فشار بخار كمتر و در نتيجه مقدار تبخيرشان كمتر است. تري اتيلن كمترين هدررفتن را همراه گاز دارد چرا كه فشار آن از منودي اتيلن خيلي كمتر است. اما از طرفي به علت بالا بودن وزن مولكولي آن تأثير آن در جلوگيري از يخ زدگي مسلماً به خوبي منو دي اتيلن نيست. گر چه منو اتيلن گلايكول معمولاً بهترين ضديخ است اما از آن بيشتر در آب گيري DEHYDRATION استفاده نمي شود و اين به علت همان بالا بودن فشار بخار و هدررفتن زياد آن به صورت تبخير است براي آب گيري دي اتيلن و تري اتيلن مناسب ترند. در نتيجه در مواردي كه عمل آب گيري گاز تزريق گلايكول در مراحل بعدي عمليات گاز را به دنبال دارد بهتر است فقط يك نوع گلايكول آن هم  آن كه سنگين تر است مورد استفاده قرار گيرد. به اين ترتيب فقط يك دستگاه تغليظ مجدد ( REGENERATION ) گلايكول مورد لزوم خواهد بود و فقط  يك نوع گلايكول را بايد انبار كرد.

مضافاً اگرگلايكول تزريقي اتفاقاً همراه گاز از ظرف تفكيك بيرون رود (CARRY OVER ) باعث ايجاد اشكال درعمليات آبگيري بعدي نخواهد شد (زيرا از همان نوع گلايكول است). در اين موارد غالباً دي اتيلن براي هر دو منظور به كار مي رود.

استفاده از معادل همراشميت USE OF HAMMERSCHMIDT EQUATION  صرف نظر از آنكه چه نوع گلايكولي به عنوان ضديخ مورد استفاده قرار گيرد غلظت آن را مي توان توسط معادل همراشيمت تعيين كرد.

طبق اين معادله                                                                             

كه در آن :

 = Dتقليل درجه حرارت يخ زدگي به

 =M  وزن مولكولي گلايكول

 =W  درصد وزني گلايكول در محلول نهائي گلايكول (بعد از جذب آب)

براي نشان دادن طرز استفاده از معادله همراشميت شرايط  زير را كه به طور دلخواه انتخاب شده فرض مي كنيم :

8 ميليون فوت مكعب گاز در روز با فشار 1000 PSIG با درجه حرارت   40  است اگر قرار باشد اتيلن گلايكول(وزن مولكولي 1/62) با غلظت 67% وزني به اين لوله جهت جلوگيري از يخ زدگي تزريق شود مقدار گلايكول تزريقي را حساب كنيد.

حل :

با استفاده از منحني 3/2 درجه حرارتي كه در آن اين گاز يخ مي زند را تعيين مي كنيم مي شود 67 درجه ، در نتيجه معلوم مي شود بايد نقطه يخ زدگي را از 67 تا 40 درجه (درجه حرارت زمين كه گاز نيز در فاصله اي از مبداء به آن خواهد رسيد) پائين رود

  67-40=27                                                                         پسD=27

  وزني                                                                W=%41/8   

غلظت نهايي يعني بعد از جذب آب

با استفاده از جدول 1/2 مقدار آب موجود در گاز در فشار 1000 پاند و درجه حرارت 85 درجه معادل 5/39 پاند به ازاي هر ميليون فوت مكعب است. در نتيجه مقدار آب ورودي سيستم مي شود: پاند بر ساعت  آب خروجي همراه گاز از روي جدول 11/2 براي فشار 1000 پاند و دماي 40 درجه مي شود 1/9 پاند به ازاي هر ميليون فوت مكعب.

حال مي دانيم كه گلايكول با غلظت 67% تزريق مي شود و با جذب آب در انتهاي كار غلظتش به 8/41%
مي رسد.

فرض كنيم مقدار اتيلن گلايكول تزريقي 67% و Y مقدار اتيلن گلايكول 8/41% خروجي به ازاي هر پاند آب ورودي باشد.

براي هر پاند آب كه همراه گاز وارد سيستم مي شود مي توان نوشت:

                    -( موازنه آب

مقدار آب         آب خروجي           آب ورودي

خروجي           همراه گلايكول        همراه گلايكول

همراه گاز         رقيق                     غليظ

در 40 درجه براي يك پاند آب ورودي

0/67X=0/418Y                           -( موازنه گلايكول

با جانشين كردن در معادله 1

اين مقدار گلايكولي است كه به ازاي هر پاند آب بايد تزريق شود.

با استفاده از معادله همراشيمت منحني 5/2 ساخته شده كه براي هر مسائل تزريق اتيلن گلايكول مورد استفاده قرار مي گيرد. با داشتن ميزان تقليل نقطه يخ زدگي مي توان حداقل پائين بياوريم حداقل غلظت گلايكول خروجي را تعيين كرد. مثلاً اگر بخواهيم نقطه يخ زدگي را 27 درجه پائين بياوريم حداقل غلظت گلايكول خروجي مي شود 42%  وزني .

با داشتن معلومات فوق و همچنين غلظت گلايكول تزريقي مي توان با استفاده از منحني 4/2 مقدار گلايكول تزريقي را تعيين كرد.

براي مثال اگر غلظت اوليه گلايكول (تزريقي) 60% باشد براي تعيين مقدار گلايكول تزريقي از روي منحني 4/2 ابتدا از 60% خطي عمودي به طرف بالا مي كشيم تا منحني 42% را قطع كند. سپس از نقطه تقاطع به طور افقي خطي مي كشيم تا محور عمودي را قطع كند مي شود 25/2 يعني براي هر پاند آب ورودي 25/2 پاند بايد گلايكول 60% تزريق شود.

اين نكته مهم است كه نقطه تبلور گلايكول يا يخ زدگي خود گلايكول تزريقي بايد خيلي پائين تر از متأسفانه دركتاب اين عبارت يعني مقدار آبي كه در گاز خروجي هست در نظر گرفته نشده كه صحيح نيست كمترين درجه حرارت سيستم باشد. نقطه تبلور (درجه حرارت يخ زدگي گلايكول) را مي توان از شكل 6/2 به آساني تعيين كرد. تزريق گلايكول با غلظت بين 60 تا 80 در عمل ترجيح دارد زيرا كه در اين فاصله غلظت اصولاً تبلور گلايكول يا يخ زدگي گلايكول صورت نمي گيرد.

قسمت بعد مقايسه ايست بين استفاده از اتيلن گلايكول و دي اتيلن گلايكول در يك دستگاه تفكيك با دماي پائين.

براي چنين مقايسه اي شرايط زير را فرض مي كنيم :

فشار گاز             800PSIG                                                

دماي گاز ورودي                                                      85

دماي چيلر                                                               5

وزن مخصوص گاز 0/75                                                  

مقدار گاز ورودي 8 MMSCF/D                                              

اولين قدم اين است كه تعيين كنيم چقدر بايد درجه حرارت يخ زدگي را پائين بياوريم( HYDRATE POINT DEPRESSION). براي اين كار از شكل 3/2 استفاده مي كنيم. براي گازي با فشار             800 PSIG  و وزن مخصوص 75/0 معلوم مي شود يخ زدگي در دماي 64  است.

 ( بالطبع در دماهاي پائين ترنيز) در نتيجه ميزان تقليل نقطه يخ زدگي در اين سيستم خواهد بود 5-64 يعني 59 درجه. براي 59 تقليل نقطه يخ زدگي حداقل غلظت گلايكول خروجي از شكل 5/2 براي اتيلن گلايكول مي شود 61% و از شكل 7/2 براي دي اتيلن گلايكول 75% اين غلظت مينيمم را مي توان از معادل همراشيمت نيز همانطور كه قبلاً گفته شد حساب كرد. غلظت گلايكول تزريقي را فرض كنيد براي هر دو نوع گلايكول 90% باشد و اين به خاطر آن است كه با توجه به شكل 6/2 و 8/2 اين غلظت خارج از ناحيه تبلوري گلايكول است يعني در هر درجه حرارتي خود گلايكول يخ نمي زند. ( غظت گلايكول تزريقي بايد طوري انتخاب شود كه حدود 5 تا 15 درجه ضريب اطمينانشان روي نقطه تبلور داشته باشد (يعني هميشه 5 تا 15 درجه بالاتر از نقطه تبلور يا يخ زدگي قرار گيرد).

از روي شكل هاي 9/2 براي اتيلن و از 10/2 براي دي اتيلن گلايكول درجه حرارت REBOILER  را براي آنكه گلايكول پس از تقليل در حد 90%  بماند را مي توان پيدا كرد براي اتيلن گلايكول مي شود 283 و براي دي اتيلن گلايكول مي شود 272 درجه فارنهايت از جدول 1/2 معلوم مي شود كه مقدار آب موجود در گاز ورودي با دماي 85 درجه و فشارPSIG 800 معادل 2/46 پاند به ازاي هر ميليون فوت مكعب است . همين گاز پس از سرد شدن در دماي 5 درجه (دماي چيلر) مقدار آب موجود در آن مي شود 8/2 پاند. در نتيجه (46/2 – 2/8)=43/4  پاند آب   به ازاي هر ميليون فوت مكعب بايد از سيستم خارج شود و چون گاز ورودي 8 ميليون فوت مكعب در روز است مقدار آبي كه بايد در ساعت خارج شود مي شود.

پاند در ساعت   

حال مقدار گلايكولي را كه بايد تزريق شود براي منو اتيلن گلايكول برحسب پاند درساعت با هم مقايسه
 مي كنيم :

براي اتيلن گلايكول از شكل 4/2 شرحي كه قبل توضيح داديم استفاده كرده معلوم مي شود 1/2 پاند گلايكول در ساعت به ازاء هر پاند آب لازم است . براي 5/14 پاند آب مقدار منو اتيلن گلايكول تزريقي
مي شود                                                                            45/30=5/14 1/2 (پاند در ساعت)

درمورد دي اتيلن گلايكول از معادلات موازنه آب و گلايكول كه در بخش قبل توضيح داديم استفاده مي كنيم و طبق اين روش مي شود5/72 پاند در ساعت از اين مقايسه معلوم مي شودكه مقدار اتيلن گلايكول تزريقي خيلي كمتر از مقدار دي اتيلن تزريقي لازم است براي همان مقدار تقليل دماي يخ زدگي گاز مضافاً به اينكه گران روي يا نارواني VISCOSITY منو اتيلن بهتر از دي اتيلن است و بالاخره به علت كمتر حلال بودن منو اتيلن گلايكول در هيدروكربن مايع مقدار گلايكول كه همراه با هيدروكربن هدر مي رود كمتر خواهد بود.

هدر رفتن گلايكول GLYCOL LOSS

بايد قبول كرد كه بازيابي گلايكول به طور كامل عملي نيست. هر روز مقدار كمي گلايكول هم به صورت بخار شده همراه گاز خروجي و هم به صورت حل شده در هيدروكربن مايع از سيستم خارج ميشود . مقدار هدر رفتن را مي توان با انتخاب صحيح نوع گلايكول غلظت آن ونگهداشتن شرايط عمليات در وضع مناسب به حداقل رساند.  در مواقعي كه احتمال به وجود آمدن مشكلات ناشي از وجود هيدروكربورهاي سنگين و در نتيجه تشكيل امولسيون هست بهتر است اين هيدروكربورها را قبل از اينكه به دستگاه تفكيك با دماي سرد       LTSبرسد از سيستم خارج كرد اين قسمت هيدروكربن سنگين جدا شده را مي توان بعد از تفكيك گراي با دماي سرد به محصول مايع اضافه كرد ( در اينجا مي توان به عنوان مثال به نصب FLASH TOKكه اخيراً در NGL 400 و NGL 500 گذاشته شده اشاره كرد.)

اگر مشكل حلاليت گلايكول درمحصول هيدروكربور مايع هست دراين صورت استفاده از اتيلن بهتر است چون مقدار حلاليتش از بقيه گلايكول ها كمتر است. به علاوه از آنجائيكه هر چه آب گلايكول بيشتر باشد (رقيق تر باشد) مقدار حلاليت آن در هيدروكربور كمتر است بالطبع گلايكول تزريقي بايد حتي الامكان رقيق نگهداشته شود(البته نه آنقدررقيق كه با اضافه شدن آب خود توليد يخ زدگي كند)

در موارد ي كه مقدار گلايكول هدر رفته به صورت تبخير به همراه گاز زياد و غير معمول باشد تعويض گلايكول مصرفي با گلايكولي با وزن مولكولي بالاتر توصيه مي شود . در چنين شرايط تري اتيلن گلايكول داراي حداقل فشار بخار و حداكثر وزن مولكولي است و در نتيجه مقدار هدر رفتنش از دو نوع ديگر گلايكول يعني اتيلن و دي اتيلن گلايكول كمتر و درنتيجه مناسب تر است.

مقدار گلايكول هدر رفته به علت حلاليت آن در محصول هيدروكربور مايع را مي توان طبق روش زير تخمين زد. فرض كنيم در يك كارخانه شرايط زير برقرار است :

-         مقدار گاز ورودي : 8 ميليون فوت مكعب در روز

-         مقدار هيدروكربن مايع توليدي به ازاء هر ميليون فوت مكعب : 50 بشكه

-         وزن مخصوص هيدروكربن مايع توليدي 5/4 پاند برگانن

-         غلظت گلايكول تزريقي : 85/70 درصد

-         حلاليت گلايكول در هيدروكربن مايع : 01/0 درصد وزني

محاسبه مقدار گلايكول هدر رفته همراه محصول هيدروكربن مايع كارخانه :

      (8)(50)=400                                                                                                                      

گلايكول هدررفته

گزارشات مربوط به مقدار حلاليت گلايكول در هيدروكربن مايع از مطالعاتMCMURRAY MARTNEZ  و جانسين و فرانسيس بدست آمده است البته بايد توجه داشت كه مقادير حلاليت كه دربالا اشاره شد براي هيدروكربن هاي مورد مطالعه افراد بالا صادق بوده و در مورد هيدروكربن هائي كه خيلي با آن فرق دارند مقدار حلاليت بايد مورد مطالعه قرار بگيرد. از طرفي مقدار عملي گلايكول هدررفته بيشتر از مقدار تئوري و حساب شده آن است و اين بخاطر آن است كه عمل تفكيك گلايكول و هيدروكربن در تفكيك گراي با دماي پائين كاملاً 100% نيست . مقدار گلايكول هدر رفته همراه گاز را مي توان از روي قانون رائولت طبق روش زيرمحاسبه كرد:

كه در آن :

مقدار گلايكول هدررفته بر حسب پاند به ازاء يك ميليون فوت مكعب گاز خروجي در شرايط متعارفي  X   جزء ملي گلايكول در محلول گلايكول – آب كه در حال تعادل با گاز خروجي در تفكيك گرا است. A

درصد وزني گلايكول

وزن مولكولي گلايكول                             

                                                                در صد آب                   درصد وزني گلايكول

                                                          وزن مولكولي آب           +      وزن مولكولي گلايكول

فشار بخار گلايكول خالص در دماي تفكيك گرا    VP

بر حسب ميليمتر جيوه

وزن مولكولي گلايكول MW

فشارتفكيك گرا بر حسب P

مثال : فرض كنيم مي خواهيم مقدار اتيلن گلايكول را كه همراه گاز هدر مي رود براي شرايط زير حساب كنيم :    T = 5

P= 800 PSIG    800+14/7 = 814/7 PSIA                                   

براي اتيلن گلايكول از روي شكل 11/2 مي شود 0013/0 ميليمتر جيوه                                       VP

براي مثال گلايكول 60% وزني كه در حال تعادل با گاز خروجي است را اينطور حساب مي كنيم.        A

در نتيجه :

پاند به ازاء هر ميليون فوت مكعب                        X=0/0015

و مقدار هدر رفتگي براي كارخانه اي كه در روز 8 ميليون فوت مكعب گاز توليد مي كند مي شود:

012/0= 0015/0  8 پاند در روز

توجه : فرمول محاسبه ارائه شده در فوق با فرمولي كه در اصل كتاب نوشته شده فرق دارد مترجم معتقد است كه فرمول كتاب صحيح نيست و براي روشن شدن مطلب و تصحيح آن در چاپهاي بعدي با ناشر كتاب مكاتبه شده است . فرمول كتاب چنين است :

كه در آن T درجه حرارت تفكيك گرا است به فارنهايت.

شكل 12/2 مقدار هدر رفتگي گلايكول را براي دماهاي مختلف دستگاه تفكيك و فشار 1000 PSIG نشان مي دهد.   البته از مقادير زير بدست آمده از روي اين شكل مي توان مقدار هدر رفتگي را براي فشارهاي غير از  1000 پاند بر اينچ مربع نيز تخمين زد.چنانچه اشكالاتي در ستونهاي جذب كننده          ABSORBER  و يا تقطير مجدد گلايكول به وجود آيد اين اشكالات نيز مي تواند باعث هدر رفتن گلايكول شوند. اين نوع هدر رفتگي ها معمولاً همراه با هدر رفتگي از طريق بخار شدن گلايكول يا هدررفتن آن همراه گاز يكجا حساب مي شوند يعني در يك گروه در نظر گرفته مي شود در حاليكه در واقع امر يكي نيستند.

كف كردن FOAMING سرعت زياد گاز و يا گرفتگي سوراخهاي ستون جذب ABSORBER مي تواند باعث هدر رفتن گلايكول به صورت خروج قطرات مايع گلايكول همراه گاز شوند. به هر حال حتي وجود هيدروكربن هاي مايع كه در دماي REGENERATION بخار مي شوند مي تواند باعث از دست رفتن گلايكول به مقدار زيادي شود حتي اگر دستگاه به خوبي طراحي شده باشد.

نگهداري سيستم گلايكول

مطالعات آزمايشگاهي لزوم كنترل PH گلايكول را معلوم مي سازد . PH گلايكول را بايد قدري در جهت قليائي يعني بين 7 تا 5/8 نگهداشت . در PH هاي پائين تر از 5/5 اتواكسيداسيون گلايكول AUTOXIDATION صورت مي گيرد كه باعث تشكيل پراكسيد ، آلدئيد و اسيدهاي عالي نظير اسيد فرميك و اسيد استيك مي گردد. اين اسيدها همراه گازهاي اسيدي كه با گاز ورودي به سيستم وارد مي شود  باعث خورندگي شديد دستگاهها مي شوند . براي جلوگيري از اين پديده بايستي به اندازه كافي از موادي كه باعث بالا رفتن به حدود 7 تا 5/8 مي شوند به گلايكول اضافه كرد. الكانل امين ها ALKANOLAMINE به عنوان ضد رنگ در اين مورد بنا به دلائل زير بسيار مناسبند.

1-   حلاليت امين در گلايكول بستگي به مقدار آب موجود در گلايكول ندارد ( مستقل از غلظت گلايكول است)

2-   فعل و انفعال بين گازهاي اسيدي و امين برگشت پذير است REVERSIBLE و در نتيجه امين در موقع تغليظ گلايكول با از دست دادن اسيدهاي تركيب شده با خود دوباره به سيستم بر مي گردد.

3-   امين را براي قليائي بودن محيط مي توان براحتي تيتره كرد TITRATION   انواع ديگر ضد زنگ مورد استفاده در اين سرويس مخصوص عبارتند از :

ناخالصي ها در گلايكول ممكن است تدريجاً افزايش يافته و باعث كاهش بهره دهي گلايكول گردد. اين ناخالصي ها مي توانند محصولات حاصل از اكسيده شدن گلايكول هيدروكربن هاي سنگين و محصولات حاصل از خورندگي باشند . اين ناخالصي ها را باصاف كردن از روي ذغال فعال شده بايد گرفت و گاهي حتي تقطير در خلاء VACUUM DISTILLATION  لازم مي شود. در مواردي كه ناخالصي هيدروكربن ها ي با وزن مولكول سنگين هستند و بخار آب STEAM  براي خروج اين هيدروكربن ها از گلايكول موجود نيست از بعضي انواع فيلترها استفاده مي شود. فيلترهائي كه مثلاً ذرات به اندازه 250 تا 50

ميكرون را مي گيرند . اين فيلترها را سر راه گلايكول رقيق سرد  RICH GIYCOL  قرار مي دهند تا از قسمتي از اختلاف فشار بين تفكيك گرا و دستگاه تغليظ مجدد استفاده شود. فيلترهايي كه قادر به جدا كردن ذرات به كوچكي يك ميكرون هستند معمولاً سر راه گلايكول تغليظ شده LEAN GLYCOL  قرار
مي گيرند تا به علت بالا بودن اين درجه حرارت و در نتيجه كم بودن گران روي VISCOSITY گلايكول افت فشار براي فيلتر زياد نباشد.

سيستم و عمليات آبگيري گلايكول

آبگيري از گاز غني RICH/GAS به دليل جلوگيري از تشكيل يخ زدگي HYDRATE  انجام مي گيرد ، كه اصطلاحاً به اين كار خنك كردن گاز نيز گفته مي شود.

سيستم آبگيري در كارخانه هاي گاز و گاز مايع يكي از مهمترين سيستمها بوده و مراقبت صحيح از آن جهت بازدهي خوب ، از وظايف مهم كاركنان است چون كه عدم توجه به آن سبب مشكلات و چه بسا با از كارافتادن تمام كار خواهد شد. براي آبگيري از گاز ، روشهاي مختلفي استفاده مي شود كه در اينجا ما يك نمونه از سيستم منواتيلن گلايكول را تشريح مي كنيم ، البته تمام روشهاي آبگيري بر مبناي كنترل مقدار آب موجود درگاز از راه تزريق بعضي كنترل كننده ها يا مواد شيميايي براي پائين آوردن نقطه انجماد آن است از مواد شيميايي متانل را مي توان نام برد ، كه بيشترين براي رفع يخ زدگي استفاده مي شود. از ديگر مواد شيميايي ضد يخ مي توان از محلولهاي گلايكول كه داراي خواص عالي آبگيري نيز مي باشند نام برد.

تمام مواد ذكر شده بالا با آب موجود درگاز وارد يك عمل شيميايي دو طرفه مي شوند كه باعث پائين آوردن نقطه شبنم گاز مي شوند.