اصول عملکرد بویلرها در پالایشگاه

صنایع شیمیای منابع انرژی زیادی را مصرف میکنند تا بتوانند انرژی مورد نیاز خـود را بـه منظور انجام بسیاری کارها از جمله به کار اندازی تجهیـزات فرآینـدی، تـأمین انـرژی حرارتـی مورد نیاز برای گرم کردن مواد و… تأمین نمایند. منابع انرژی حال حاضر در جهان عمدتاً شامل سوختهای فسیلی، آب و باد، انرژی خورشیدی، انرژی زمین گرمایی و انرژی هستهای هستند. از این میان، سوختهای فسیلی بیش از سایر منابع انرژی برای تهیه حامـل هـای انـرژی مـورد استفاده قرار میگیرند. معمولاً در صنایع شیمیایی، حاملهای انـرژی بـرق و بخـار مـی باشـند . بهترین راه برای آنکه بتوان از انرژی سوختهای فسیلی برای تولید برق و بخـار اسـتفاده کـرد، سوزاندن آن است. در فرآیند سوختن، انرژی درونی به صورت حرارت آزاد میشود و بـه شـکل تابش و جابجایی به محیط انتفاق مییابد. بویلرها و توربینهای گـازی، تجهیزاتـی هسـتند کـه معمولاً برای تولید بخار و بـرق از طریـق سـوزاندن سـوخت هـای فسـیلی مـورد اسـتفاده قـرار میگیرند. در ادامه با بررسی اصول عملکرد بویلرها در پالایشگاه با این کارکرده بیشتر آشنا خواهیم شد. 

انواع بویلرها

بخار دارای مصارفی چون گرم کردن، انجام برخی فرآیندها، به حرکت درآوردن توربین بخار و غیره میباشد. در این میان به حرکت درآوردن توربین به منظور تولیـد توان، یکی از کاربردهای مهم بخار به شمار میرود. در حین این عملیات، انرژی بخار در توربین به کار تبدیل شده و بخار پس از عبور از پره های توربین، در یک کندانسور سرد شده و کندانس میشود. از آنجایی که آبی که برای تولید بخار استفاده میشود باید عاری از ناخالصیهـا باشـد، هزینه زیادی برای تولید آن صرف میشود. به همین دلیل بخـار کنـدانس شـده را دوبـاره وارد سیستم آب بویلر می نمایند تا مجدداً به بخار تبدیل شود. به عبارت دیگر قسمت زیادی از تولید بخار و مصرف آن در واحدهای شیمیایی به صورت سیکل بسته است. یعنی بخـار در بویلرهـای واترتیوب یا HRSG تولید میشود و در توربینهای بخار و مبدلهای گرمـایی و غیـره مصـرف شده و پس از کندانس شدن به بویلر باز میگردد . برای تولید بخار، در مشعلهای بویلرها، انرژی تابشی از شـعله بـه سـطوح داخلـی محفظـه احتراق انتقال مییابد و از تماس گازهای حاصل از احتراق با بخشهای دیگر بویلر، حـرارت بـه صورت جابجایی به لوله ها و نهایتاً آب درون آنها انتقال می یابد. 

بویلرهای فایرتیوب 

معیارهای زیادی برای تقسیم بندی بویلرها وجود دارد، مهمترین معیار تقسیم بندی بویلرهـا بر اساس محتویات داخل لولـه هـا مـی باشـد . بویلرهـای فـایرتیوب و واترتیـوب دو نـوع از ایـن تقسیمبندی مهم هستند. عموماً بویلرهای فایرتیوب از یـک محفظـه احتـراق و دیـگ بخار تشـکیل شده اند دیگ حاوی لوله هایی است که از یک طرف به آن وارد و از طرف دیگر خارج میگردند، بدین ترتیب بخش از فضای دیگ توسط لوله ها اشغال شده و باقی فضای موجـود بـرای آب در نظر گرفته شده است. گازهای گرم حاصل از سوزاندن سوخت در محفظه احتراق وارد این دسته لوله ها شده و از سراسر دیگ عبور میکنند. در این حین انتقال حرارت بین گازهـای عبـوری از لوله ها و آب درون دیگ سبب گرم شدن آب و تولید بخار میگـردد.  

در بویلرهـای فـایر تیـوب نمیتوان قطر محفظه احتراق را بزرگ طراحی نمود، طول محفظه احتراق را نیز از حدی بیشتر نمی توان در نظر گرفت. چرا که با وجود محدودیت قطر محفظه احتراق، قطر و طول مخروطـی مقدار مشخصی خواهد بود. از طرفی فاصله نوک شعله تا انتهای محفظه احتراق به جهت ایجـاد انتقال حرارت همگن و نیز پرهیز از ایجاد تنش حرارتی و نیز ذوب دیواره، دارای حد مشخصـی است. این مشکل در نوع دیگر بویلرها که واترتیوب هستند به علت ساختار مکعبی شکل محفظه احتراق و نحوه قرارگیری، تعدد و نوع متفاوت مشعلها کاسته می شود.

بویلرهای واترتیوب 

عموما این نوع بویلرها، از محفظه احتراق، لوله های بالارونده، پایین رونده، مخازن بخار و لجن تشکیل شده اند و تفاوت عمده آنها با نوع فایرتیوب در این است که آب در داخل لوله ها جریـان داشته و جریان گاز گرم در خارج لوله ها میباشد. واترتیوبها ساختمان پیچیدهتری نسـبت بـه نوع فایرتیوب دارند و بر اساس نـوع لولـه هـا، تعـداد و نحـوه قرارگیـری مخـازن بخـار و لجـن ساختارهای متنوعی را شامل میشوند. این بویلرها بـه چنـدین روش دسـته بنـدی مـی گردنـد . بویلرهای واترتیوب میتواند دارای اشکال مختلفی بر حسب اجزاء و قسمتهای مربـوط بـه آن باشد. به عنوان مثال لوله های آنها می تواند خمیده یـا صـاف بـوده، نـوع گـردش آب بـه شـکل طبیعی یا اجباری و موقعیت درامآنها عرضی یا طولی باشد. عموماً درامهای عرضی در بویلرهای با ظرفیت بالاتر مورد استفاده قرار میگیرد، از بین دو بویلر لوله آبـی کـه ظرفیـت یکسـانی در تولید بخار دارند، آن بویلری که دارای درام عرضی میباشد، اندازه کوچکتری نسـبت بـه نـوع بادرام طولی دارد. نوعی از بویلرهای واترتیوب فاقد درام بوده و معروف به بویلرهای تـک مسـیره یا یکبار گذر (through once ) میباشند. در این بویلرها آب در لوله ها فقط یک بار عبور میکند و معمولاً در تمامی فشارها و دماها کار میکنند، ولی در فشارهای بالا و فوق بحرانی اقتصادی تر هستند .

معمولاً بویلرهای واترتیوب در ظرفیتهای بالاتری نسـبت بـه بویلرهـای فـایرتیوب سـاخته میشوند. در یک سطح انتقال حرارت تابشی یکسان، محفظه احتراق مکعبـی ماننـد بویلرهـای واترتیوب در مقایسه با شکل استوانهای محفظه احتراق فایرتیوبهـا، بـه فضـای کمتـری بـرای نصب نیاز دارد. به عبارت دیگر در یک بویلر واترتیوب کوچکتر میتوان سطح انتقال حرارتیـت مساوی با یک بویلر فایرتیوب بزرگتر ایجاد نمود. از طرفی شکل محفظه احتراق مکعبی شکل، آزادی عمل بیشتری را در نحوه آرایش و جانمایی مشعلها در مقایسه با فایرتیوبها در اختیـار طراح قرار میدهد .

بویلرهای واترتیوب توانایی تولید بخار با فشار بالاتر را نسبت به بویلرهای فایرتیوب دارند. در بویلرها، محفظه در برگیرنده مخلوط آب و بخار باید مقاومت مکانیکی لازم جهت تحمل فشار را داشته باشد. از آنجایی که لولههای با قطر کمتر تحمل فشـار بسـیار بـالاتری را در مقایسـه بـا لوله های با قطر بیشتر و البته ضخامت یکسان دارد، بویلرهـای واترتیـوب علـی رغـم پیچیـدگی بیشتر، برای تولید بخارهای فشار بالا مورد استفاده قرار میگیرد. معمولاً هر چقـدر فشـار بخـار تولید بویلرهای واترتیوب بیشتر باشد، قطر لوله های آن نیز کمتر میباشد .

دسته بندی های دیگر

ممکن است بویلرها را بر اساس پارامترهایی دیگر نیز مانند نحوه گـردش آب، نـوع سـوخت مصرفی، نـوع منبـع حرارتـی، فشـار عملیـاتی و غیـره تقسـیم بنـدی نماینـد کـه عمومـاً ایـن تقسیم بندیها از درجه اهمیت کمتری نسبت به محتویات لوله برخوردار هسـتند.

برای مطالعه کامل کتاب « اصول عملکرد بویلرها در پالایشگاه » به لینک دانلود مراجعه نمایید…