کوره ها در صنایع نفت و پتروشیمی

کوره ها

کوره ها یکی از مهمترین دستگاههای موجود در پالایشگاه می باشند. قسمت بیشتر حرارتی که جهت پالایش نفت مورد نیاز است از طریق کوره ها تولید می شود. همچنین یک چهارم هزینه پالایش مربوط به سوختی است که در کوره ها می سوزد.

انواع کوره ها

 از لحاظ شکل ظاهری، کوره های مورد استفاده در پالایشگاهها  در دو شکل مختلف یافت می شوند:

• کوره های مستطیلی
• کوره های استوانه ای

نوع مستطیلی آن ممکن است اشکال مختلفی داشته باشد ولی اجزای اصلی آنها ثابت است.

حرارت توسط احتراق سوخت در مشعلها ئی که در ناحیه Firebox قرار دارند تولید می شود. Firebox محفظه اصلی کوره است و در بالای مشعلها قرار دارد. تیوب های قسمت تشعشع (Radiant Tubes) نیز در همین محفظه قرار دارند. تیوب هایی Radiant Tubes  نامیده می شوند که نحوه قرار گیری آنها بگونه ای است که مشعلها را اصطلاحا می بینند. فرایند انتقال حرارت در این ناحیه تشعشعی است.

گازهای حاصل از احتراق بعد از این ناحیه وارد محفظه دیگری در بالای کوره می شوند که محفظه جابجایی (Convection Box) نامیده میشود. تیوب های واقع در این محفظه مشعلها را اصطلاحا نمی بینند و تیوبهای جابجایی (Convection Tubes) نامیده می شوند. مواد همیشه ابتدا وارد قسمت جابجایی شده و از آنجا به ناحیه تشعشع وارد می شوند.

دیواره، سقف و کف کوره توسط عایقی پوشیده شده است که اصطلاحا (Refractory) نام دارد. این عایق هم بصورت آجر و هم بصورت ریختنی موجود است. معمولاً در دیوارها و کف کوره نوع آجری بکار می رود ولی در سقف و بعضی مکانهای دیگر نظیر دریچه های انفجار از حالت ریختنی آن یا سیمان نسوز استفاده می شود و همانند سیمان بنایی می گردد. البته آنجا که از نوع ریختنی استفاده می شود باید توسط وی انکرهایی (V Anchor) در فواصل مشخص به بدنه کوره جوش داده شود تا سیمان نسوز را نگه دارد.

البته وظیفه اصلی عایق محافظت بدنه کوره در مقابل حرارت است ولی باعث تابش مجدد حرارت به تیوب های تشعشعی نیز می شود.

جهت جلوگیری از خطر انفجار کوره در شرایط بحرانی دریچه های انفجاری (Explosion Door) در هر چهار طرف کوره قرار داده شده است که در صورت انفجار این دریچه ها به راحتی باز می شوند و فشار داخل کوره تخلیه می گردد. همچنین لوله کشی بخار خفه کننده (Snuffing Steam) نیز در چند نقطه از کف کوره  انجام گرفته که در هنگام آتش سوزی احتمالی جهت اطفای حریق استفاده می شود.

نوع دیگری از کوره ها شکل استوانه ای قائم دارند. در این کوره ها، مشعلها در کف کوره قرار دارند. تیوبهای تشعشعی به حالت قائم و در امتداد دیواره قرار دارند. تیوبهای جابجائی نیز به حالت افقی قرار می گیرند. نقش مشعلها، عایق، بخار خفه کننده و دریچه های انفجار همانند کوره های مستطیلی است. شکل 3 یک نوع طراحی این کوره ها را نشان میدهد.

درفت

درفت عبارت است از اختلاف فشار جزئی مابین داخل و خارج کوره، که موجب بیرون رفتن گازهای حاصل از احتراق در کوره می شود.

چهار نوع درفت در کوره ها وجود دارد :

الف) طبیعی (Natural Draft)

ب) اجباری (Forced draft)

ج) القائی (Induced Draft)

د) تعادلی (balanced Draft)

در نوع طبیعی کوران از طریق دود کش صورت می گیرد. اختلاف چگالی بین گاز های داخل کوره و هوای بیرون موجب ایجاد اختلاف فشاری می شود که گازهای احتراق را به بالا میراند. در نوع اجباری، کوران از طریق یک فن ایجاد می شود. این فن، محفظه کوره را تحت فشار قرار می دهد و گازها را به سمت دودکش هدایت می کند. در نوع القائی فنی مابین محفظه کوره و دودکش قرار دارد و جریان گازها را برقرار می نماید. در نوع تعادلی از دو عدد فن که یکی قبل از محفظه کوره و دیگری بعد از آن قرار دارد استفاده می گردد.

درفتهای طبیعی و اجباری بیشترین کاربرد را در کوره های موجود در پالایشگاه ها و پتروشیمی ها دارند.

مشعل ها

مشعل ها دستگاه هایی هستند که در آن سوخت با هوا ترکیب شده و در اثر جرقه سوخته و تولید حرارت می کند. مشعل ها می توانند از کاز طبیعی، گازوئیل و یا ترکیب هر دو بعنوان سوخت استفاده کنند. در حالتی که از گازوئیل بعنوان سوخت استفاده می شود بخار نیز برای اسپری کردن آن لازم خواهد بود. سه نوع مشعل در پالایشگاهها مورد استفاده است:

الف) مشعلهای (Raw Gas Burner)

ب) مشعلهای (PreMix Burner)

ج) مشعلهای ترکیبی (Combination Burner)

در نوع اول گاز و هوا با هم مخلوط شده و در سوراخهای مشعل محترق میشود. در نوع PreMix Burner هوا وارد هواکش مشعل (Aspirator) شده و تحت فشار گاز ورودی به داخل رانده میشود. مخلوط حاصل وارد سوراخهای مشعل شده و در آنجا میسوزد. در نوع ترکیبی از هر دو مکانیزم فوق استفاده می شود، به این ترتیب که ابتدا بخشی از هوا وارد هواکش شده و تحت فشار گاز ورودی به داخل رانده شده و مخلوط حاصل به عدسی مشعل (spider) میرود. بخش دوم هوا در این قسمت با مخلوط برخورد کرده و مخلوط نهائی می سوزد. شکلهای زیر انواع مشعل ها را به ترتیب نشان می دهد.

تیوب ها

همانگونه که قبلا ذکر شد تیوبها در ناحیه تشعشع و جابجایی قرار دارند. تیوبها معمولا در چند پاس طراحی می شوند و در هر پاس الزاما به هم پیوسته هستند. جهت به هم پیوستن این انتهای تیوبها دو راه وجود دارد:

الف) رول کردن تیوبها در هدر

ب) بند های 180 درجه ای جوش دادنی

در روش اول تیوبها در داخل هدر هایی کاملا اکسپند می شوند. معمولا قاعده کلی این است که 0.1 ضخامت گوشت تیوب اکسپند گردد. از این حالت وقتی بیشتر استفاده میشود که نرخ خوردگی و یا نرخ کک گرفتگی داخل تیوبها زیاد باشد. نوع دیگر اتصال تیوبها همانگونه که ذکر شد استفاده از اتصالات جوشی است. در این حالت دیگر داخل تیوبها قابل دسترسی نیست و معمولا در سرویسهایی که خوردگی زیادی در تیوب انتظار نباشد مورد استفاده واقع میشوند. اشکال زیر مطلب را کاملا نشان می دهند.

بازرسی اولیه کوره

پس از خارج شدن کوره از سرویس و سرد شدن آن ابتدا باید بازرسی اولیه ای صورت گیرد. این بازرسی شامل

تیوبها، هدرها، سیمانکاری دیواره و سقف و کف کوره و همچنین نگهدارنده های تیوبها (Hangers)  میشود. و در این حالت قطعات عایق و هنگرهایی که شکسته شده و در کف کوره و قسمتهایی دیگر پراکنده شده است  دقیقا بررسی شود. توجه ویژه ای هم باید به باد کردگی تیوبها و کج شدن احتمالی آنها باید صورت گیرد.

نکته بسیار مهم در بازرسی اولیه این است که تیوبهایی که از جنس فولاد استنیتی سری 300 هستند باید بلافاصله پس از سرد شدن کوره به وسیله اسپری کردن محلول سودا اش دو درصد بر روی سطح خارجی آنها خنثی سازی شوند. این کار بوسیله کپسولهای قابل حملی که معمولا در سمپاشی استفاده میشود انجام میگیرد.

بازرسی تیوب های قسمت تشعشع:

پس از نصب داربست مطمئن در قسمت تشعشعی کوره، بازرسی آن شروع میشود. قبل از هر چیز باید این نکته ذکر گردد که گرد وانادیومی که بر روی تیوبها می نشیند و معمولا هم بصورت قرمز رنگ است بسیار خطرناک بوده و موجب امراض مزمن و خطرناکی میشود. بنابراین جهت کار در کوره حتما باید از ماسکهای مناسب استفاده نمود. در بازرسی این تیوبها بشکل زیر عمل میکنیم:

• ابتدا بازرسی ظاهری از تیوبها به عمل آمده و به وسیله نور موازی و در راستای تیوبها مقدار خمیدگی، باد کردگی تیوبها بررسی می گردد.
• کلیه ترموولها باز گردیده خنثی سازی شده و تحت آزمایش PT قرار می گیرند. همچنین جوشها و بستهای ترموکوپلهای متصل به تیوبها، آزمایش PT میگردند.
• اندازه گیری ضخامت تیوبها باید توسط بخش NDT صورت انجام گیرد. برای این کار ابتدا باید سه نقطه بر روی تیوب و سه نقطه روی Return Bend بوسیله برس سیمی تمیز گردد. بهتر است نقاط اندازه گیری همان نقاطی انتخاب شوند که در اورهالهای قبلی اندازه گیری شده اند. سپس این ضخامتها با ضخامتهای قبلی مقایسه می شود.
• قطر خارجی تیوبها اندازه گیری شده و با استفاده ازگزارشات قبلی مقدار خزش تیوبها تعیین می گردد. منظور از خزش نرخ افزایش قطر تیوب میباشد. مقدار خزش برای تیوبهای از جنس S. حداکثر %2 و برای تیوبهای S.S حداکثر 1% میباشد.
• نگهدارنده های تیوبها (Tube Hanger) هم در قسمت تیوبهای دیوار و هم تیوبهای سقف دقیقا بازرسی میگردند و از سالم بودن آنها باید اطمینان حاصل شود.
• در کوره های عمودی گاید تیوبها و اتصالت و بستهای آن بازرسی میگردند.
• در صورتی که بدلیل وجود خوردگی، کاهش ضخامت، تمام شدن عمر کارکرد مطمئن تیوب و یا هر دلیل دیگری تصمیم به تعویض تیوب گرفته شود باید تیویب از همان جنس و اندازه تهیه شده و با توجه به مطالب فصل دوم جوشکاری گردد.

بازرسی تیوب های قسمت جابجایی:

بازرسی از تیوبهای جابجائی مشابه بازرسی های تیوبهای تشعشع بوده با این تفاوت که به علت فشرده بودن تیوبها معمولا بازرسی تیوبهای میانی امکان پذیر نبوده و فقط چند تیوبی که در دسترس هستند بازرسی شده واز روی آنها در مورد بقیه تیوبها نیز قیاس میشود. دربازرسی این بخش اقدامات زیر انجام میگیرد:

• اندازه گیری ضخامت تیوبها باید توسط بخش NDT صورت انجام گیرد. برای این کار ابتدا باید یک یا چند نقطه بر روی تیوبهای قابل دسترس و سه نقطه روی Return Bend بوسیله برس سیمی تمیز گردد. سپس این ضخامتها با ضخامتهای قبلی مقایسه می شود.
• بازرسی از تیوب شیت ها و اطمینان از اینکه جابجا نشده و یا از روی نگهدارنده های اصلی بلند نشده باشد. بازرسی از هدرها (در صورتی که دارای هدر باشد)
• فاصله بین تیوبها به وسیله چراغ قوه بازرسی می شود تا خمیدگی احتمالی تیوبها مشاهده شود همچنین در صورت وجود مواد اضافی که باعث گرفتگی بین تیوبها می گردد نسبت به تمیز کردن آن اقدام می گردد.

بازرسی سیمانکاری، آجرها و کاسه برن:

کوره های مورد استفاده در پالایشگاه از نظر عایق داخلی به دو دسته تقسیم می شوند:

دسته اول بدنه داخلی از سیمان و یا آجر نسوز می باشد.

دسته دوم بدنه داخلی از فایبر سرامیک پوشیده شده است. بازرسی آنها به شرح زیر می باشد.

• بدنه داخلی و سقف کوره هاییکه از جنس سیمان و آجر نسوز می باشد باید بررسی چشمی شده و در جاهائیکه عایق از بدنه جدا شده و یا خراب شده است باید تعمیر گردد. در صورتیکه بدنه از سیمان نسوز باشد برای تعمیر آن ابتدا باید انشورهائی(V Anchor) برای نگه داشتن سیمان به بدنه جوشکاری گردد. فاصله انشورها روی بدنه قائم 20 سانتیمتر و روی سقف 10-8 سانتیمتر میباشد. سپس باید قالب بندی نموده و سیمان به داخل قالب تزریق شود. این سیمان باید مطابق منحنیهای مشخصی که در دست هست در زمان معین خشکانده شود.
• در کوره هاییکه از جنس سیمان و آجر نسوز است ترکهای سیمان بازدید شده و به تشخیص بازرس نسبت به تعمیر و یا پر کردن آن با k-wool اقدام گردد.
• محل EXPANSION JOINT ها بازرسی و اطمینان حاصل شود که از این نقاط دود به داخل سیمان یا آجر نفوذ نمی کند.
• سیمانکاری دودکش نیز کاملا بازرسی شده و در صورت نیاز مطابق روش فوق الذکر تعمیر میگردد.
• در کوره هایی که بدنه داخلی با فایبر سرامیک عایق شده است باید از نظر جدا شدن لایه های فایبر سرامیک، شکسته شدن یا افتادن پیچ و بستهای محکم کننده آن به بدنه و همچنین پارگی عایق بازرسی شوند.
• کاسه برنرها که بصورت آجری ویا ریختگی میباشند باید بازرسی شده و در صورت لزوم نسبت به تعمیر آن اقدام گردد.

بازرسی بدنه خارجی

معمولا بدنه خارجی کوره در اثر خرابی سیمان و یا عایق داخلی و نفوذ گازها به پشت عایق و تماس با بدنه دچار سوختگی و خوردگی می گردد که باید کاملا بازرسی شده و در صورتیکه آثار خروج دود و شعله و سوختگی رنگ مشاهده شود نسبت به تعمیر آن اقدام گردد. در صورتی که مساحت ناحیه آسیب دیده کم باشد میتوان بصورت موضعی آن محل را تعمیر کرد.

بازرسی از دودکش و DUCT و متعلقات

دودکش ها باید پس از بازرسی ظاهری در چند نقطه اندازه گیری ضخامت شوند. این بازرسی باید با استفاده از جرثقیل انجام گیرد. سیمان کاری داخلی دودکش نیز باید بازرسی شده و در صورت اشکال همانند توضیحات قبلی در مورد عایقهای بدنه تعمیر می گردد.

• دمپرها و GUILLOTINE VALVE ها و شفت دمپر باید از نظر روانی و سوخته نشدن آنها بازرسی شود.
• سیم بکسل ها و قرقره های مربوط به دمپرها باید بازرسی ظاهری شده و پس از تمیز کاری گریس زده شوند. معمولا گریس خور برای این مکانیزم در نظر گرفته می شود.