تجهیزات ابزار دقیق مورد استفاده در پالایشگاه های نفت گستردگی فرآوانی دارند و اگر بخواهیم همه آنها رو توضیح دهیم باید هزاران مقاله در مورد آنها بنویسیم، برای همین آن دسته از سنسور ها و ترانسمیتر ها را بررسی میکنیم که بیشترین کاربرد را در پالایشگاه دارند.

قبل از هرچیزی لازم دانستیم از شرایط محیطی و موادی که در پالایشگاها وجود دارد به سمع و نظرتان برسانیم

ایمنی مبحث اول شروع هر فعالیتی در پالایشگاه هست چون خطرات پیش بینی نشده همیشه در کمین هستند

خطراتی از قبیل :

  • موجود بودن مواد قابل اشتعال و انفجار، مثل:ماهیت هیدروکربن ها
  • خطر گرم شدن مواد، مثل :تبدیل روغن به محصولات با ارزش بالاتر به گرما نیاز دارد
  • خطرات مواد خورنده، مثل :تعداد بالای اسید کل (TAN) ، نفت سولفید هیدروژن (H2S) و دیگر اسیدها 
  • مواد چسبناک، مثل:نفت خام می تواند حاوی محتوای باقی مانده با نقاط جوش بسیار بالا باشد.

خطرات احتمالی در مکان های مختلف و در شکل های مختلف ظاهر می شوند پس نباید ایمنی را سرسری گرفت.

با توجه مباحث عنوان شده از لحاظ شرایط پالایشگاه و مقیاس وسیع صنعت نفت و گاز، تامین کنندگان ابزار دقیق تلاش می کنند راه حل هایی برای تجهیزات ابزار دقیق مورد استفاده در پالایشگاهها را ارئه دهند، بقول معروف: حل یک مشکل مهم می تواند به کیفیت محصولات تولیدی  منجر شود.

در اینجا قصد داریم تجهیزات مهم و کاربردی استفاده شده در پالایشگاها را در مقیاس جهانی را بررسی کنیم

ترانسمیتر فشار تفاضلی یا ترانسمیتر دیفرانسیلی DP :

شکل.  1. فرستنده اصلی DP یکی از همه کاره ترین ابزارهای میدانی است و یک پالایشگاه متوسط ​​می تواند صدها دستگاه از آنها را نصب کند.

ترانسمیتر DP یکی از همه کاره ترین ابزارهای میدانی است و در یک پالایشگاه متوسط می توان صدها دستگاه از آنها مشاهده کرد 

یکی از تجهیزاتی که شاهد پیشرفت چشمگیری بوده است، فرستنده های فشار دیفرانسیل (DP) هستند. که می‌ توان از آن برای اندازه گیری فشار ساده، همراه با فشار تفاضلی استفاد کرد یا به عبارتی رایج ترین روش اندازه گیری جریان است و یک انتخاب مکرر برای اندازه‌گیری فشار. 

اما انتخاب یک ترانسمیتر فشار تفاضلی به همین راحتی ها نیست و بایستی به نکات مهم زیر در انتخاب ترانسمیتر فشار توجه کرد که مهمترین آن محدوده دما و فشار سیال است.

این امر به ویژه در محیط های پالایشگاهی بسیار صادق است، زیرا استفاده از چندین تجهیز ابزار دقیق ساده اما هوشمندانه می تواند قابلیت های یک فرستنده اصلی DP را برای رسیدگی به سخت ترین چالش ها افزایش دهد.

در ادامه چندین مورد از پارامترهای مهم برای انتخاب دقیق یک ترانسمیتر فشار تفاضلی را برایتان بازگو میکنیم:

مقاومت در برابر دمای بالا

در یک پالایشگاه ، بالا بردن درجه حرارت نفت خام برای تقطیر امری بسیار اصولی است و در بیشتر فرایندهای پالایشگاهی دمای کار در محدوده 315 تا 375 درجه سانتی گراد (600 درجه فارنهایت تا 700 درجه فارنهایت) بسیار رایج است. 

همانطور که میدانیم ابزارهای فشار نمی‌توانند چنین گرما را در تماس مستقیم با سیالات تحمل کنند، بنابراین باید راه حلی برای تشخیص مقدار فشار فرآیندی یا سیالی که دمای آن برای سنسور بسیار خطرناک است یا بعبارتی انتقال فشار بدون انتقال گرما.

یک راه حل مناسب استفاده از یک خط ضربه یا لوله مویی قبل از ترانسمیتر فشار است. که داخل آن لوله مویی از مایعات تراکم ناپذیر با نقاط جوش بسیار بالا پر شده باشد، بنحوی که دمای بالا به ترانسمیتر فشار منتقل نشود. زیرا مایعات با نقطه جوش بسیار بالا می توانند فقط مقدار فشار را در یک خط ضربه یا لوله مویی به فرستنده DP در ارسال کنند و نه دمای سیال را. 

یک مشکل بزرگ در اینجا پدیدار میشود که در ادامه به بررسی و حل آن می‌پردازیم

مایع داخل لوله مویی که در دمای 400 درجه سانتی گراد (750 درجه فارنهایت) قادر به جوشیدن نیست در دمای معمولی محیط غلیظ می شود و اگر ویسکوزیته مایع در خط فشار بسیار زیاد شود، توانایی آن برای انتقال فشار به فرستنده کند می شود یا می تواند به طور کامل متوقف شود. 

این امر به ویژه در مواقعی که سیال سرد باشد ممکن است باعث یخزدگی مایع داخل لوله مویی شود، هر چند کوتاه مدت، ولی مشکل ساز است.

ترانسمیتر فشار تفاضلی

شکل 2

پس راه حل چیست؟

استفاده از دو نوع مایع پر کننده که برای دماهای مختلف بهینه شده اند می تواند محدوده دمایی یک ترانسمیتر DP را در کاربردهای مختلف افزایش دهد. 

از مایع پر کننده با درجه حرارت بالا در لوله مویین در قسمت برش سمت راست شکل 2 استفاده می شود. 

این مشکل را می توان با استفاده از دو سیال پر کننده حل کرد. 

مایع اول دیافراگم میانی را تحت فشار قرار می دهد، که با مایع پر کننده با دمای پایین پر شده است.

و مایع دوم که  را که تا دیافراگم سنسور اصلی گسترش می یابد در تماس است.

مایع با تحمل درجه حرارت بالا در قسمتی که در معرض فرآیند قرار دارد استفاده می شود. بیشترین گرما را تحمل می کند و به اندازه کافی گرم می ماند تا از غلیظ شدن جلوگیری شود. مقدار فشار را از طریق دیافراگم میانی به مایع دوم که برای عملکرد در دمای پایین طراحی شده است می فرستد. این مایع دوم با ویسکوزیته پایین، فاصله باقی مانده تا فرستنده را در بر می گیرد و تحت تأثیر دمای پایین تر، حتی زیر دمای انجماد قرار نمی گیرد. 

این امر محدوده اندازه گیری ترانسمیتر فشار را در دماهای بالا را بدون محدودیت انجام می‌دهد.

با استفاده از دو مایع با ویسکوزیته‌های متفاوت زمان تأخیر در تشخیص مقدار فشار، در مقایسه با سایر روشها بسیار کاهش می یابد.

محاسبه جریان ناشی از فشار، در مسیر جریان سیال در یک لوله باعث ایجاد اختلاف فشار می شود بعبارتی مقدار فشار در آن لوله  متناسب با حجم سیال در حال عبور از لوله است. استفاده از فرستنده DP برای اندازه گیری افت فشار می تواند داده هایی را ارائه دهد که جریان حجمی از آنها قابل محاسبه است. افزودن دما و فشار استاتیک و مشخصه های چگالی شناخته شده می تواند به تبدیل یک اندازه‌گیری حجم به جریان جرمی کمک کند. این قابلیت برای دهه‌های متمادی به رسمیت شناخته شده و مورد استفاده قرار گرفته است، و قابلیت استفاده از آن به صورت عملی، آن را به محبوب ترین روش برای اندازه گیری جریان، به ویژه در برنامه های پالایشگاهی تبدیل کرده است.

این واقعیت هنوز این سوال را باقی می گذارد که ترانسمیتر فشار تفاضلی چقدر در برنامه های شدیدتر کار می کند؟ 

ابتدا باید دو مشکل دیرینه را مورد بررسی قرار دهیم: 

 اندازه گیری فشار و جریان سیال بسیار گرم و مستعد گرفتگی 

در پلایشگاه، نفت خام را برای فرآوری تا دمای حدود 345 درجه سانتی گراد (650 درجه فارنهایت) گرم می‌کنند و سپس به ستون کسر کننده اتمسفر فرستاده می شود تا آن را به بخشهای مختلف آن جدا کند. برای تحقق این امر نیاز به لوله هایی با قطر 12 اینچ یا بیشتر نیاز است. 

نفت خام در این مرحله از پردازش خود تمایل به داشتن ناخالصی‌هایی دارد که می توانند تجهیزات حساس ابزار دقیق را مسدود کنند.

Wedge sensor

سنسور اندازه گیری جریان گوه ، همانطور که در این قسمت نشان داده شده است ، افت فشار لازم را فراهم می کند و هم در برابر سایش و هم در برابر گرفتگی مقاوم است.

DP TRANSMITTER

شکل 3 

با در نظر گرفتن همه این عناصر ، یک راه حل قابل اطمینان یک عنصر اصلی گوه ای با مهر و موم از راه دور است ( شکل 3 )، که در عین حال مقاوم در برابر سایش یا اتصال و کاهش افت فشار ، یک جریان قابل اطمینان DP ایجاد می کند. هنگامی که در یک لوله افقی نصب می شود ، گوه از کنار بریده می شود تا یک مسیر جریان بدون مانع در بالا و پایین نگه داشته شود ، بنابراین هیچ مکانی برای تجمع ذرات و گازهای جذب نشده و قابلیت اطمینان اندازه گیری وجود ندارد.

پیکربندی های معمولی شیرهای فلنج را در دو طرف عنصر گوه قرار می دهد ، اگرچه چندین مجموعه شیر می تواند برای برنامه های ایمنی که نیاز به اندازه گیری اضافی دارند ، نصب شود. از آنجایی که تقطیر نفت خام یک برنامه کاربردی در دمای بالا است ، خطوط ضربه ای که به فرستنده DP منتقل می شوند اغلب از یک سیستم مهر و موم شده با مایعات پر کننده متعدد برای اندازه گیری سیال در دمای بالا استفاده می کنند ، در حالی که از هزینه و چالش های نگهداری که با گرما وجود دارد اجتناب می شود.

ردیابی ترانسمیتر DP برای سطح در برج تقطیر

برای یک لحظه با مثال ستون تقطیر ، به یکی دیگر از نگرانی های جدی مربوط به ایمنی فکر کنید: سیل. حوادث ایمنی متعددی در پالایشگاه ها رخ داده است که در آن ستون تقطیر قادر به انجام وظیفه جداسازی بخارات نبوده و در عوض با مایع پر شده است ، گاهی اوقات با نتایج فاجعه بار. اندازه گیری سطح بسیار قابل اعتماد برای تشخیص زمان وقوع این امر بسیار مهم است.

استفاده از فرستنده DP یک انتخاب عالی است ، زیرا می توان آن را با افزایش دهنده دمای چند سیال مجهز کرد. برای جبران فشار داخل ستون ، قسمت پایین فرستنده DP می تواند به یک شیر آب از قسمت جلویی در بالای ستون متصل شود. این مجموعه جدیدی از چالش های مربوط به بهترین روش برای این اتصال را ایجاد می کند ، که در بسیاری از مقالات به عنوان موضوع خاص خود مورد توجه قرار گرفته است.

ترانسمیتر فشار

شکل 4 

استفاده از فرستنده دوم برای اندازه گیری فشار سرفصل ، به جای استفاده از خط ضربه ، از بسیاری از چالش های احتمالی اندازه گیری سطح جلوگیری می کند.

یکی از رویکردهای روزافزون ، ایده استفاده از فرستنده فشار دوم ( شکل 4 ) برای خواندن فشار فضای پیشانی و سپس ارسال خوانش به فرستنده در پایین به صورت الکترونیکی است. این عمل خط ضربه طولانی را حذف می کند و می تواند اطلاعات بیشتری در مورد این فرآیند ، یعنی فشار فضای سر ، ارائه دهد. همچنین تمام مشکلات و هزینه های مربوط به خطوط ضربه ای ، از جمله ردیابی حرارت را از بین می برد.

از آنجا که سطح در این زمینه بسیار یک مسئله ایمنی است ، فرستنده های DP معمولاً بخشی از سیستم ابزار ایمنی بزرگتر (SIS) می شوند و سه واحد اغلب برای ارائه یک طرح رای گیری دو از سه مورد نصب می شوند. به طور معمول ، هر یک از این واحدها از پیکربندی یکسانی استفاده می کنند و هر کدام را می توان با یک افزایش دهنده دمای چند سیال مجهز کرد.

سوالات بزرگتر جریان DP. در حالی که برنامه های اندازه گیری جریان DP بسیار رایج هستند ، این تکنیک بدون اشکال نیست. با بررسی آنها به صورت جداگانه ، می توانیم ببینیم که فروشندگان چگونه راه هایی برای کاهش مشکلات پیدا کرده اند:

  • فشار کنارگذاشتن این مفهوم اندازه گیری اساسی نیازمند ایجاد افت فشار در خط، در نتیجه محدود جریان، کاهش فشار روند موجود و ایجاد یک مکان بالقوه برای گرفتگی. حکمت سنتی حکم می کند که دستیابی به حداکثر دقت و محدوده خنک کننده به معنای ایجاد بزرگترین افت فشار است. خوشبختانه دقت ترانسمیترهای DP امروزی نسبت به سالهای گذشته بهتر است و این امر باعث می شود که با افت فشار کمتر ، خوانش جریان خوبی انجام شود. مشکل اساسی همچنان وجود دارد ، اما فناوری تا حد زیادی این اثر را کاهش داده است.
  • مقاطع لوله های بلند و مستقیم - جریان سنج های DP تحت تأثیر اختلالات جریان بالادست قرار می گیرند و بنابراین اغلب به بخش های نسبتاً طولانی ، مستقیم و صاف بالادست و پایین دست از عنصر اصلی نیاز دارند. استانداردها 44 قطر مختلف لوله را در بالادست و پنج قطر مختلف را در پایین دست تعیین می کنند تا حداکثر دقت را بدست آورند. این می تواند نصب یک جریان سنج DP در لوله کشی پیچیده و شلوغ را به چالش بکشد. در تأسیسات جدید ، هزینه های اضافی را می توان هنگام اجرای لوله کشی فقط برای اطمینان از اندازه گیری دقیق ، متحمل شد.
         طراحی عنصر اولیه نگرانی اصلی است. صفحه سوراخ گرد سوراخ در دیسک سنتی بیشتر مستعد این مشکل است ، اما همچنین یکی از رایج ترین طرح ها است. در بسیاری از موارد ، نیاز به لوله مستقیم مستقیم بیشتر از قطر لوله به قطر دهانه محدود کننده مربوط می شود. استفاده از چندین سوراخ ( شکل 5 ) به جای یک سوراخ می تواند با کاهش چشمگیر نیاز لوله مستقیم و در عین حال دقت اندازه گیری و تکرارپذیری بالا ، مشکل را برطرف کند.
  • خطوط ضربه - استفاده از DP برای اندازه گیری جریان نیاز به خطوط ضربه ای بین فرستنده و هر دو طرف عنصر اصلی دارد. طراحی و ساخت خطوط ضربه ای تأثیر عمده ای در موفقیت نصب دارد. اگر ضعیف اجرا شوند ، ممکن است مستعد انواع مختلفی از مشکلات ، از جمله گرفتگی ، یخ زدگی و گاز یا مایع باشند. در زمینه پالایشگاه ، آنها با الزامات لوله کشی دقیق که تکنیک های جوشکاری ، شیرهای خاموش کننده و غیره را مشخص می کند ، اداره می شوند.

اوریفیس

شکل 5 

وجود چهار سوراخ در عنصر اصلی ، به جای یک سوراخ ، ویژگی های تلاطم را تغییر می دهد و نیاز به یک قسمت لوله طولانی و مستقیم را کاهش می دهد.

در کاربردهای مهم ، خطوط ضربه ای معمولاً همه جوش داده می شوند و شامل شیرهای دروازه ای در طرف بالا و پایین برای جدا کردن فرستنده می شوند. این اجازه می دهد تا فرستنده بدون خاموش کردن روند حذف شود. پورت های خونریزی نیز برای پاکسازی حلزون های گاز گرفتار در خطوط وجود دارد.

پورت ها در نزدیکی فرستنده قرار می گیرند که می توان آنها را باز کرد تا امکان نصب دستگاه های خطوط لوله را فراهم کند. این دستگاهها در حالی که شیرهای ایزوله بسته هستند نصب می شوند. پس از باز شدن مجدد سوپاپ ها ، ابزار تمیز کردن را می توان از طریق سوپاپ و تا انتهای لوله اصلی گسترش داد. این امر امکان پاکسازی کامل خطوط ضربه ای را بدون هیچ گونه وقفه عملیاتی فراهم می کند.

ترکیب پیشرفت های طراحی

فروشندگان ابزارهای مختلف طرح های مختلف جریان سنج DP را در تلاش برای حل چالش های کاربردی خاص قرار داده اند. کسانی که به ویژه در محیط های پالایشگاه هدف دارند ، الزامات لوله کشی برای طراحی و ساخت را برآورده می کنند ، در حالی که اندازه و تنظیمات مربوط به انواع تجهیزات موجود در واحدهای تولید پالایشگاه و پتروشیمی را ارائه می دهند. به عنوان مثال ، جریان سنج DP نشان داده شده در شکل. 6 با استفاده از عناصر زیر مونتاژ شد:

ترانسمیتر تفاضلی

شکل 6

این مجموعه جریان سنج برای عملیات دشوار پالایشگاه طراحی شده است ، در حالی که درجه بالایی از دقت و قابلیت اطمینان را ارائه می دهد.

  • یک فرستنده DP چند متغیره اساسی با یک قسمت قرقره از پیش مونتاژ شده آماده نصب در برنامه ترکیب شده است.
  • خطوط ضربه ای کوتاه نگه داشته می شوند و فرستنده DP به هم نزدیک می شود تا پتانسیل اتصال را به حداقل برساند.
  • عنصر اصلی از چهار سوراخ به جای یک سوراخ برای کاهش طول کلی بین فلنج ها استفاده می کند و باعث می شود راحت تر در لوله های موجود قرار گیرد.
  • ساختار کلی فولاد ضد زنگ جوش داده شده است ، مطابق با شرایط لوله کشی ، و کل واحد آزمایش نشت شده است.
  • شیرهای جداسازی نوع دروازه نیز با توجه به نیاز لوله کشی انتخاب و جوش داده می شوند.
  • پورت های تمیز شده با نخ با خطوط ضربه مطابقت دارند ، بنابراین می توان آنها را در حالی که واحد در حال کار است حذف کرد.
  • دریچه های جدا کننده و بای پس کوچکتر در داخل منیفولد ، همراه با پورت های خونریزی خط ضربه ، تعبیه شده است.
  • مجموعه سنسور دما/فرستنده اطلاعات خود را به فرستنده اصلی DP ارسال می کند ، که می تواند مقدار را به سیستم میزبان اتوماسیون گزارش دهد. هنگامی که دمای سیال با جریان جریان حجمی DP و چگالی سیال شناخته شده ترکیب شود ، فرستنده همچنین می تواند اندازه گیری جریان جرم را ارائه دهد.
  • ترانسمیتر DP همچنین می تواند مقادیر فشار خط ایستا را برای افزایش اندازه گیری جریان جرم بدون نفوذ لوله اضافی ارائه دهد.
  • عملکردهای ابزار هوشمند تعبیه شده در فرستنده ، طیف وسیعی از اطلاعات تشخیصی اولیه و پیشرفته را ارائه می دهد.
  • اگرچه به طور خاص برای برنامه های کاربردی با درجه حرارت بالا طراحی نشده است ، اما تنظیماتی از این قبیل می تواند به طور معمول مایعات را تا 315 درجه سانتی گراد (600 درجه فارنهایت) یا بالاتر ، بسته به کاربرد و نصب ، اداره کند.

ترانسمیتر فشار DP ترکیبی از فن آوری های تست شده است که برای محیط مورد انتظار بهینه شده است. 

این دستگاه برای ارائه عمر طولانی و قابل اطمینان در محیط های پالایش شده ساخته شده است و در صورت نیاز قطعات الکترونیکی را می توان بدون خاموش کردن خط تعویض کرد.

ابزار برای کنترل کلید است. کنترل process موثر فرآیندها و ایمنی در پالایشگاه یا کارخانه پتروشیمی به ابزار دقیق بستگی موثر دارد.

این ابزار چشم و گوش فعال در پالایشگاها را فراهم می کند و اپراتورها را از آنچه در داخل لوله ها می گذرد مطلع می کند. 

ترانسمیترهای DP بسیاری از داده های لازم برای کارکرد کارآمد و ایمن واحدهای پالایشی را ضبط می کنند.