کاربرد شعله‌ گیر در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی

کاربرد flame arrestor در صنعت نفت و گاز

کاربرد شعله‌ گیر(flame arrester) در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی

محصولات تولیدی و خوراک اولیه واحدهای پالایشگاهی و پتروشیمی دارای سیالات قابل اشتعال هستند. بنابراین اگر شعله به موقع کنترل و مهار نشود، خسارت‌های جبران ناپذیری به وجود می‌آید. به همین دلیل، نصب و استفاده از تجهیزات ایمنی باکیفیت در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی اهمیت ویژه‌ای دارد. از جمله تجهیزات ایمنی که نصب آن‌ها می‌تواند از انفجار و آتش‌سوزی واحدها پیشگیری کند، تجهیزات مهار فشار و مهار شعله است.

تجهیزات مهار فشار چیست؟

این تجهیزات مانع از انفجار سیستم در زمان افزایش فشار می‌شوند و همچنین از مچاله شدن تجهیزات در  زمان کاهش فشار نیز جلوگیری می‌کنند. 

از جمله تجهیزات مهار فشار می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

تجهیزات مهار شعله چیست؟

تجهیزات مهار شعله هنگام ایجاد شعله در خطوط انتقال و یا مخازن ذخیره، گرما و حرارات را از شعله می‌گیرد و  مانع انتقال شعله در طول خط و یا بازگشت آن به درون مخازن ذخیره می‌شود. در نتیجه، با نصب تجهیزات مهار شعله احتمال آتش‌سوزی در واحدهای پالایشگاهی و پتروشیمی کاهش می‌یابد.

از جمله تجهیزات مهارشعله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

شعله گیر چیست؟

شعله‌ گیر یک تجهیز ایمنی در دسته‌بندی تجهیزات مهار شعله است. Flame arrestor یا شعله گیر که به صورت flame arrester نیز نوشته می‌شود، به معنی جرقه‌گیر یا گیرنده آتش (arrester) و یا متوقف‌کننده شعله (arrestor) است. همان‌طور که از نام این تجهیز مشخص است، وظیفه‌اش مهار شعله و جلوگیری از انتشار شعله است. از فِلیم اَرستر در تجهیزاتی که احتمال احتراق و اشتعال وجود دارد، استفاده می‌شود؛ برای مثال:

  • مخازن ذخیره در  صنایع پالایش و پتروشیمی
  • خطوط انتقال گاز در واحدهای نفت، گاز و پتروشیمی
  • خطوط فلر flare (مشعل گازی)
  • تجهیزات بازیافت بخار

شعله‌گیر (flame arrester) بر روی کدام تجهیزات نصب می ‌شود؟

در ادامه مقاله به معرفی تجهیزاتی می‌پردازیم که نصب شعله گیر روی آن‌ها، این تجهیزات را در برابر شعله‌ور شدن محافظت می‌کند.

مخازن ذخیره

با نصب شعله‌گیر بر مخازن ذخیره سیالات هیدروکربنی می‌توان از آن‌ها در برابر انفجار محافظت کرد. شعله گیر بر روی سقف مخازن ذخیره نصب می‌شود اما می‌توان آن را بر روی نازل خروجی مخزن نیز نصب کرد.

نصب flame arrester بر روی هواکش مخازن ذخیره، علاوه بر جلوگیری از عبور شعله از ورود ذرات گرد غبار و حشرات به درون مخزن نیز جلوگیری می‌کند.

برای مخازنی که حاوی سیالات هیدروکربنی با غلظت بالا و یا با دمای تبخیر بالا (مثل گازوئیل و مازوت) هستند، ممکن است نصب شعله‌گیر الزامی نباشد. زیرا در این مخازن، غلظت سیال در محدوده‌ای قرار می‌گیرد که به مرز اشتعال نمی‌رسد. بنابراین نصب شیرتنفسی فشار_خلاء می‌تواند چنین مخازنی را در برابر حوادث احتمالی محافظت کند. مثلاً در مخازن سقف مخروطی که جزو مخازن ذخیره با فشار اتمسفریک (حداکثر فشار 1bar) محسوب می‌شوند، شیر تنفسی فشار_خلاء برای محافظت از مخزن در برابر افزایش و یا کاهش فشار نصب می‌شود.

گاهی ممکن است مخلوط بخارهای خروجی از مخزن در مواجهه با اکسیژن هوا مشتعل شود، در این شرایط نصب ترکیبی شیر تنفسی با شعله‌بند می‌تواند مانع از انتقال شعله به مخزن شود.

شعله پوش (flame arrester)  مخازن ذخیره
شعله پوش (flame arrester)  مخازن ذخیره

خطوط انتقال گاز

به‌طور کلی در سیستم‌های پایپینگ و خطوط انتقال گاز طبیعی از شعله‌گیر درون خطی (Inline) استفاده می‌شود که در مقاله انواع شعله گیر آن را معرفی کردیم. نصب این نوع شعله گیر از برگشت و بازپخش شعله درون لوله جلوگیری کرده و تجهیزات پایین‌دستی را در برابر آتش‌سوزی محافظت می‌کند.

 کوره (Furnaces- Fired Heaters)

از کوره‌ها به عنوان منبع انرژی گرمایی در جهت انتقال حرارت به سیال و پیش گرم‌کردن خوراک واحدهای پالایش و پتروشیمی استفاده می‌شود.

از جمله کاربرد کوره‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • پیش‌‌گرم کن خوراک راکتورها
  • پیش‌گرم کن خوراک برج‌های تقطیر
  • بویلر (جوش‌آورهای برج تقطیر)
  • گرمایش برش‌های سنگین نفت

اساس کار کوره‌ها بر مبنای انتقال حرارت است. این تجهیز، انرژی گرمایی مورد نیاز برای انجام فرآیندهای شیمیایی در واحدهای پالایشگاهی و پتروشیمی را تامین می‌کند. این انرژی گرمایی که معمولاً حاصل احتراق یک سوخت است به سیالاتی مانند آب، نفت خام، هیدروکربن و یا انواع روغن‌ها داده می‌شود. احتراق سوخت در کوره به‌وسیله مشعل صورت می‌گیرد. در مسیر انتقال سوخت به مشعل که خط سوخت نام دارد، شعله‌بند یا فلیم ارستر نصب می‌شود. هدف از نصب شعله‌گیر در خط سوخت کوره، جلوگیری از برگشت شعله به منبع سوخت و آتش‌سوزی است.

فلیم ارستر در کوره
فلیم ارستر در کوره

بویلر

 بویلر تجهیزی است که با حرارت دادن به سیال (برای مثال آب)، آن را گرم می‌کند تا برای گرمایش و یا دیگر فرآیندها از آن استفاده شود. برای انجام برخی از فرآیندها نیاز است مایع به بخار تبدیل شود، بنابراین به سیال درون بویلر تا دمای جوش گرما داده می‌شود و سیالی که از بویلر خارج می‌شود به صورت مایع گرم و یا بخار است. ساختمان بویلر شامل یک محفظه احتراق (مشعل) است و با نصب شعله‌گیر در ورودی هوا این تجهیز می‌توان از بازگشت شعله و آتش‌سوزی در بویلر پیشگیری کرد.

سیستم فلر (Gas Flare)

برای جلوگیری از آتش‌سوزی در سیستم‌های دفع و یا انتقال گاز-که جریان گاز را به سمت فلر یا کوره هدایت می‌کنند- Flame Arrester یا شعله‌بند نصب می‌شود. این تجهیز بین شعله پیلوت و دریچه ورود گازی که قرار است در فلر سوزانده شود، نصب می‌شود.

نصب-شعله گیر- در خط فلر
نصب-شعله گیر- در خط فلر

تجهیزات بازیافت بخار

بنزین یک سوخت دارای فشار بخار بالا است و هر چه  فشار بخار مایع بیشتر باشد آن مایع فرارتر است. بنابراین بنزین سیال فراری است و تمایل زیادی به تبخیر شدن دارد.

دارای فشار بخار بالا است معمولاً در سیستم‌های توزیع سوخت در جایگاه‌ها و یا هنگام بارگیری سوخت در کشتی، کامیون و واگن‌های ریلی مقداری از بنزین مایع به بخار تبدیل می‌شود. برای جلوگیری از هدر رفتن این بخارات از سیستمی به نام سیستم بازیافت بخار استفاده می‌شود. وظیفه سیستم بازیافت بخار، جمع‌آوری بخارات تولید شده و تبدیل مجدد آن‌ها به بنزین مایع است.

باتوجه به اینکه بنزین و بخارات آن سیال قابل اشتعال هستند، نیاز به یک تجهیز برای مهار شعله در این سیستم وجود دارد.

در صورت احتراق این بخارات و شعله‌ور شدن آن‌ها با نصب  flame arresterیا گیرنده آتش می‌توان از انتشار شعله در سیستم بازیافت بخار جلوگیری کرد.

flame arrester در سیستم بازیافت بخار
flame arrester در سیستم بازیافت بخار

بهترین برندهای شعله گیر(Flame arrestor)

تجهیزات مورد استفاده در واحدهای پالایش و پتروشیمی باتوجه به ظرفیت تولیدی هر واحد طراحی و ساخته می‌شود. ساخت تجهیزات ایمنی نیز به همین شکل است و هر تجهیز باید براساس مشخصات فنی و شرایط کاری به‌طور سفارشی طراحی و ساخته شود. شرکت  SEWON Q&TECH واقع در کره‌جنوبی، نزدیک به نیم قرن است که در زمینه طراحی و ساخت ماشین‌آلات صنایع کشتی‌سازی، تجهیزات ایمنی مورد استفاده در صنعت نفت و گاز فعالیت می‌کند. تمام محصولات شرکت SEWON در کشور کره جنوبی تولید می‌شوند. محصولات SEWON و راه‌حل‌های ارائه شده توسط این شرکت، نقش موثری در کاهش خطرات احتمالی و مدیریت ایمنی واحدهای صنعتی دارد. شرکت مهندسی دامون از سال ۱۳۹۶ نماینده انحصاری این شرکت در ایران است و اعتماد مجموعه‌های صنعتی بزرگ زیر را جلب کرده است:

لوگو مشتریان دامون
لوگو مشتریان دامون
لوگو مشتریان دامون

اجزای شعله گیر

برای درک بهتر عملکرد فلیم ارستور لازم است تا با اجزای سازنده آن آشنا شویم. هر شعله‌گیر از سه جز اصلی تشکیل شده‌است که عبارت‌اند از:

محفظه شعله‌گیر (Arrester Housing)

بدنه یا محفظه شعله گیر، قسمتی است که المنت شعله گیر در داخل آن قرار می‌گیرد.

المنت (Arrester Element)

مهم‌ترین قطعه در شعله‌بند که وظیفه مهار شعله را دارد، المنت است. المنت متشکل از صفحات متخلخل فلزی است. این قطعه ‌می‌تواند از صفحات موجدارکنار هم و یا توری به‌هم فشرده (مِش) ساخته شود. جنس این صفحات، فلزی و یا ترکیبی از رسانه های فلزی-سرامیکی است تا به خوبی گرما را هدایت کند و با گرفتن گرما از شعله، مانعِ انتشار آن شود. به طور معمول هر المنت دارای یک یا چند صفحه توری مش است که با فاصله معین به موازات یک‌دیگر قرار می‌گیرند. این قطعه قابل تعویض است و در صورت آسیب دیدن می‌توان آن را جایگزین کرد.

اتصالات (فلنج – رزوه)

به‌منظور اتصال شعله گیر بر روی مخازن و یا بین خطوط لوله از اتصالات فلنجی و یا رزوه‌ای استفاده می‌شود. محل قرارگیری اتصالات در ابتدا و انتهای محفظه‌ی شعله گیر است.

 اجزای شعله گیر
 اجزای شعله گیر

عملکرد شعله‌ گیر

احتراق زمانی اتفاق می‌افتد که سه عنصر اکسیژن، سوخت و حرارت (منبع با درجه حرارت بالا) در کنار هم قرار گیرند. در صورتی‌که هر یک از عناصر مثلث آتش نباشند، احتراق اتفاق نمی‌افتد. وظیفه شعله‌گیر حذف گرما از مثلث آتش است.

گرفتن حرارت از شعله در المنت فلیم ارستر انجام می‌شود. شلعه در زمان عبور از میان منافذ المنت گرمای خود را به صفحات فلزی منتقل می‌کند و دمای آن کاهش می‌یابد. این کاهش دما از طریق انتقال حرارت هدایتی (Conduction) انجام می‌شود و طی آن گرما از سیال به جسم جامد که همان صفحات متخلخل المنت است منتقل می‌شود. همه شعله گیرها با پراکندگی و خنک کردن شعله تا دمایی کمتر از دمای اشتعال گاز در سیستم عمل می‌کنند. این انتقال حرارت ممکن است در طول مدت زمانی طولانی صورت گیرد.

 اجزای شعله گیر
عملکرد شعله گیر

جنس (متریال) استفاده شده در المنت و سطح مقطع آن بر عملکرد شعله گیر تأثیر می‌گذارد.

جنس (متریال)

هر چه ضریب انتقال حرارت موادی که در ساخت المنت استفاده شده بالاتر باشد، گرمای شعله سریع‌تر جذب می‌شود. به همین دلیل است که المنت از فلزاتی مثل فولاد ضد زنگ (استنلس استیل) و یا مواد فلزی-سرامیکی ساخته می‌شود. برای انتخاب جنس صفحات علاوه بر توجه به قابلیت انتقال حرارت باید محیط کاری تجهیز را نیز در نظر گرفت. برای مثال شرکت سوون (SEWON) برای محیط‌های خورنده، المنت‌ها را از ورقه‌های استنلس استلیل (316S.S) که به ورق ضد اسید معروف است، طراحی می‌کند و می‌سازد.

سطح مقطع

در انتقال حرارت هدایتی هرچه سطح مقطع المنت بزرگ‌تر باشد، مقدار زیادی گرما با سرعت زیاد از شعله به المنت منتقل می‌شود. از دیگر موارد تأثیرگذار در افزایش راندمان (بازده) شعله‌بند، تعداد منافذ المنت است. هرچه تعداد منافذ بیشتر باشد یا به اصطلاح قطر کوچک‌تری داشته باشند (ریزتر باشد)، انتقال حرارت نیز افزایش می‌یابد. اما نکته مهم این است که با کاهش قطر منافذ المنت، احتمال افزایش افت فشار در سیستم وجود دارد. بنابراین شرکت سازنده  SEWONبا در نظر گرفتن میزان مجاز افت فشار در سیستم، فاصله منافذ را محاسبه می‌کند و متناسب با شرایط کاری  هر تجهیز، flame arrester را طراحی می‌کند و می‌سازد.‎

عوامل تعیین‌کننده در انتخاب flame arrester

ابعاد بدنه شعله گیر و سایز منافذ (گذرگاه) المنت از جمله مواردی است که در انتخاب شعله گیر مناسب موثر است. اما هر یک از این موارد به تنهایی شامل فاکتورهایی هستند که لازم است در جداول مشخصات فنی به شرکت سازنده ارائه شود.

همان‌طور که گفتیم المنت مهم‌ترین قطعه در شعله گیر است. ابعاد کلی و سایز منافذ این قطعه متخلخل فلزی توسط عوامل زیر تعیین می‌شود:

ترکیب گاز

 دماو فشار گاز

میزان افت فشار

این عوامل، علاوه بر اینکه در نحوه ساخت و طراحی شعله گیر نقش دارند، در نحوه نصب آن و انتخاب فاصله مناسب برای نصب این تجهیز ایمنی نیز تأثیرگذار هستند. برای آشنایی بیشتر با روش نصب شعله گیر می‌توانید مقاله «نحوه نصب شعله گیر» را مطالعه کنید.