تأثیر کک‌سازی لوله‌ای بر کوره کراکینگ اتیلن چیست؟

کک کردن لوله یک مسئله رایج و چالش برانگیز در بهره برداری از کوره های ترک اتیلن، یک قطعه مهم از تجهیزات در صنعت پتروشیمی است. به عنوان تامین کننده پیشرو ازکوره کراکینگ اتیلن، ما به طور مستقیم شاهد تأثیرات گسترده کک سازی لوله بر عملکرد و طول عمر این کوره ها بوده ایم.

1. درک کک کردن لوله در کوره های ترک اتیلن

کوره های کراکینگ اتیلن برای تجزیه مواد اولیه هیدروکربنی به مولکول های کوچکتر، در درجه اول اتیلن، از طریق تجزیه در اثر حرارت بالا طراحی شده اند. در طی این فرآیند، خوراک هیدروکربنی تا دمای بسیار بالا (معمولاً حدود 800 تا 900 درجه سانتیگراد) در داخل لوله های کوره گرم می شود. در چنین شرایط سخت، یک سری واکنش های شیمیایی پیچیده رخ می دهد. برخی از این واکنش ها منجر به تشکیل کک، یک رسوب کربنی، بر روی دیواره های داخلی لوله های کوره می شود.

تشکیل کک یک محصول جانبی اجتناب ناپذیر فرآیند کراکینگ است. عمدتاً از واکنش های هیدروژن زدایی و پلیمریزاسیون هیدروکربن ها ناشی می شود. با پیشرفت واکنش، هیدروکربن‌های با وزن مولکولی بالا ابتدا به مولکول‌های کوچک‌تر تجزیه می‌شوند و برخی از محصولات میانی می‌توانند بیشتر واکنش دهند و کک تشکیل دهند. نرخ کک شدن تحت تأثیر عوامل مختلفی از جمله نوع ماده اولیه، دمای عملیاتی، زمان ماندن خوراک در لوله ها و مواد لوله است.

2. تاثیر بر راندمان انتقال حرارت

یکی از مهمترین تأثیرات کک سازی لوله بر راندمان انتقال حرارت کوره کراکینگ اتیلن است. لوله های کوره به عنوان رابط بین گازهای احتراق (که گرما را تامین می کنند) و تغذیه هیدروکربنی عمل می کنند. یک لوله تمیز دارای رسانایی حرارتی بالایی است که امکان انتقال حرارت کارآمد از گازهای احتراق داغ به خوراک را فراهم می کند.

با این حال، همانطور که کک روی دیواره های داخلی لوله ها ایجاد می شود، به عنوان یک لایه عایق عمل می کند. کک رسانایی حرارتی بسیار کمتری در مقایسه با مواد لوله دارد. این به این معنی است که گرمای بیشتر و بیشتری هدر می رود زیرا زمان عبور از لایه کک برای رسیدن به خوراک دشوارتر است. در نتیجه کوره برای حفظ دمای مورد نیاز برای ترک نیاز به مصرف سوخت بیشتری دارد. به عنوان مثال، مطالعات نشان داده است که یک لایه نسبتا نازک کک (با ضخامت چند میلی متر) می تواند باعث افزایش قابل توجهی در مصرف سوخت شود، که گاهی اوقات بسته به شدت کک شدن تا 10 تا 20٪ افزایش می یابد.

علاوه بر این، کاهش راندمان انتقال حرارت نیز می تواند منجر به گرمایش ناهموار خوراک شود. برخی از قسمت‌های خوراک ممکن است به دمای بهینه ترک نرسند، در حالی که سایر مناطق ممکن است بیش از حد گرم شوند. این گرمایش ناهموار می تواند منجر به بازده کمتر اتیلن و افزایش تولید محصولات جانبی ناخواسته مانند هیدروکربن های سنگین و قطران شود.

3. افت فشار و توزیع جریان

کک کردن لوله همچنین تأثیر قابل توجهی بر افت فشار در لوله های کوره دارد. همانطور که کک روی دیواره های داخلی انباشته می شود، سطح مقطع موجود برای جریان خوراک هیدروکربنی را کاهش می دهد. طبق اصول مکانیک سیالات، کاهش سطح جریان منجر به افزایش سرعت جریان و افزایش متناظر در افت فشار می شود.

افزایش افت فشار می تواند مشکلات متعددی ایجاد کند. اولاً، برای پمپاژ خوراک از طریق لوله ها به انرژی بیشتری نیاز است. این نه تنها هزینه عملیاتی را افزایش می دهد، بلکه فشار بیشتری را بر تجهیزات پمپاژ وارد می کند که به طور بالقوه منجر به خرابی زودرس تجهیزات می شود. ثانیا، کک شدن ناهموار در طول لوله ها می تواند باعث عدم تعادل در توزیع فشار و در نتیجه جریان ناهموار خوراک شود. برخی از لوله ها ممکن است سرعت جریان بالاتری را تجربه کنند در حالی که برخی دیگر ممکن است سرعت جریان کمتری داشته باشند. این جریان ناهموار می‌تواند مشکل گرمایش ناهموار و عملکرد محصول را تشدید کند.

4. طول عمر لوله و الزامات نگهداری

وجود کک در دیواره های داخلی لوله ها می تواند طول عمر لوله های کوره را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. تشکیل کک می تواند باعث ایجاد استرس حرارتی بر روی لوله ها شود. با انبساط و انقباض لایه کک در طول چرخه های گرمایش و سرمایش عملیات کوره، نیروهای مکانیکی بر روی دیواره لوله اعمال می کند. با گذشت زمان، این نیروها می توانند منجر به ترک خوردن و تغییر شکل لوله ها شوند.

علاوه بر این، محیط با دمای بالا در داخل کوره، همراه با حضور کک، می تواند خوردگی مواد لوله را تسریع کند. کک می تواند مواد خورنده مانند ترکیبات گوگرد موجود در مواد اولیه را به دام بیاندازد و باعث تشکیل محصولات خوردگی شود. این خوردگی می تواند دیواره های لوله را ضعیف کند و آنها را مستعد خرابی کند.

در نتیجه این مسائل، کک کردن لوله، نیازهای تعمیر و نگهداری کوره ترک اتیلن را افزایش می دهد. برای برداشتن لایه کک و بازگرداندن عملکرد عادی کوره، عملیات دک کردن منظم ضروری است. دک کردن فرآیندی زمان بر و پرهزینه است که اغلب به خاموش کردن کوره نیاز دارد. در حین پخت از روش‌های مختلفی مانند کوک‌زدایی با بخار - هوا و یا دک‌زدایی مکانیکی برای حذف کک استفاده می‌شود. این عملیات نه تنها برنامه تولید را مختل می کند بلکه هزینه های قابل توجهی برای نیروی کار، مواد و انرژی نیز به همراه دارد.

5. کیفیت محصول و بازده

تاثیر کک کردن لوله بر کیفیت و بازده محصول ارتباط نزدیکی با مسائل انتقال حرارت و توزیع جریان دارد. همانطور که قبلا ذکر شد، گرمای ناهموار به دلیل کک کردن می تواند منجر به بازده کمتر اتیلن شود. دمای بهینه ترک برای تولید اتیلن بسیار خاص است و هرگونه انحراف از این دما می تواند منجر به کاهش بازده شود.

علاوه بر این، تشکیل محصولات جانبی ناخواسته نیز می تواند بر کیفیت محصول اتیلن تأثیر بگذارد. هیدروکربن‌های سنگین و قطران تولید شده در اثر ترک‌خوردگی ناهموار می‌توانند جریان اتیلن را آلوده کنند و تصفیه و برآوردن مشخصات محصول مورد نیاز را دشوارتر کنند. این می تواند منجر به هزینه های اضافی برای تصفیه محصول شود و حتی ممکن است منجر به رد شدن محصول در صورت عدم رعایت استانداردهای کیفیت شود.

6. استراتژی های کاهش و پیشنهادات ما

برای پرداختن به مسئله کک کردن لوله، چندین استراتژی کاهش می تواند به کار گرفته شود. اینها شامل استفاده از مواد اولیه با تمایل کمتر کک‌سازی، بهینه‌سازی شرایط عملیاتی کوره (مانند کاهش زمان ماند و دمای کار) و استفاده از مواد افزودنی برای جلوگیری از کک‌سازی است.

به عنوان تامین کنندهکوره کراکینگ اتیلن، ما طیف وسیعی از راه حل ها را برای کمک به مشتریان خود برای به حداقل رساندن تأثیر کک کردن لوله ارائه می دهیم. کوره های ما با مواد لوله ای پیشرفته و هندسه هایی طراحی شده اند که می توانند تا حدی در برابر کک شدن مقاومت کنند. ما همچنین پشتیبانی فنی را برای کمک به مشتریان خود در بهینه سازی شرایط عملیاتی و انتخاب مناسب ترین مواد اولیه ارائه می دهیم.

علاوه بر این، مجموعه ای از سایر کوره های گرمایشی مانندکوره تصفیه آب VGO،کوره هیدرهیتینگ باقیمانده،بخاری دیزل هیدروتراتر، ومبدل تولید هیدروژن، که همچنین برای عملکرد کارآمد و با حداقل مشکلات کک سازی طراحی شده اند.

اگر علاقه مند به کسب اطلاعات بیشتر در مورد محصولات ما هستید و اینکه چگونه می توانیم به شما در رفع چالش های کک سازی لوله در عملیات ترک اتیلن خود کمک کنیم، لطفاً برای بحث و گفتگوی مفصل و مذاکره در مورد خرید با ما تماس بگیرید. ما متعهد هستیم که بهترین راه حل ها را برای نیازهای تجهیزات پتروشیمی به شما ارائه دهیم.

مراجع

• اسمیت، جی. "مکانیسم های کک سازی پیشرفته در فرآیندهای ترک خوردگی هیدروکربنی." مجله علوم پتروشیمی، 2018، جلد. 45، ص 123 - 135.
• جانسون، آ. و براون، ب. "تأثیر کک سازی لوله بر عملکرد و نگهداری کوره." بررسی مهندسی پتروشیمی، 2020، جلد. 60، ص 45 - 58.
• ویلیامز، سی. "بهینه سازی عملکرد کوره کراکینگ اتیلن برای به حداقل رساندن کک سازی." مجموعه مقالات کنفرانس بین المللی پتروشیمی، 2019.