القائمة الرئيسية

الصفحات

المبادلات الحرارية وأنواعها في صناعة النفط والغاز | Heat Exchangers


المبادلات الحرارية

تعتبر الحرارة أحد النواتج الثانوية البارزة للعديد من العمليات الصناعية والتصنيعية. في حين أن الطاقة الحرارية قد تكون مفيدة لبعض عمليات الإنتاج، إلا أنها قد تسبب أيضًا أضرارًا كبيرة للآلات الحساسة وأنظمة التحكم إذا تم تنظيمها بشكل غير صحيح.


تمتلك معظم الأنظمة الصناعية آليات مطبقة لتبديد الحرارة الزائدة. جهاز التنظيم الحراري الشائع المستخدم في هذا الصدد هو المبادل الحراري (Heat Exchanger). ببساطة، هذا جهاز يعمل على إزالة الحرارة غير المرغوب فيها من العمليات الصناعية التي تساعد في الحفاظ على درجات حرارة الإنتاج ضمن النطاقات المثلى.


توضح هذه المقالة بالتفصيل فوائد المبادلات الحرارية، وكيف تعمل هذه الأجهزة وكيف يمكن تطبيقها بشكل فعال في مختلف عمليات إنتاج النفط والغاز.


ما هو المبادل حراري؟

المبادل الحراري الصناعي هو جهاز مصمم خصيصًا لنقل الحرارة بين الوسائط المختلفة. أحد الوسطاء عبارة عن مائع معالجة (المراد رفع او تخفيض حرارتة) والآخر عبارة عن مائع  (يمنح او يمتص الحرارة) يتكون من سائل أو غاز.


ماذا يفعل المبادل الحراري؟

عادةً، هذه القطعة من المعدات تزيل الحرارة الناتجة عن العملية الصناعية وتساعد على تبريدها ومنع الارتفاع غير المقيد في درجة حرارة الإنتاج.

بالتناوب، يمكن أيضًا استخدام المبادل حراري لتسخين تفاعل الإنتاج عندما يتطلب تطبيق درجة حرارة اعلى للعملية. هذه الوظيفة للمبادل الحراري أقل شيوعًا من استخدامها في التبريد الصناعي.

كيف يعمل المبادل الحراري؟

تعمل المبادلات الحرارية عن طريق جعل المائع المبرد في اتصال وثيق مع عملية صناعية ساخنة أو قطعة من المعدات مثل الافران او السخانات. هذا يسمح بتبادل الحرارة بين الوسطين باستخدام مبادئ التوصيل الحراري للحرارة.

في بعض الحالات ، تكون الوسائط (في عملية التسخين والتبريد داخل المبادل الحراري) على اتصال مباشر ولكن بالنسبة لغالبية أنواع المبادلات الحرارية، عادة ما يكون هناك حاجز فاصل بينهما.

تصنيف المبادلات الحرارية

يمكن تصنيف المبادلات الحرارية الصناعية إلى ثلاث مجموعات واسعة بناءً على:
  1. طريقة التبادل الحراري 
  2. الحالات الفيزيائية للموائع المتفاعلة
  3. نمط التصميم والتدفق للمبادل الحراري

طريقة التبادل الحراري

يمكن تصنيف المبادلات الحرارية الصناعية اعتمادًا على كيفية تفاعل الموائع الساخنة والباردة.
  • المبادلات الحرارية المباشرة (Direct heat exchangers) تضع كلا الموائع في اتصال مباشر مع بعضهما البعض داخل نظام الأنابيب. على الرغم من أن هذه الطريقة فعالة للغاية، إلا أنه لا يمكن استخدامها في المواقف التي قد يقوم فيها المائعان بإنتاج خليطًا متطايرًا أو يغيران نتائج العملية الصناعية.
  • المبادلات الحرارية غير المباشرة (Indirect heat exchangers) تبقي الموائع المبردة والمسخنة منفصلة عن بعضها البعض ويحدث التبادل الحراري عبر حاجز مادي.

الحالات الفيزيائية للموائع المتفاعلة

يمكن أيضًا تقسيم المبادلات الحرارية إلى فئات مختلفة بناءً على الحالة المادية للوسائط المتفاعلة إلى:
  • مبادلات غاز/مواد صلبة (Gas-Solid exchangers)
  • مبادلات غاز/سائل (Liquid – Gas exchangers)
  • مبادلات مواد صلبة/سائل (Liquid-Solid exchangers)

نمط التصميم والتدفق للمبادل الحراري

تأتي المبادلات الحرارية الصناعية في تصميمات مختلفة مع أنماط متنوعة من التدفق. الأنواع الرئيسية مذكورة أدناه.

  • المبادلات الحرارية ذات التدفق المتوازي (Parallel flow heat exchangers) تتميز بتصميم يسمح للموائع الباردة والساخنة بالتحرك في نفس الاتجاه.
  • المبادلات الحرارية ذات التدفق المعاكس (Counter-flow heat exchangers) تم تصميمها للسماح لكل من الموائع الساخنة والباردة بالدخول من الأطراف المتقابلة للجهاز. هذه هي الطريقة الأكثر فعالية للتبادل الحراري. يسمح هذا التصميم بالتوصيل الحراري الأكثر كفاءة بين الموائع المتفاعلة لكل وحدة كتلة.
  • المبادلات الحرارية ذات الجريان المتقاطع (Crossflow heat exchangers) تقوم بتشغيل مائع العملية المسخن والمبرد في اتجاهات متعامدة مع بعضها البعض.

أنواع المبادلات الحرارية المستخدمة في صناعة النفط والغاز

يعد تطبيق المبادلات الحرارية في العمليات الصناعية أمرًا بالغ الأهمية لضمان الإنتاجية المثلى. في قطاع النفط والغاز. أين تستخدم المبادلات الحرارية في جميع أنحاء هذه الصناعة؟

تتوفر حاليًا أنواع مختلفة من المبادلات الحرارية المناسبة لتطبيقات مختلفة ويتم توضيح المتغيرات الأكثر شيوعًا أدناه.

المبادل الحراري الغلافي الأنبوبي

إن المبادل الحراري الغلافي الأنبوبي (Shell and Tube Exchangers) هو في الأساس مجموعة من الأنابيب المغلقة داخل غلاف خارجي مضغوط. يعمل هذا الجهاز عن طريق توجيه مائع واحد (عادةً من العملية الساخنة) عبر الأنابيب الأصغر والآخر عبر الغلاف الخارجي لتحقيق التبادل الحراري.

المبخرات والغلايات

هذا النوع من المبادلات الحرارية (Evaporators and Boilers) تخضع لعملية نقل حرارية ثنائية والتي تغير الحالة المادية لأحد أو أكثر من الموائع المعنية.

مبادلات حرارية مزدوجة الأنابيب

يتكون المبادل الحراري ذو الأنبوب المزدوج (The double pipe heat exchanger) من أنبوبين متحدي المركز؛ أنبوب بقطر أصغر يعمل داخل الأنبوب الأكبر، مما يجعل المائعين قريبين. لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة، يتم دفع الموائع الساخنة والمبردة المتداولة داخل كلا الأنبوبين في اتجاهين معاكسين "للتيار المعاكس".

المبادل الحراري اللوحي

تتكون أجهزة التبادل الحراري اللوحية (Plate Heat Exchangers) من عدة ألواح رفيعة مرتبة معًا في مجموعات. تخلق هذه الالواح قنوات يمكن من خلالها تدفق الموائع المتفاعلة.

بينما تسمح مبادلات الألواح النموذجية بتبادل الحرارة بين وسطي مائعين فقط، فإن هناك انواع أخرى مثل المبادل "Plate-fin exchanger" يسمح بتدفقات متعددة من الموائع عبر أجزائه. يعمل المبادل "Pillow-plate exchanger" على رفع الضغط داخل نظام التبادل لتحسين الكفاءة.

إستخدامات المبادلات الحرارية في النفط والغاز

تلعب الأنواع المختلفة من المبادلات الحرارية المتاحة أدوارًا رئيسية في عمليات إنتاج النفط والغاز المدرجة أدناه:
  • النفط الساخن/أنظمة نقل الحرارة
  • منصة تكييف غاز الوقود (Fuel gas conditioning skids)
  • أنظمة نفط التشحيم (Lube oil systems)
  • وحدة التخفيض التحفيزي الانتقائي (SCR units)

المصادر

  1. Types of Heat Exchangers in Oil & Gas. (2019/10/8). ifsolutions.com. Retrieved (2020/11/4).



إقرأ أيضاً
أنت الان في اول موضوع
اعجبك الموضوع؟

تعليقات

التنقل السريع