موتورهای درون سوز

hmdjml

مدیر تالار مهندسی نفت
موتور درون سوز
موتور درون سوز یا موتور احتراق داخلی ترجمه عبارت انگلیسی Intrer combustion Engine است. و به موتورهایی گفته می‌شود که سوخت در داخل محفظه موتور سوزانده می‌شود.
نگاه اجمالی
یک موتور احتراق داخلی وسیله است که انرژی محبوس در سوخت‌های فسیلی نظیر بنزین ، گازوئیل و یا نفت ، گاز مایع LPG را به انرژی مکانیکی تبدیل کرده و آنرا در انتهای شفت میل لنگ ، خارج از پوسته موتور ، به صورت چرخش صفحه فلایویل در اختیار مصرف کننده می‌گذراد.
تاریخچه
اولین تجربه کارآ و قابل ذکر در زمینه ساخت موتوهای احتراق داخلی در سال 1876میلادی اتفاق افتاد. در این سال یک مخترع آلمانی به نام «ان.ای.اتو» موفق شد که یک موتور احتراق داخلی ، چهارزمانه را به ثبت برساند که اصول کار موتور در حال حاضر اصول کار موتورهای رایج است. از آن تاریخ به بعد تحول چندانی در ساختمان این موتوها از لحاظ کارکردی اتفاق نیافتاده است. بلکه مدلهای مختلف و انواع پیشرفته‌تری ساخته شده‌اند که با نمونه اولیه بسیار مشابهند. البته در سال 1957 موتوری توسط «وانکل» ساخته شد که اگرچه اصول موتورهای اتو را به کار می‌برد لیکن ساختمان آن متفاوت است.
انواع موتورهای احتراق داخلی
این موتورها را به دسته کلی موتور چهارزمانه و موتورهای دوزمانه می‌توان تقسیم کرد. اصول کاری این موتورها مشابه است. لیکن نحوه عمل آنها به علت تفاوت‌های ساختاری اندکی متفاوت است.
موتور چهارزمانه
این موتورها در واقع همان موتورهایی هستند که توسط اتو اختراع شدند و وجه تسمیه آنها اینست که این موتورها برای هر انفجار (مرحله تبدیل انرژی سوخت به انرژی مکانیکی) می‌بایست چهار مرحله مکش ، تراکم ، انفجار و تخلیه را انجام دهند.

مخترعین هم عصر اتو اعتقاد داشتند که وجود تنها یک مرحله توان در دو دور چرخش موتور ، زیان بزرگی است. بنابراین توجه خود را به موتوری معطوف کردند که در هر دور چرخش دارای یک انفجار بود. این کار با ترکیب کردن مراحل انفجار و دم و بازدم به عنوان یک مرحله و ترکیب تخلیه و تراکم به عنوان مرحله بعدی صورت می‌گیرد.
معیارهای دیگر جهت طبقه بندی موتورهای احتراق داخلی
روش دیگر برای طبقه بندی این موتورها (اعم از دوزمانه یا چهار زمانه) ذکر کردن تعداد سیلندرهای این موتورهاست. در این موتورها سیلندرها که در واقع واحدهای تولید انرژی مکانیکی می‌باشند در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند. بر این اساس موتورهای متنوعی ساخته شده‌اند که انواع متداول آنها می‌توانند یک سیلندر ، دو سیلندر ، سه سیلندر ، چهار سیلندر ، شش سیلندر ، هشت ، ده و دوازده و در مواردی بیست وچهار سیلندر باشد.
البته معیارهای دیگری نیز برای طبقه بندی این موتورها به کار می‌رود. مثلا اگر نحوه آرایش سیلندرها را معیار در نظر بگیریم می‌توانیم موتورها را به انواع: موتورهای خطی ، موتورهای V شکل یا خورجینی و موتورهای شعاعی تقسیم بندی کنیم و یا اینکه می‌توان برای طبقه بندی موتورها از حجم آنها استفاده کرد که عبارت است از حجم کل پیستونهای آنها زمانیکه در نقطه مرگ پایین باشند. روش دیگر برای طبقه بندی این موتورها ، نحوه مشتعل شدن سوخت در این موتورها است. بر این اساس موتورهای احتراق داخلی به دو دسته تقسیم می شوند
موتور اشتعال جرقه‌ای
این موتورها ، برای سوزاندن ماده سوختنی از سیستم برقی تولید کننده جرقه استفاده می کنند.
موتورهای دیزل
این موتورها برای مشتعل کردن سوخت از حرارت بالای خود سیلندر استفاده می‌کنند.
طرز کار
نحوه کار موتورهای احتراق داخلی را به شکل خلاصه می‌توان انگونه بیان کرد.
مکش
مخلوط آزمایش‌های مربوط به هوا و سوخت (در موتورهای دیزل فقط هوا) به درون سیلندر مکیده می شود.
تراکم
مخلوط مذکور (هوای وارد شده در موتورهای دیزل) توسط پیستون فشرده می‌شود.
توان
مخلوط آزمایش‌های مربوط به هوا و سوخت محترق شده و انرژی آزاد می‌کند که باعث حرکت پیستون به سمت پایین می‌شود.
تخلیه
گازهای ناشی از احتراق از محفظه سیلندر تخلیه می‌شود.
البته این چهار مرحله در موتور چهارزمانه اتفاق می افتد و در موتورهای دو زمانه مراحل 1 و 2 و مراحل 3 و 4 با یکدیگر تواما انجام می‌شوند. به هر حال پس از انجام مرحله انفجار (توان) انرژی آزاد شده از سوختن ماده سوختنی آزاد شده است و باعث حرکت پیستون می‌گردد. از آنجایی که حرکت پیستون بصورت رفت و برگشتی است. برای تبدیل این حرکت به حرکت دورانی به یک قطعه دیگر در موتور به نام میل لنگ نیاز است که به پیستون یا پیستونها (بر حسب تعداد سیلندر موتور) متصل شده و حرکت رفت و برگشتی را به حرکت چرخشی تبدیل می کند.
ساختمان
موتورهای احتراق داخلی برای درست کار کردن به سیستم های مختلفی نیازمندند که همگی می‌بایست به دقت و نحو مطلوب وظیفه خود را انجام دهند. اجزا و سیستم‌های تشکیل دهنده یک موتور احتراق داخلی را می‌توان به شرح زیر برشمرد.
سیلندر :
قسمت اصلی موتور است که محل بالا و پایین رفتن پیستون می‌باشد.
سرسیلندر :
بر روی سیلندر قرار می‌گیرد و محل قرار گیری سوپاپ‌ها ، شمع‌ها و ... می‌باشد.
پیستون :
قطعه متحرکی است که در داخل سیلندر بالا و پایین می‌رود و به میل لنگ متصل است.
میل لنگ :
تبدیل کننده حرکت رفت و برگشتی به حرکت چرخشی است.
سیستم هوارسانی :
به ساختارهایی گفته می‌شوند که محفظه سیلندر را به هوای بیرون مربوط می‌کند.
سیستم سوخت رسانی :
وظیفه رساندن و تنظیم میزان سوخت مصرفی را بر عهده دارد.
سیستم خنک کننده :
وظیفه کنترل دمای کاری موتور را به عهده دارد.
سیستم روغن کاری :
جهت کم کردن سایش و انتقال حرارت موتور به کار می‌رود.
سیستم برقی :
جهت اشتعال سوخت و ایجاد جرقه کاربرد دارد. (موتورهای دیزل فاقد این سیستم می‌باشد)
سیستم سوپاپ‌ها :
جهت زمان بندی ورود آزمایش‌های مربوط به هوا و خروج دود به کار می‌روند. (موتورهای دوزمانه فاقد این سیستم اند)
سایر قطعات :
رینگ‌های پیستون ، میل بادامک ، چرخ لنگر یا فلاپویل ، یاتاقان‌ها ، کاورنر ، و وزنه‌های تعادل.
کاربردها
موتورهای احتراق داخلی امروزه گسترده‌ترین و پراستفاده‌ترین انواع موتورها می‌باشند. و بیشترین کاربرد این موتورها در اتومبیل‌ها ، کامیون‌ها و سایر وسایل نقلیه است. البته در کارهای ایستا نظیر پمپ کردن آب یا آسیابها هم از این موتورها استفاده می‌شود. شاید زمانی که برق منطقه‌ای قطع شده است مشاهده می‌کنید که یک مغازه یا کارخانه یا مجتمع مسکونی و ... دارای برق است. این برق را با استفاده از انرژی جنبشی یک موتور احتراق داخلی و استفاده از یک ژنراتور تولید می‌کنند. و ...
نقش موتورهای درون سوز در زندگی ما
طیف وسیع و گسترده‌ای از وسایل متحرک اطراف ما برای تامین حرکت خود به موتورهای احتراق داخلی وابسته‌اند. تصور کنید اگر تنها یک شبکه حمل و نقل (که 100 درصد به موتورهای احتراق داخلی وابسته است) از کار بیافتد زندگی روزمره به چه شکلی در خواهد آمد؟
منبع:http://daneshnameh.roshd.ir
پمپ های هیدرولیک
پمپ های هیدرولیکی : (hydraulic pump)
دستگاهی است که برای اعمال نیرو به روغن به کار میرود. از جمله پمپ های هیددرولیکی متداول می توان به پمپ های دنده ای و پمپ های پره ای اشاره کرد.
عملکرد پمپ های دوار پره ای:(rotary pumps)
پمپ های دوار دارای دو عضو داخلی و خارجی دایره ای هستند که هم مرکز نیستند.در نقطه ای فاصله ای بین انها وجود ندارد و در نقطه ی دیگر فاصله ی بین انها ماکزیمم میشود .تمام پمپ ها از یک قاعده ی کلی پیروی میکنند.بدین ترتیب که بر اثر گردش پمپ محفظه ی ورودی انبساط مییابد و کمبود فشار باعث میگرددکه روغن وارد پمپ گردد.روغن با گذراندن یک دور منقبض شده و از پمپ خارج میشود. البته در پمپ های پره ای که عضو خارجی ان بیضی و پمپ دارای دو ورودی و دو خروجی است ، عمل پمپ کردن در یک نیم دور انجام میشود.
عملکرد پمپ های دوار دنده داخلی (internal gear pump)
پمپ های دنده داخلی دارای دو عضو داخلی و خارجی دایره ای هستند که هم مرکز نیستند.در نقطه ای فاصله ای بین انها وجود ندارد و در نقطه ی دیگر فاصله ی بین انها ماکزیمم میشود ومقسم هلالی شکل فاصله ی بین انها را پر میکند. بر اثر گردش پمپ محفظه ی ورودی انبساط مییابد و کمبود فشار باعث میگرددکه روغن وارد پمپ گردد.روغن با گذراندن یک دور منقبض شده و از پمپ خارج میشود.
پمپ پره ای دوو
در این نوع پمپ روتور داخلی مستقیما به فلایویل متصل است.پره ها به وسیله واشر
و نیروی گریز از مرکز پمپ روغن را انجام می دهند
در این نوع پمپ روتور خارجی حالتی دارد که کار سوپاپ کنترل فشار را انجام می دهد
در فشار زیاد نیروی روغن بر نیروی فنر غلبه کرده و فشار از یک حد معین بالاتر نمی رود.
پمپ
پُمپ یا تُلُمبه وسیله‌ای مکانیکی برای انتقال مایعات است که با افزایش فشار جریان آن، امکان جابجایی مایعات را به ارتفاعی بالاتر (با افزایش هد) یا حتی پایین دست (معمولا حوضچه یا مخزن) فراهم می‌آورد.پمپ کاربردهای فراوان در صنعت و حتی در وسایل نقلیه دارد. مانند پمپ بنزین یا پمپ آب خودرو تا پمپ‌های بزرگ برای پر کردن حوضچه‌های تعمیر کشتی.
تعریف پمپ: به طور کلی پمپ به دستگاهی گفته می شود که انرﮊی مکانیکی را از یک منبع خارجی اخذ و به سیال مایعی که از آن عبور می کند، انتقال می دهد. در نتیجه انرﮊی سیالپسازخروجازایندستگاه(پمپ)افزایشمییابد.درپمپهاتغییرات انرﮊی سیال همواره به صورت تغییر فشار سیال مشاهده می گردد. از پمپها برای انتقال سیال به یک ارتفاع معین و یا جا به جایی آن در یک سیستم لوله کشیویاهیدرولیکاستفاده می نمایند. به عبارت کلی تر از پمپ برای انتقال سیال از یک نقطه به نقطه دیگر استفاده می کنند. پمپها دارای انواع مختلفی هستند که هرکدام دارای کاربرد خاصی می باشند. مهمترین پمپهایی که در این واحد استفاده شده اند عبارتند از:
1. پمپهای سانتریفوﮊ. 2. پمپهای رفت و برگشتی. 3. پمپهای چرخ دنده ای.
پمپهای سانتریفوﮊ: این پمپها از نوعی می باشند که انتقال انرﮊی از آنها به سیال به طور دائمی انجام می پذیرد. پمپهای سانتریفوﮊ معمولا نیروی محرکه خود را از طریق یک الکترو موتور (موتور الکتریکی) دریافت می کنند. انتقال نیروی محرکه از موتور به پمپ از طریق یک محور به نام شَفت منتقل می شود. شَفت موتور به وسیله نوعی تجهیزات مکانیکی به نام کوپلینگ به شَفت پمپ متصل شده است. به این ترتیب انتقال نیرو به راحتی از طریق شفت موتور الکتریکی به شفت پمپ منتقل می گردد.پمپ های سانتریفوﮊ دارای یک محفظه هستند که حلزونی شکل است و پوسته یا کِیسینگ نامیده می شود و درون آن یک یا چند چرخ قرار دارند که روی یک محور (شفت) نصب شده اند. هر چرخ مجهز به تعدادی پره می باشد. انتقال انرﮊی به سیال در این قسمت انجام می شود. برای اینکه از محل خروج شفت از کِیسینگ پمپ سیالی خارج نشود و اصطلاحا نشتی به خارج نداشته باشیم از ابزاری به نام مکانیکال سیل استفاده شده است. نکته بسیار مهم در مورد این نوع پمپها هواگیری یا پرایم کردن پمپ پیش از روشن کردن آنها می باشد. یعنی پس از لاین آپ نمودن پمپ و اطمینان از ورود سیال به داخل پمپ، باید از خروج کامل هوا یا گاز حبس شده در داخل پمپ نیز اطمینان حاصل نمود. از این نوع پمپها در ابعاد و اندازه های مختلف برای مصارف گوناگون ساخته می شوند.
پمپهای رفت وبرگشتی: این نوع پمپها وسایلی هستند که انتقال انرﮊی از آنها به سیال به صورت پریودیک و دوره ای می باشد. نیروی محرکه این نوع پمپها نیز غالبا توسط موتورهای الکتریکی تامین می گردد. در این نوع پمپها حرکت چرخشی میل لنگ تبدیل به حرکت رفت و آمدی پیستونی در یک سیلندر می شود. با عقب رفتن پیستون در سیلندر ایجاد مکش شده و در نتیجه مایع از طریق یک شیر ورودی داخل سیلندر می گردد. با حرکت پیستون به طرف جلو دریچه ورودی بسته و مایع از طریق شیر خروجی به خارج هدایت می گردد. شیرهای ورودی و خروجی یکطرفه بوده و طوری ساخته شده اند که در مراحل رفت و آمد پیستون، از ورود مایع داخل سیلندر به قسمت کم فشار و بالعکس ممانعت شود. اگر بجای پیستون، پلانجری در داخل سیلندر رفت و آمد کند در این حالت به آن پمپ پلانجری می گویند. در ضمن چنانچه پلانجر دیافراگمی را حرکت دهد پمپ از نوع دیافراگمی است. فرق میان پیستون وپلانجر در این است که طول سر پیستون کوتاه تر از مسافتی است که پیستون درون سیلندر طی می نماید، در حالی که طول پلانجر بیشتر از طول مسافت طی شده توسط آن در داخل سیلندر می باشد. از طرفی در پمپهای پیستون از حلقه یا رینگی جهت آب بندی پیستون و سیلندر استفاده شده است که روی بدنه پیستون قرار گرفته و همراه آن حرکت می کند، در حالیکه در پمپهای پلانجری این رینگ روی سیلندر قرار دارد و ثابت است. این پمپها معمولا کم ظرفیت هستند ولی فشار خروجی سیال را می توانند تا مقدار زیادی افزایش دهند. بنابراین از این پمپها در جاهایی که نیاز به جا به جا کردن سیالی با حجم کم ولی فشار بالا می باشد استفاده می کتتد. در ضمن باید به این نکته نیز توجه داشت که جریان سیال در این پمپها به صورت غیر یکنواخت می باشد. نکته بسیار مهم در مورد این پمپ ها آن است که هرگز نباید آنها را در حالیکه شیر خروجی پمپ (دیسچارج پمپ) بسته است روشن نمود.
پمپهای چرخ دنده ای یا گی یِر پمپ: این پمپها نوعی از پمپهای گردشی یا روتاری می باشند. پمپ های چرخ دنده ای از دو قسمت متمایز تشکیل شده اند، یکی قسمت جداره ثابت و دیگری قسمت دوار که شامل یک محور گردان با چرخ دنده می باشد. در پمپ های چرخ دنده ای مقداری مایع بین دنده های چرخ دنده پمپ به اصطلاح به تله می افتد و در اثر چرخیدن چرخ دنده ها این مایع به قسمت خروجی پمپ رانده می شود. این پمپ ها به گونه ای ساخته می شوند که در آنها فاصله میان اجزاء گردنده و جداره ثابت بسیار کم می باشد. کار برد این پمپها برای جا به جایی مایع با حجم کم و فشار متوسط می باشد. نکته مهم در مورد این پمپها آن است که هرگز نباید آنها را در حالیکه شیر خروجی پمپ (دیسچارج پمپ) بسته است روشن نمود؛ چرا که در این حالت، اگر هیچ شیر اطمینانی (سِیفتی وَلو) در مسیر دیسچارج پمپ وجود نداشته باشد، یا خود پمپ از بین می رود و یا اینکه لوله دیسچارج می شکند.
کاویتاسیون : این پدیده یکی از خطرناکترین حالتهایی است که ممکن است برای یک پمپ به وجود آید. آب یا هر مایع دیگری، در هر درجه حرارتی به ازای فشار معینی تبخیر می شود. هرگاه در حین جریان مایع در داخل چرخ یک پمپ، فشار مایع در نقطه ای از فشار تبخیر مایع در درجه حرارت مربوطه کمتر شود، حبابهای بخار یا گازی در فاز مایع به وجود می آیند که به همراه مایع به نقطه ای دیگر با فشار بالاتر حرکت می نمایند. اگر در محل جدید فشار مایع به اندازه کافی زیاد باشد، حبابهای بخار در این محل تقطیر شده و در نتیجه ذراتی از مایع از مسیر اصلی خود منحرف شده و با سرعتهای فوق العاده زیاد به اطراف و از جمله پره ها برخورد می نمایند. در چنین مکانی بسته به شدت برخورد، سطح پره ها خورده شده و متخلخل می گردد. این پدیده مخرب در پمپ ها را کاویتاسیون می نامند. پدیده کاویتاسیون برای پمپ بسیار خطرناک بوده و ممکن است پس از مدت کوتاهی پره های پمپ را از بین ببرد. بنابراین باید از وجود چنین پدیده ای در پمپ جلو گیری گردد. کاویتاسیون همواره با صدا های منقطع شروع شده و سپس در صورت ادامه کاهش فشار در دهانه ورودی پمپ، بر شدت این صدا ها افزوده می گردد. صدای کاویتاسیون مخصوص ومشخص بوده وشبیه برخورد گلوله هایی به یک سطح فلزی است. همزمان با تولید این صدا پمپ نیز به ارتعاش در می آید. در انتها این صداهای منقطع به صداهایی شدید ودائم تبدیل می گردد و در همین حال نیز راندمان پمپ به شدت کاهش می یابد.

LNG
امروزه‌ راه‌ اقتصادي‌ و معمول‌ براي‌ انتقال‌ گاز طبيعي‌ به‌ بازارهاي‌ دوردست‌، تبديل‌ به‌ صورت‌ مايع‌ و حمل‌ آن‌ توسط‌ كشتي‌ به‌ آن‌ مناطق‌ مي‌باشد. اهميت‌ صادرات‌ گاز طبيعي‌ با توجه‌ به‌ منابع‌ بيكران‌ كشور و محدود بودن‌ انتقال‌ از طريق‌ خط‌ لوله‌ تنها به‌ كشورهاي‌ همجوار، ايران‌ را به‌ راه‌ اندازي‌ تاسيسات‌ توليد گاز طبيعي‌ مايع‌ (lng) تشويق‌ مي‌نمايد. در سالهاي‌ اخير، تكنولوژي‌، Lngپيشرفتهاي‌ زيادي‌ را شاهد بوده‌ است‌ كه‌ بايستي‌ آنها را شناخت‌. ظهور نوآوريهاي‌ جديد در اين‌ تكنولوژي‌ مي‌تواند تحولات‌ عظيم‌ در بازارهاي‌ آن‌ را به‌ وجود بياورد.علاوه‌ بر بررسي‌ تحولات‌ تكنولوژي‌ اخير، چشم‌ انداز آتي‌ اين‌ تحولات‌ و اثرات‌ شگرف‌ آن‌ بر بازارهايlng ‌ نشان‌ مي‌دهد:
گاز طبيعي‌ مايع‌شده‌(lng) ، مايعي‌ روشن‌ و بدون‌ هيچ‌ رنگ‌ و بو است‌ كه‌ بخش‌ اعظم‌ آن‌ از گاز متان‌ تشكيل‌ شده‌ است‌ و درصد ناچيزي‌ هم‌ هيدوركربن‌هاي‌ آلي‌ و نيتروژن‌ در آن‌ يافت‌ مي‌شود.
با توجه‌ به‌ تركيبات‌ آلي‌ اين‌ ماده‌، خواص‌ آن‌ از جهت‌ ارزش‌ حرارتي‌ و چگالي‌، مي‌تواند متفاوت‌ باشد. ولي‌ بطور كلي‌ مشخصات‌ فيزيكيlng به‌ شرح‌ زير است‌:
وزن‌ مخصوص‌: 425\0 گرم‌
چگالي‌: 5\26 پوند بر فوت‌ مكعب‌
نقطه‌ جوش‌: 5\161 درجه‌ سانتيگراد
Lng را مي‌توان‌ از سردسازي‌ گاز طبيعي‌ در دماي‌ 162 سانتيگراد به‌ دست‌ آورد. حجم‌ گاز طبيعي‌ در اين‌ تبديل‌، به‌ يك‌ ششصدم‌ تقليل‌ مي‌يابد و اين‌ امر در اقتصادي‌نمودن‌ طرحهاي‌ صدور گاز به‌ مناطق‌ دوردست‌ سهم‌ بسزايي‌ دارد.
امروزه‌ در جهان‌، تاسيسات‌ متعددي‌ براي‌ تبديل‌ گاز طبيعي‌ به Lng موجود مي‌باشد و برنامه‌هاي‌ زيادي‌ نيز براي‌ توسعه‌ اين‌ تاسيسات‌ يا ايجاد طرحهاي‌ جديد در دست‌ بررسي‌ است‌.
هر طرح‌lngاز چندين‌ بخش‌ مايع‌سازي‌ گاز، حمل‌ و نقل‌ دريايي‌، تخليه‌ و ذخيره‌سازي‌ و تبديل‌ مجدد به‌ گاز طبيعي‌ تشكيل‌ يافته‌ است‌. از اين‌ رو پيشرفتهاي‌ تكنولوژي‌ در هر يك‌ از بخش‌ها باعث‌ مي‌گردد كه‌ ايجاد و اجراي‌ طرحهاي‌ Lng توجيه‌ اقتصادي‌ بيشتري‌ پيدا نمايند.


تثبیت میعانات گازی
مقدمه
گاز طبیعی که از مخازن گازی استحصال می شود عمدتاً حاوی حجم قابل ملاحظه ای میعانات گازی است. مخصوصاً زمانی که حجم برداشت گاز از مخزن زیاد باشد. میعانات گازی به جريان هيدروكربني مايع گفته مي شود که در ذخایر گاز طبیعی وجود دارد و به صورت رسوب و ته ‌نشین در گاز استخراجی يافت مي شود و عمدتاً از پنتان و هیدروکربنهای سنگینتر (+C5) تشکیل شده و دارای گوگرد پایین مي باشد و معمولا عاری از انواع فلزات است و تقریبا نیمی از آن را نفتا تشکیل می‌دهد. میعانات گازی بر خلاف بوتان و پروپان نیازمند شرایط ویژه برای مایع ماندن نیستند و به شیوه‌های مختلف قادر به تبدیل به نفت سبک ، بنزين ، سوخت جت و... هستند. در قياس با پالايشگاه نفت خام ، در پالايشگاه ميعانات گازي، فرايندهاي تبديلي و پالايشي كمتر است بنابراين هزينه سرمايه گزاري آن نصف هزينه سرمايه گزاري پالايشگاه نفت خام است. ارزش حرارتي ناويژه هر ليتر از ميعانات گازي حدود4/32706 بی تی یو كه تقريباً معادل با ارزش حرارت 826/. متر مکعب گاز طبيعي خط لوله اول سراسري است . بنابراين، این محصول به دلیل داشتن ارزش حرارتی بالا از اهمیت قابل توجهی برای صادرات برخوردار می باشد. به گونه ای که صادرات آن می تواند هزینه سرمایه گذاری اولیه یک پالایشگاه گازی را در ظرف مدت زمان کوتاهی برگرداند به شرط آنکه مشخصه فنی مطلوب را داشته باشد. بر اساس برآورد موسسه تحقیقات انرژی "فکتس" ،‌ مستقر در هانولولوی آمریکا، ظرفیت تولید میعانات گازی ایران از 95 هزار بشکه در روز در سال 2001 ، نزدیک به یک میلیون بشکه در روز در سال 2013 خواهد رسيد. بيشترين ميزان توليد ميعانات گازي ايران از ميدان گازي پارس جنوبي مي باشد. اين ميدان گازي ، بزرگ‌ترين منبع گازي است که بر روي خط مرزي مشترک ايران و قطر در خليج‌فارس و در فاصله 105 کيلومتري ساحل جنوبي ايران قرار دارد. مطالعات انجام شده نشان مي‌دهد که بيش از 14 تريليون متر مکعب گاز طبيعي و افزون بر 18 ميليارد بشکه ميعانات گازي را در خود جاي داده و روزانه 200 هزار بشكه ميعانات گازي توسط فازهاي يك تا پنج از اين ميدان توليد مي شود و بنا به گزارش خبر گزاري مهر به نقل از مدير عامل شركت نفت و گاز پارس جنوبي تا كنون 200 ميليون بشكه ميعانات گازي از پارس جنوبي به ارزش 10 ميليارد دلار صادر شده است. باتوجه به حجم عظيم ميعانات گازي توليدي در كشور ، بررسي كاربردي براي رسيدن به يك مشخصه فني مطلوب براي اين محصول جهت استفاده بهينه بسيار ضروري است. در اين مقاله سعي شده به صورت خلاصه فرايندهاي تثبيت ميعانات گازي جهت رسيدن به شرايط فني مطلوب بررسي و معرفي گردد.
هدف از تثبیت میعانات گازی( Condensate Stabilization)
میعانات گازی پس از جداسازی از گاز طبیعی حاوی عناصر فراری از هیدروکربنهای سبک همچون متان، اتان و... می باشد که چنانچه در شرایط محیطی مناسب قرار گیرند ، می توانند از فاز مایع جدا شده و باعث دو فازی شدن سیستم و پیوستن به فاز گازی شوند که این امر اثرات نامطلوبی درکیفیت محصول،نگهداری وانتقال به همراه خواهد داشت. بنابراین به منظور رسیدن به شرایط مطلوب جهت نگهداری، انتقال و فروش بایستی به صورت پایدار تک فازی مایع در آید. به مجموعۀ این عملیات پایدارسازی اصطلاحاً Condensate Stabilization , یا تثبیت میعانات گازی گفته می شود، این عملیات به سه دلیل انجام می شود:
• حذف هیدرروکربنهای سبک وقابل تبخیر(عناصر فرار) و یا به عبارتی دیگر بازیافت متان، اتان، پروپان و تاحدود زیادی بوتان يا LPG از جریان هیدروکربنی مایع (میعانات گازی) می باشد.
• کاهش فشار بخار سیال و رساندن آن به یک (Reid Vapor Pressure) RVP معین به عنوان یک مشخصه فنی ، به گونه ای که بتوان از دو فازی شدن سیال جلوگیری به عمل آید .
RVP روش خاصی برای مشخص کردن نوع برشهای هیدروکربنی است ، در روش Reid سیال هیدروکربنی در یک محفظه با فشار متغیر قرار می گیرد و تا دمای oC 8/37 حرارت داده می شود، پس از مدتی فشار بالای این سیال ثابت می گرددکه این فشار ، RVP سیال را مشخص مي كند. به عبارت دیگر RVP را می توان به عنوان فشار بخار سيال در تعادل با فاز مايع در دماي (oF 100) oC 8/37 ،كه کمتر از فشار محیط مي باشد تعریف کرد به گونه ای که در شرایط انتقال و نگهداری در ناحیه تک فازی مایع قرار گیرد. میزان RVP در فصول گرم و سرد سال به علت تغیير در مقدار ترکیبات تشکیل دهنده جریان هیدروکربنی متفاوت خواهد بود این میزان برای فصل زمستان حدود psia 12و برای فصل تابستان حدود psia10 میباشد . شکل 1 نمودارحالت تعادلی فشار- دمای میعانات گازی را قبل و بعد ازعملیات تثبیت براي يك تركيب از ميعانات گازي كه در جدول 1 آمده ، نشان می دهد. همچنین این نمودار نشان دهنده کاهش فشار بخار سیال با حذف عناصرسبك می باشد.
• کاهش میزان آب همراه با میعانات به کمتر ازppmw 500 و حذف مرکپتان و عناصراسیدی از سیال (البته قابل ذکر است که میعانات گازی به صورت طبیعی حاوی مقادیرخیلی کمی از , H2S CO2 نسبت به جریان هيدروكربني گازی می باشند. )
روشهای تثبیت میعانات گازی(Stabilization System)
عمده ترین روشهایی که برای تثبیت میعانات گازی استفاده می شوند عبارتنداز جداسازی براساس ایجاد شرایط تعادل فازی بین بخار ومایع (Flash Vaporization) و جداسازی برپایه اختلاف نقطه جوش هیدروکربنها(Stabilization by Fraction ) .
• Flash Vaporization:
در این روش، تثبیت میعانات گازی براثر عمل تفکیک عناصر فرار از هیدروکربنهای سنگینتر براساس تعادل فازی بین بخار و مایع در یک سری Flash Tank تارسیدن به یک RVP معین صورت می پذیرد. پس از جداسازی جریان مایع از جریان گازی درون Slugcatcher ، جریان مایع برای عمل تفکیک میعانات گازی از آب و محلول MEG ( که به منظور جلوگیری از یخ زدگی جریان گاز به خطوط لوله تزریق می شود) و گازهای باقیمانده وارد یک جداکننده سه فازی می شود. جریان هیدروکربنی مایع (میعانات گازی) جداشده، که در اثر افت فشار ناگهانی با عبوراز یک شیر فشار شکن به صورت دو فازی در آمده ، وارد اولین Flash Tank می شود سپس عمل تفکیک دو فاز بر اساس تعادل فازی بین بخار و مایع در دما وفشار نهایی جریان، درون Flash Tank صورت می پذیرد . بدین گونه می توان عناصر فرار را از جریان اصلی مایع حذف نمود. جریان مایع خروجی برای جداکردن عناصر سبک بیشتر، وارد Flash تانک بعدی که در فشار پایین تری عمل می کند می شود واین عملیات تا رسیدن به یک RVP معین تکرار می گردد. جریانهای گازی جدا شده از بالای Flash Tank ها که شامل عناصر سبک هیدروکربنی می باشد پس از تامین فشار درکمپرسورها به سیستم فراورشی گاز فرستاده می شود و جریان آب و محلول گلایکول جدا شده از جداکننده سه فازی به منظور احیای گلایکول به واحد MEG Recovery ارسال می شود همچنین به عنوان یک مشخصه فنی میزان آب همراه با میعانات گازی تثبیت شده نبايستی بیشتر ازppmw 500 باشد. شکل 2 یک سیستم ساده از تثبیت میعانات گازی به روش Flash Vaporization نشان می دهد.
• Stabilization by Fraction
دراین روش جدایش عناصر سبک و قابل تبخیر از هیدروکربنهای سنگین براساس اختلاف در نقطه جوش هیدروکربنها صورت می پذیرد. این سیستم از یک جداکننده سه فازی که Stabilizer Feed Drum نیز نامیده می شود ، یک برج تثبیت کنندهStabilizing Tower (که می تواند به صورت سینی دار و یا پر شده از پکینگ باشد) ، یک Reboiler در پایین برج ، یک خنک کننده (Condenser) در بالای برج ویکسری مبدلهای حرارتی و پمپها تشکیل شده است. جریان مایع جداشده از جریان اصلی گاز در قسمت Slugcatcher که شامل میعانات گازی ، آب و گلایکول می باشد به یک جداکننده سه فازی ارسال می گردد وجریان هیدروکربنی پس از تفکیک به عنوان خوراك اصلي به قسمت بالای برج تثبیت Stabilizer Column فرستاده می شود. اين برج به گونه اي است كه فضا و زمان لازم براي تبادل جرم و انرژي بين دو فاز مايع و بخار را فراهم ميكند. چنانچه برج از نوع سيني دار باشد ، سينيهاي بالاي سيني خوراك، نقش تقطيري و سينيهاي زير سيني خوراك نقش جداسازي و يا دفع هيدروكربنهاي ناپايدار و سبك را از جريان هيدروكربني دارد. شكل 3 يك نمونه از برج تثبيت همراه با يك Condenser دربالا و يك Reboiler در پايين برج نشان مي دهد. دمای Reboiler در این سیستم به گونه ای تنظیم شده که سبکترین هیدروکربن در قسمت تحتانی برج (به عنوان جریان محصول) پنتان وسنگین ترین هیدروکربن درجریان گازی بالای برج، بوتان باشد. جريان خروجي پايين برج بعد از تبادل انرژي با جريان خوراك ورودي و رسيدن به دما و فشار معين به عنوان محصول نهايي تثبيت شده، شناخته مي شود. قسمتي از جريان بخار بالاي برج كه پس از تبادل حرارتي در قسمت خنك كننده به صورت مايع در آمده براي تنظيم دماي جريان بالاي برج وكنترل خلوص جريان به عنوان Reflux به برج برگشت داده مي شود و بخارات باقي مانده بعد از تبادل حرارتي در خنك كننده به عنوان جريان هيدروكربني سبك كه عمدتاً شامل متان ،اتان، پروپان و بوتان مي باشد به سيستم فراورشي گاز فرستاده مي شود. قابل ذكر است كه جریان هیدروکربنی قبل از ورود به برج ابتدا نمک زدایی شده وبا استفاده از انرژی جریانهای گرم در مبدل های حرارتی افزایش دما پیدا می کند . ناگفته نماند كه جريان خروجي از پايين برج Debutanizer كه اكثراً شامل C5+مي باشد ، مي تواند به عنوان جريان خوراك دوم وارد برج تثبيت گردد. شکل 4 یک سیستم ساده از تثبیت میعانات گازی به روش Fractionنشان می دهد. با مقايسه بين اين دو روش مي توان گفت: روش Fractionنسبت به روش قبل برای رسيدن به يك RVP معين، دقیق تر و از لحاظ اقتصادی به صرفه می‌باشد ولی در گذشته به دليل سادگي كار عمدتاً روش Flash Vaporization متداول بوده.
 
بالا