كيف يمنع المبادل الحراري PTFE ترسب شمع البارافين في تسخين خطوط أنابيب النفط الخام؟
ترك رسالة
مشكلة ترسب الشمع
يحتوي النفط الخام على شموع البارافين المذابة-السلسلة الطويلة- من الهيدروكربونات (C18-C60) التي تترسب عندما تنخفض درجة حرارة الزيت عن درجة حرارة ظهور الشمع. تواجه المبادلات الحرارية المستخدمة لتسخين النفط الخام للنقل عبر خطوط الأنابيب أو المعالجة تحديًا مستمرًا: حيث أن سطح الأنبوب، الذي يكون أكثر برودة من الزيت السائب أثناء مرحلة التسخين الأولية، يوفر موقعًا تتنوى فيه بلورات الشمع وتنمو. تعمل رواسب الشمع على عزل الأنابيب، وتقليل انتقال الحرارة، وفي النهاية تحد من التدفق.
أسطح المبادلات الحرارية المعدنية معرضة بشكل خاص لترسب الشمع. يوفر سطح أكسيد المعدن عالي الطاقة-مواقع نووية وفيرة. ترتبط بلورات الشمع بالسطح من خلال قوى فان دير فالس والتشابك الميكانيكي مع خشونة السطح. تنمو طبقة الشمع تدريجيًا مع كل دورة تسخين. تتطلب عملية الإزالة إجراء عملية تنظيف ميكانيكية، أو معالجة بالمذيبات الكيميائية، أو التفكيك الكامل للمبادل -وكل ذلك مكلف ويستغرق وقتًا-.
يقاوم المبادل الحراري PTFE ترسب الشمع من خلال سطحه المنخفض الطاقة. يوفر البوليمر الفلوري عددًا قليلاً من مواقع النواة والحد الأدنى من الالتصاق. لا تلتصق بلورات الشمع التي تتشكل في الزيت السائب بالسطح. ويظل الشمع معلقًا في الزيت ويتم نقله في اتجاه مجرى النهر، بدلاً من ترسيبه في المبادل الحراري.
آلية نواة الشمع وترسيبه
يحدث ترسيب شمع البارافين من خلال ثلاث عمليات متتابعة: النواة البلورية على السطح البارد، ونمو البلورات، والتصاق البلورات النامية لتشكل طبقة مستمرة. تتأثر كل عملية بخصائص السطح.
على سطح معدني، يحدث التنوي بسهولة. توفر الطاقة السطحية العالية (40-50 مللي نيوتن/م) ووجود عيوب السطح-الخدوش وحدود الحبوب وحفر التآكل مواقع تتجمع فيها جزيئات الشمع وتشكل نوى مستقرة. تنمو النوى من خلال دمج جزيئات الشمع الإضافية من الزيت. تتشابك البلورات المتنامية مع خشونة السطح، مما يؤدي إلى تثبيت الرواسب. مع مرور الوقت، تندمج البلورات لتشكل طبقة شمعية متواصلة.
في PTFE، يتم قمع النواة. الطاقة السطحية المنخفضة (18-20 ملي نيوتن/م) تعني أن جزيئات الشمع أقل انجذابًا للسطح مقارنة بالزيت السائب. لا يوفر السطح الأملس (Ra 0.1-0.3 μm) أي مواقع متشابكة ميكانيكية. البلورات التي تتشكل تكون مرتبطة بشكل ضعيف ويمكن فصلها بسهولة بواسطة الزيت المتدفق.
| معلمة ترسيب الشمع | الكربون الصلب | الفولاذ المقاوم للصدأ | بتف |
|---|---|---|---|
| الطاقة السطحية (mN/m) | 40-50 | 40-50 | 18-20 |
| كثافة موقع نواة الشمع | عالي | عالي | قليل |
| قوة التصاق الشمع (نسبية) | 1.0 (خط الأساس) | 0.8-1.0 | 0.05-0.1 |
| معدل ترسب الشمع (نسبي) | 1.0 | 0.9-1.0 | 0.1-0.2 |
| طريقة التنظيف | الخنازير الميكانيكية، المذيبات | ميكانيكية، مذيبة | شطف المذيبات الخفيفة |
| تدهور نقل الحرارة خلال 6 أشهر (%) | 30-50 | 25-45 | 5-10 |
يكون ترسب الشمع أكثر خطورة عند درجات حرارة الزيت القريبة من درجة حرارة ظهور الشمع والتي تتراوح عمومًا بين 30 و50 درجة بالنسبة للعديد من الزيوت الخام. في فترة التسخين الأولى يكون جدار الأنبوب أكثر برودة من الزيت السائب وقد تكون درجة حرارة الجدار في منطقة ترسيب الشمع. يحب الشمع أن يترسب على الأسطح الباردة.
ينتج عن انخفاض التوصيل الحراري لـ PTFE ملف تعريف درجة حرارة متميز عن ذلك الموجود في الأنبوب المعدني. درجة حرارة البخار في الداخل مرتفعة، ولكن درجة حرارة سطح PTFE الخارجية تنخفض بشكل كبير عبر جدار الأنبوب. يوفر PTFE سطحًا أكثر برودة من السطح المعدني عند نفس ضغط البخار. من المتوقع أن يعزز هذا السطح البارد ترسب الشمع. ولكن يتم تعويض التأثير من خلال خصائص السطح غير اللاصقة-. لا يهم درجة الحرارة، الشمع الذي يلامس سطح PTFE لا يلتصق.
من الناحية العملية، تشير المرافق إلى انتقال ثابت للحرارة لمبادلات PTFE خلال أشهر من خدمة تسخين الزيت الخام، بينما تتطلب المبادلات المعدنية التنظيف كل 4-8 أسابيع.
ميزة التشغيل والصيانة
إزالة ترسب الشمع يزيل الحاجة إلى التنظيف الميكانيكي المنتظم. يكون المبادل PTFE قيد التشغيل، عندما يتم إيقاف المبادل المعدني للتنظيف أو التنظيف بالمذيبات. الجهوزية للإنتاج ينمو. خفض تكاليف موظفي الصيانة ومواد التنظيف الكيميائية.
وأخيرًا، لا توجد رواسب شمعية، مما يعني أن معامل انتقال الحرارة أكثر ثباتًا. لا يتعين على نظام التحكم في العملية مكافحة التلوث المتزايد عن طريق زيادة ضغط البخار. استخدام الطاقة يمكن التنبؤ به وثابت.
ملخص
تحقق المبادلات الحرارية PTFE منع ترسب شمع البارافين في تسخين الزيت الخام باستخدام سطح أملس منخفض الطاقة -يمنع تكون النواة والالتصاق البلوري. يبقى الشمع في تيار الزيت ولا يتراكم على سطح الأنبوب. تعمل إزالة الأوساخ الشمعية على إزالة التنظيف الميكانيكي المتكرر، وتحافظ على انتقال ثابت للحرارة وتزيد من وقت تشغيل الإنتاج. توفير كبير في تكاليف الصيانة على مدار فترة الخدمة البالغة 15+ سنة.
عند استلام معلومات حول تكوين الزيت الخام ودرجة حرارة ظهور الشمع ونطاق درجة حرارة التشغيل وتاريخ التلوث الحالي، قد نقدم مساعدة هندسية لتحديد المبادلات الحرارية PTFE في الخدمة التي تحتوي على النفط والشمع.
