الأفران النفطية

الافران المستخدمة في الصناعة النفطية (petroleum refiner furnace) تستخدم الافران التالية في المصافي 1-الافران الصندوقية box-type furnace 2-الافران الاسطوانية cylindrical furnace 3-الافران على شكل a A FRAM FURNACE
وكذلك يمكن تصنيف الافران حسب نوعية عملية سحب الغازات وكالاتي 1-السحب الطبيعي NATURAL DRAFT 2-السحب المستحث INDUCED DRAFT 3-السحب الامبياري FORCED DRAFT
اجزاء الفرن الرئيسية 11-منطقة الاشعاع :من المعروف ان الحرارة تشبه الضوء حيث تسير بخطوط مستقيمة والىكافة الاتجاهات ابتدا من مصدر الحرارة وتسمى بحرارة الاشعاع ويحدث ذلك في الفرن بانتقال الحرارة من المشاعل الانابيب 22:منطقة الحمل : في هذه المنطقة تقوم تيارات الحمل وهي الغازات الساخنة الخارج من منطقة الاشعاع بنقل الحرارة إلى الانابيب الموجودة في منطقة الحمل وطبيعي ان الحرارة في منطقة الحمل اقل من حرارة منطقة الاشعاع وان دخول المادة إلى داخل الفرن تمر بانابيب موجودة في منطقة الحمل وذلك لاكتسابه الحرارة بشكل أولى ومن ثم إلى منطقة الاشعاع وتصرف الغازات من منطقة الحمل عاليا إلى الجو بواسطة المدخنة ويتم التحكم بكميتها ودرجة حرارتها بواسطة بوابة المدخنة damper والمثبتة في الجزء السفلي من المدخنة عملية الاحتراق ان عملية الاحتراق داخل الفرن وهي عملية مسيطر عليها وذلك لحصول على الحرارة المطلوبة مع اقل استهلاك للوقود بما يضمن سلامة الوحدة وعلى النحو التالي : 'اولا:الوقود': هنا نوعين من الوقود في الافران اما غاز الوقود أو زيت الوقود اوكلاهما معا ويجب أن تخلط بالهواء قبل الاحتراق وبالنسبة لزيت الوقود يجب ترذيذه بواسطة atomizing steamويخلط بعدها بالهواء قبل الاحتراق وبما ان الوقود المستعمل عبارة عن مواد هيدروكاربونية اي تتكون من الكاربون والهيدروجين ونسب بسيطة من المواد الكبريتية الموجود في الوقود فان نواتج الاحتراق تكون على شكل ثاني اوكسيد الكاربون والماءوثاني اوكسيد الكبريت مع انبعاث حرارة وكالاتي. حرارة +co2 c + o2 حرارة 2h2o+2h2+o2 حرارة so2+s+o2 'ثانيا:الهواء' في الافران يجب أن تكون كمية الهواء أكثر من النسب التي تحتاجها عملية الاحتراق وهذه النسبة تسمى excess air تتراوح نسبتها من 20 % في حالة استخدام غاز الوقود إلى 30% في حالة استخدام زيت الوقود ويمكن معرفة هذه النسبة من خلال قياس الاوكسجين المتبقي والخارج مع الغازات flue gas والمقاس بواسطة محلل الاوكسجين OXYGEN ANALYZER ويجب أن تتراوح بين 6:4% من حجم هذه الغازات وان تحديد كمية أو نسبته Excess air لها اهمية كبيرة ولأسباب التالية : أ: إذا كانت النسبة أكبر من الازم فان ذلك سوف يؤدي إلى زيادة في صرفيات الوقود اي زيادة في درجة حرارة الغازات الصاعدة إلى المدخنة. ب: إذا كانت النسبة اقل من الازم فان ذلك يسبب احتراق غير كامل للوقود وزيادة حرارة منطقة الاشعاع ولهب طويل مع ظهور دخان
ملاحظة : ان عدم احتراق الوقود بشكل كامل مما يؤدي إلى فقدان كمية من الوقود ويمكن ان يحترق بشكل مفاجئ إذا دخلت كمية من الهواء من فتحات التهوية للمشاعل أو زيادة فتحة بوابة المدخنة مما يؤدي إلى زيادة كبيرة ومفاجئة في الحرارة داخل الفرن يمكن ان تؤدي إلى تفحم المواد النفطية داخل الملفات (أو تبخرها إذا كانت خفيفة) ويمكن ان تستدل على نقصان كمية الهواء من ملاحظة طول اللهب ولونه وعدم استقامته ويحتمل ان يلامس الملفات. وان تعرض الانابيب للحرارة العالية يؤدي إلى ظهور تشققات وكسور في المناطق الضعيفة منها وتاكسده من الخارج وتفتته بالتدريج على شكل قشور فيقل سمك الانبوب ويقلل من عمره مهددا بانفجار مروع. وبالنظر للاخطار المحتمل حودثها يستوجب على مشغل الافران ان يراقب مايلي بصورة مستمرة. .جودة وصلاحية المشاعل وصحة عملية الاحتراق ومكوناتها.ظروف منطقة الاشعاع والانابيب التي على جدرانها واحتمالية وجود نقاط سوداء أو حمراء على جدرانها من الخارج. التوزيع المنتظم للحرارة داخل الفرن (منطقة الاشعاع والحمل ودرجة حرارة اسفل المدخنة) ولتحقيق ذلك يجب اتباع مايلي.
استخدام كمية الوقود في كل المشاعل بالتساوي.
فتح فتحات مناسبة لكل من الفتحات الأولية والثانوية Primary& secondary register
في حالة وجود مشاعل غير كاملة يجب أن تغلق فتحات التهوية لها.
ثالثا: الضغط السالب draft هو الفرق بين الضغط الجوي وضغط داخل الفرن ويجب أن يكون سالب في جميع الأحوال وبجميع مناطق الفرن. كيف يتكون الdraft ان الغازات الساخنة الصاعدة من خلال المدخنة تزن وزن اقل من وزن عمود مساوي في ارتفاعه للارتفاع المدخنة في الهواءالبارد خارج الفرن وهذا بدوره يؤدي إلى خلق ضغط اقل من الضغط الجوي داخل الفرن بمعنى اخر هو فرق بين ضغطين الأول والثاني ويقاس الضغط ب mm H2O أو باسكال وفي حالة كون الضغط موجب فهذا يعني ان الضغط داخل الفرن أكثر من الضغط الجوي وهذا خطر على الفرن. وان الضغط السالب مهم لكل مناطق الفرن ويجب أن يكون أعلى سالبية في اسفل منطقة الاشعاع ويتحقق ذلك من خلال التوفيق بين الفتحات الثانوية Secondary registerوفتحة بوابة المدخنة damper.
ملاحظة عند استخدام زيت الوقود في المشاعل يتراكم مع الوقت (وبالاعتماد على مواصفات زيت الوقود وحسب عملية التشغيل بقايا كربونية) (السخام) على انابيب الموجودة في منطقة الحمل وهذا يؤدي تقليل الاستفادة من حرارة flue gas الصاعد يؤدي إلى تقليل من تاثير الdraft ويمكن معالجة ذلك بزيادة فتحة damper إلى الحد الذي يسمح به ذلك في حالة استخدام زيت الوقود يجب أن تجري عملية تنظيف دورية ويومية تقريبأعلى Soot blowing لذلك يجب على مشغل الافران ملاحظة مايلي : 1.كمية الوقود المستخدم من احتمالية نقصانها اوزيادتها من المعتاد 2.درجة حرارة اسفل المدخنه. 3.الضغط السالب وبالذات اسفل منطقة الاشعاع واعلاها. 4.درجة حرارة في منطقة الاشعاع وانتظام توزيعها. 5.شكل ولون اللهب يجب أن يكون كالاتي. أ.اللهب ازرق مصفر في حالة استخدام F.G ب.اللهب أبيض ومصفر وبرتقالي خالي من الدخان في حالة استخدام زيت الوقود ويجب أن تكون النهايات غير حادة وخالية من شرارات اللهب وتدل الشعلة الطويلة الصفراء على عدم الاحتراق الكامل للوقود ويحتمل ان تلامس الانابيب على جدران الفرن. 6. مراقبة لون وظروف الطابوق الناري حيث تصبح قابلة للكسر في درجات الحرارة العالية 860- 760 7. مراقبة جدران الفرن من الخارج واحتمال انتقال الحرارة غير معتادة أعلى من 80م0 من خلال شقوق أو الفراغات الموجودة من البطانة الداخلية للفرن... 8. مراقبة ملفات الفرن ومظهرها وثبوت موقعها احتمال حدوث تمدد فيها اوظهور نقاط ساخنة فوق المعتاد عليها Hot- Spots 9. مراقبة الغازات الساخنة الخارجة من المدخنة وفي حالة ملاحظة وجود دخان يدل ذلك على عدم احتراق كامل للوقود أو احتمالية وجود نضوح في أحد انابيب الفرن. 10. مراقبة نسبة الهواء الزائد excess air فأن كفاءة الفرن تزداد كلما قلت تلك النسبة إلى الحد الادنى وبعدها يبدأ ظهور دخان مع اللهب الذي يدل على تكون أول اوكسيد الكاربون وأن خفض النسبة يؤدي إلى زيادة حرارة منطقة الاشعاع وبالعكس.
11. مراقبة ضغط المادة الداخلة والخارجة من الفرن وأن اي زيادة فرق الضغط يدل على احتمالية حصول تفحم اوانسداد جزئي داخل الملفات مع ثبوت درجة حرارة المادة المغذية وكميتها بعض الظواهر الغير الطبيعية في الفرن وأسبابها 1.ظهور اللهب بمظهر غير طبيعي : أسبابه 1.اتساخ أو انسداد جزئي في فتحات المشاعل. 2.الفتحة غير ملائمة لبوابة المدخنة اوفتحات التهوية الثانوية كما أن نقصان هواء الأحتراق الابتدائي سيؤدي إلى تقليل الشعلة وظهورها على شكل نبضات. 3.تسخين فوق المعتاد في الفرن أو إنتاج كمية حرارة فوق طاقة المشعل 4.فرق الضغط غير كافي بين بخار الترذيذ وزيت الوقود 5.درجة حرارة زيت الوقود اقل من (100 م0) ومواصفاته غير جيدة من ناحية درجة الوميض واللزوجة ونسبة الرواسب وكذلك نسبة الكبريت فيها 6.عدد قليل من المشاعل داخل حيز العمل 7.الوضع الغير صحيح لنهايات Tips المشعل واتجاهها نحو مركز المشعل
2- ضغط موجب في أعلى سقف حجرة الاشعاع 1- فتحة بوابة المدخنة غير كافية 2- تشغيل الفرن فوق الطاقة القصوى 3- وجود ترسبات كاربونية سخام على سطح انابيب منطقة الحمل وحدوث انسدادات في الفراغات بين هذه الانابيب مما يسبب تفتيت اجزاء من البطانة الداخلية أعلى منطقة الحمل أثناء التشغيل 3- درجة حرارة عالية للغازات الخارجة من الفرن 1- تشغيل فوق المعتاد 2- الهواء الزائد excess air فوق الحاجة 4-درجة الحرارة العالية لانابيب ملفات الفرن - اللهب يلامس الانابيب في منطقة الاشعاع على جوانبها - نهايات اللهب تصل إلى سقف منطقة الاشعاع - تسخين فوق المعتاد أو تشغيل فوق طاقته- تشغيل الوحدة بطاقة قليلة وغير مستقرة - وجود انسداد أو ترسبات كاربونية نتيجة تفحم داخل الانابيب -احتمال عطل في جهازمقياس الحرارة الخارجة من الفرن 5-ضغط شبكة الوقود بعد صمام السيطرة عالي أسبابه: - عدم استخدام مشاعل كافية - فتحتة الصمامات على المشاعل قليلة وغير كافية - وجود انسدادات في فتحة المشاعل 6- فرق الضغط في انابيب دخول والخروج المادة النفطية عالي - حدوث تفحم على جدران انابيب الفرن من الداخل - معدل جريان المادة النفطية داخل الانابيب عالي- معدل تسخين عالي تبخر المادة النفطية 7- حركة الانابيب اهتزازها وتشوهها -ملامسة اللهب لانابيب الفرن وحصول تفحم على جدران من داخل - تسخين فوق المعتاد - وجود كسر بمساند الانابيب - حصول تمدد في الانابيب
واجبات مشغل الافران 1-فحص الشعلة من حيث الطول واللون والاتجاه وملاحظة DG وكمية الO2 2-فحص عدد ال PILOTS العاملة والمباشرة بتنظيف المتوسخة منها في كل وجبة 3-فحص عدد المشاعل التي تعمل بواسطة F.O,FG وتنظيف مشاعل المتوسخة وتهيئة المشاعل الغير عاملة 4-فحص ومراقبة ضغوط F.O,F.G ,PILOTS وحرارة F.O الراجع 5-فحص مضخات SOOT BLOWER من حيث مستوى الزيت ومراقبتهاأثناءالتشغيل 6-تنظيف ارضية الافران وازالة العوائق وضغط REEL HOSE القريبة منها وعدم تركها ممدودة
تهيئة الفرن للتشغيل بعد التوقف الطويل 1-التاكد من كون جميع الصمامات الحماية (XXV) وصمامات ال (PIC)والممرات الثانوية وصمامات المشاعل والقداحات الموجودة في اسفل الفرن مغلقة باحكام. 2-التاكد من نظافة ارضية الفرن وحجر المشاعل. 3-فتح بوابة المدخنة DAMPER فتحة كاملة. 4-ادخال بخار الاخماد SNUFFING STEAM إلى صندوق الفرن والتاكد من دخوله. الفتحات الصغيرة الموجودة على جدران الفرن من جميع الجهات لضمان عمل المنظومة بشكل جيد وتتم هذه العملية لطرد جميع الغازات الموجودة داخل الفرن وتستمر العملية لمدة(15-20) دقيقة. 5-فتح xx البايلوت والمشعل وpic وتبقى فقط صمامات الشــعلة والبايلوت مغلقة (الصمامات المباشرة). 6-فحص منطقة الانابيب من قبل السلامة والتاكد من خلوها من الغازات ثم فحص داخل الفرن بعد غلق البخار. 7-تقليل فتحة بوابة المدخنة DAMPER وابقاءه على فتحة بحدود (30-40 %). 8-المباشرة بايقاد القداحات الثانوية (PILOTS) باسرع وقت ممكن ويفضل قيام أكثر من شخص وليس الشرط ان يكون الايقاد متسلسلا بل في مناطق مختلفة من الفرن لضمان ايقاد أكبر عدد ممكن من القداحات داخل الفرن وشمول كافة اجزائه بذلك. 9-بعد اكمال ايقاد القداحات الثانوية تتم المباشرة بايقاد المشاعل وحسب الحاجة (بعد عمل تدوير المادة داخل الوحدة أو أثناء رفع الحرارات لتشغيل الوحدة). A.فتح صمامات (XXV) الخاص بخط وقود F.O حيث يفضل تشغيل الفرن في باديء الامر بواسطة غاز الوقود B.اعادة عتلة الافران من غرفة السيطرة على وضعه الطبيعي C. فتح صمامات مسيطر غاز الوقود (PIC) من المنطقة الخارجية D.فتح صمامات غاز الوقود (PIC) من قبل جماعة السيطرة ويفضل وضعه على وضع MANUAL والتحكم بالفتحة لابقاء الضغط على (1.5) كغم /سم2 E.ايقاد المشاعل الرئيسية وحسب توجيه جماعة السيطرة وذلك بفتح غاز الوقود على اي مشعل مطلوب تشغيله ويفضل ايقاده بلهب واطيء في باديء الامر.
ماهو الفرن:- الفرن عبارة عن صندوق كبير مصمم لإعطاء الحرارة المطلوبة وذلك بحرق الوقود مع الهواء خلال مشاعل الفرن. ماهي أنواع الافران حسب نوعية عملية سحب الغازات:- هنالك ثلاثة أنواع 1-السحب الطبيعي NATURAL DRAFT 2-السحب المستحدث INDUCED DRAFT 3-السحب الامبياري FORCED DRAFT
ماهو السحب (DRAFT) :- هو الفرق البسيط في الضغط داخل الفرن وخارجه
ماهو احسن لون للشعلة:- بالنسبة لغاز الوقود اللون الاعتيادي يكون ازرق مصفر اما بالنسبة لزيت الوقود يكون لون اللهب اصفر مبيض وبرتقالي اذا كان اللهب (لهب الشعلة)مائل إلى الاسود مع دخان ماذا يعني ذلك وكيف يمكن معالجة ذلك :- يعني ان كمية الهواء قليل ويجب زيادتها عن طريق بوابات المشاعل
ماذا يعني اللهب الازرق وكيف يتم معالجته:- اللهب الازرق يعني زيادة الهواء وتتم معالجته بتقليل الهواء عن طريق بوابات المشاعل اذا كان متوفر لديك نوعين من الوقود، زيت الوقود FUEL OIL وغاز الوقود FUEL GAS ايهما تفضل ولماذا:- يفضل غاز الوقود وذلك لسهولة استخدامه وقلة الكاربون
ماذا يقصد بالترذيذ (atomization)للوقود السائل :- الترذيذ هي عملية تكسير جزئيات زيت الوقود إلى جزئيات صغيرة جدآ ليسهل تبخرها واختلاطها مع الهواء عندالاحتراق.
لماذا يستخدم البخار في هذه العملية :- يستخدم البخار لقلة كلفة أنتاجه ولان درجة حرارته عالية مما يساعد في عملية احتراق زيت الوقود.
ماالمقصود بالمشاعل الثانوية (pilots):- وهي مشاعل صغيرة وذات قيمة حرارية قليلة وتكون في حالة اشتعال دائمية حتى عند انطفاء الفرن وذلك لسهولة اعادة اشعال الفرن بكل امان.
ماهو ضغط الغاز الخاص بالمشاعل الثانوية والذي عنده من الضروري انطفاء الفرن. الحد الأدنى من الضغط هو 0.35 كغم/سم2 الذي عنده ينطفأ الفرن.
ماهو السبب وضع منظومة حماية على ضغط المشاعل الثانوية. وذلك لاهمية المشاعل الثانوية حيث عند أنطفأ الفرن لايمكن تشغيله قبل أشعال هذه المشاعل الثانوية لآن ذلك يشكل خطرآ كبيرآ على الفرن.
ماهي منظومة الحماية الثانية التي وضعت لحماية الفرن على أنواع الوقود. أذا انخفض فرق الضغط بين غاز الترذيذ وضغط الوقود إلى اقل من 1.2كغم سم2 فأن الفرن ينطفأ ذاتيآ.
لماذا تجري عملية ازالة السخام (soot)(soot blowing). لان ترسب الكاربون الناتج من صرف زيت الوقود يؤدي إلى تكون طبقة عازلة على جدران الانابيب منطقة الحمل مما يقلل من سرعة الحرارة إلى الانابيب وبالتالي إلى المادة
ماهو أهم شرط لازم أثناء عملية ازالة السخام. يجب أن لايحتوي على ماء متكثف.
ماهو دليل الحاجة إلى عملية ازالة السخام. أذا ارتفعت درجة حرارة المدخنة أو حصلت زيادة في أستهلاك الوقود مع ثبات الظروف التشغيلية.
ماهوالعمل إذا توقف الفرن وكذلك توقفت المشاعل الثانوية. 1-اقطع جميع مصادر الوقود إلى الفرن. 2-اطرد الغازات المتوقع وجودها داخل الفرن بواسطة بخار الاخماد. 3-أبدأ بأشعال المشاعل الثانوية. بعد فحص الفرن من قبل السلامة. 4-ابدأ باشعال المشاعل الرئيسية.