<h1 style=”direction: rtl; text-align: center;”> أندماج القطرات Coalescence – تأثيرات الحرارة على عملية الفصل –
زمن المكوث Retention Time
المهندس رائد العبيدي
اندماج القطرات
أن عملية اندماج القطرات في عملية معالجة النفط الرطب تعتمد على الزمن. عند حدوث تشتت لسائلين لا يمتزج أحدهما في الآخر، فأن الأندماج الفوري نادراً ما يحصل عند تصادم قطرتين. عند تعرض قطرتين الى تقلبات الضغط ، وكانت الطاقة الحركية للأهتزازات التي تسبب تجمع القطرات أكبر من طاقة الالتصاق فلن يحصل تماس بينهما ، أن التجارب العملية أثبتت أن زمن نمو القطرة بسبب الأندماج يمكن حسابه بالمعادلة التالية:
حيث أن:
Do = الحجم الأولي للقطرة.
D= الحجم النهائي للقطرة.
ɸ = الكسر الحجمي volume fraction للطور المنتشر.
Ks = ثابت معين لكل نوع من العملية.
j = ثابت ، ويكون في الغالب أكبر من 3 ،
حيث كلما كانت طاقة الأهتزاز قليلة تقترب هذه القيمة من 3 ، لذلك إذا أعتبرناه مساوياً لـ 4 فأن المعادلة أعلاه ستكون بالشكل التالي:
وبأفتراض أن قيمة d0 قليلة جداً بالقياس الى قطر القطرة المطلوب ، لذا تصبح المعادلة:
عند التمعن في المعادلة الأخيرة سنحصل على الأستنتاجات التالية:
- أن زيادة زمن الأستبقاء residence time الى الضعف سيؤدي الى زيادة حجم القطرة بنسبة أقل من 19% ، وإذا كانت قيمة j أكبر من 4 فأن نمو حجم القطرة سيكون أبطء.
-
2. كلما كان الطور المنتشر مخففاً فأن زمن الأستبقاء سيكون أكبر ، لأن عملية الأندماج تحدث بشكل أكبر في الطور المنتشر المركّز. ولهذا السبب فأن الماء يمزج مع ماء الغسل عند دخوله الى الوعاء وأدخاله تحت الحد الفاصل بين الماء والنفط oil/water interface ولذلك فأن الأندماج يحصل بشكل أكثر فعالية في منطقة الحد الفاصل.
تأثيرات الحرارة:
ما زالت الحرارة هي الطريقة التقليدية في فصل الماء عن النفط ، حيث أنها تساعد على تقليل لزوجة النفط ، كما أنها تساعد على إذابة البلورات الصغيرة من البارافينات والأسفلتينات مما يعادل تأثيرها كعوامل أستحلاب ، وتتراوح درجات حرارة المعالجة بين (100-160) فهرنهايت. وقد تصل الى 300 درجة فهرنهايت في النفوط الثقيلة ، أن الحرارة قد تؤدي الى خسارة ملموسة في (الهايدروكاربونات الخفيفة ذات درجات الغليان الواطئة) الى الطور الغازي. كما أن زيادة الحرارة قد تؤدي الى جعل النفط المعالج أثقل وزناً بسبب فقده للقطفات الخفيفة كما ذكرنا ، حيث يبقى سائل ذو API واطئ .
أن الغاز المتحرر عند تسخين النفط الخام قد يسبب مشكلة في معدات المعالجة ( في حال لم يتم مراعاة ذلك في التصميم). ففي بعض التصاميم (وخاصة الأوعية العمودية) فأن كثرة تحرر الغاز سيحدث أضطراباً كبيراً يكفي لمنع تجمع القطرات. ولعل من المهم أن نعرف أن فقاعات الغاز الصغيرة تميل الى المواد ذات الشد السطحي كقطرات الماء. مما يؤدي الى منع تجمع القطرات وقد يؤدي في بعض الأحيان الى حدوث حمل أضافي للماء مع النفط carry over with oil outlet. أما الأوعية الأفقية فتميل الى التغلب على مشكلة تحرر الغاز حيث يتم الوصول الى التوازن عند التسخين قبل حقن كاسر الأستحلاب الى الوعاء .
وفي التصاميم الجيدة يتم المحافظة على النفط فوق نقطة الفقاعة من خلال وضع عازلات صغيرة أعلى أوعية المعالجة.
أن الحرارة المطلوبة لتسخين الماء هي ضعف الحرارة المطلوبة لتسخين النفط ، ولذلك من الضروري فصل الماء الحر Free water من المستحلب ، حيث يمكن نصب K.O.Drum قبل التسخين. وبافتراض أن كمية الماء الموجود في النفط لا يزيد عن 10% وأن الوعاء معزول لمنع تسرب الحرارة فأن الحرارة المطلوبة لتسخين النفط :
where
q = heat input, Btu/hr
Q0 = oil flow rate, BOPD
AT = increase in temperature, °F
S.G.0 = specific gravity of oil relative to water
ولحساب زمن الأستبقاء Retention Time:
where
tr = retention time, min
Qo = oil flow, bopd
h = height of the coalescing section, in.
F = short-circuiting factor (1.0 for d < 48 inches, and greater than 1.0 for d > 48 inches)
أن المجال الكهربائي العالي المتولد بواسطة محولات Transformer داخل كل من عازلة المرحلة الأولى Dehydrator وعازلة المرحلة الثانية Desalter يتـألف من شبــكة مــن الأقطاب من سبيكة Carbon–steel وتكون المحولات منصوبة أعلى العازلتين. أن مستحلب النفط / الماء عند جريانه خلال هذه الأقطاب يصبح مشحوناً بشحنة كهربائية . لذا ستبدأ قطرات الماء المشحونة بالتجاذب والتنافر مع القطرات الأخرى مما يؤدي الى تصادمها وبالتالي تكون كرة ماء كبيرة سهلة الفصل بالجاذبية وذلك لثقل وزنها . أن هذه العمليــة يمكـــن تحقيــقــها بتعريــض (الماء في المستحلب النفـطـي) الـــى مجــال كهربائـــي ذو فولتيــة عاليــة High Voltage electric field.
عندما يكون سائل ما غير موصّل مثل النفط يحتوي على سائل آخر موصّل ويتم تعريض هذا المزيج الى مجال ألكتروستاتيكي فأن قطرات الماء ستتحد مع بعضها بأحد الظواهر الفيزياوية الثلاثة الآتية:
• أن هذه القطيرات تصبح مستقطبة وتميل الى صف نفسها مع خطوط المجال الكهربائي ولهذا فأن القطرات الموجبة والسالبة تتصادم مع بعضها مما يسهّل تجمعها.
• أن القطرات تنجذب نحو الشبكة بسبب المجال الكهربائي وبسبب العزم فأن القطرات الصغيرة تهتز لمسافة أكبر من القطرات الكبيرة مما يؤدي الى تجمعها.
• أن المجال الكهربائي يؤدي الى إضعاف وبالتالي كسر غشاء المستحلب حيث أن القطرة تستطيل أفقياً وعمودياً بسبب زيادة الشد السطحي بين قطرات النفط والماء المستحلب.
أقرأ أيضاً معالجة النفط الرطب – الجزء الثالث
