جداکننده ها (Separators)

جدا کننده

جداکننده ها یا Separators تجهیزاتی هستند که عملیات جداسازی گاز از مایع را انجام میدهند.
همواره در عملیات جداسازی، مخلوط موادکه درحالتهای جامد، مایع و گاز قراردارند از یکدیگر جدامیشوند. ولی این عملیات در جداکننده ها معمولابه معنی جداسازی گاز ازمایع میباشد.

دربخشهای مختلف واحدهاممکن است براساس نیازفرایند لازم باشد که مایعات همراه گاز ازآن جدا شودویا اینکه گازخام وروردی به کارخانه اگردارای مخلوطهای آب ونفت وجامدات به همراه خودمیباشدقبل ازآنکه تحت عملیات قرارگیرد، لازم باشدکه این مخلوطهااز گاز جداشوند، برای این منظورازدستگاهی بنام Separator استفاده میشود. یک جدا کننده میتوانددارای فقط یک ورودی وچندین خروجی باشد.

انواع جدا کننده ها

درشرکتهای پالایشگاهی وپتروشیمی جهت عملیات تصفیه گازدرحالتهای گاز – گاز و گاز – مایع از سه نوع جدا کننده که درذیل نام برده شده اند استفاده میشود. انتخاب هرکدام ازاین جداکننده ها باتوجه به رسیدن به اهداف موردنظر وصرفه اقتصادی صورت میگیرد.

• جداکننده عمودی(Separator Vertical)
• جداکننده افقی(Separator Horizontal)
• جداکننده کروی(Separator Spherical)

جدا کننده های عمودی

جداکنندهای است استوانه ای شکل و ازجنس فولاد که محوراصلی آن نسبت به زمین بصورت عمودی قرار میگیرد. جداکننده های عمودی درابعادوحجم مختلف ساخته میشونداما معمولادارای قطر ۷ فوت ( ۲ متر) و ارتفاع ۲۴ فوت (۷ /۵ متر) با حجم ۴۰۰ فوت مکعب ( ۱۱۳۲۷ لیتر) میباشند.
دراین جداکننده، عملیات جداسازی براساس حرکت گریزازمرکزصورت میپذیرد. بدین نحو که مخلوط گاز ومایع توسط نازل ورودی که معمولا درنیمه بالایی جدا کننده قرارداردوارد محفظه استوانه ای شکل میشود.
مخلوط گاز و مایع با گذشتن ازصفحه انحراف دهنده ورودی که به شکل مایل و زاویه دار میباشددارای حرکت دورانی میشودودراین حالت دونیروبه گازومایع واردمیشودکه منجربه جداشدن آنهاازیکدیگرمیگردد. یکی تاثیر نیروی ثقل زمین است ودیگری عمل چرخش که منجربه ایجادنیروی گریزازمرکزمیشودواین نیرو باعث میگرددکه ذرات مایع روی دیواره جدا کننده جمع شوند.

گازی که هنوزدارای مقداری مایع بصورت قطرات ریزوپودری شکل میباشددرمیان محفظه جداکننده به سمت بالاحرکت میکندوواردیک استوانه چرخشی میشود. دراستوانه چرخان، گازمجددحرکت دورانی پیدا کرده وسرعتش بالامیرودومایعات باقی مانده درآن به کناره قطع های بنام مخروط منحرف کننده رانده میشود.

جدا کننده های عمودی

مایعات جداشده ازگازتوسط لوله های تخلیه که به دیواره محفظه جدا کننده متصل هستندبه سمت پایین وقسمت تحتانی جداکننده سرازیرمیشوند.
پس ازعبورگازازاستوانه چرخان، ممکن است که هنوزگازدارای مقداری قطرات بسیارریزمایع باشد. باادامه حرکت گازبه سمت بالا،گازواردنمگیرگنبدی شکل که درقسمت فوقانی محفظه جداکننده قرارداردمیشودوذرات ریزمایع باقی مانده ازآن جدامیگردد. درنهایت گازازمحفظه گازخشک که دربالای نمگیرقرارداردعبورمیکندوگازخشک بدست آمده ازطریق لوله خروجی وتوسط نازل خروجی ازبالای جداکننده خارج میشود.

مایعات حاصل شده ازعملیات جداسازی که درپایین محفظه جداکننده جمع شده اندتوسط نازل خروجی مایعات ازپایین جداکننده خارج میشوند. سطح مایعات درپایین محفظه جداکننده توسط جسمی شناورویک شیرکنترل تنظیم میگردد.

شماتیک جداکننده ها

درقسمت انتهای پایینی جداکننده، یک مسیرتخلیه تعبیه شده که برای تمیزکاری داخل جداکننده ازموادرسوبی مورداستفاده قرارمیگیرد.
جداکننده عمودی دارای استفاده گسترده ای درصنعت میباشدوچون بصورت عمودی نصب میشود، برای مکانهایی که باکمبودفضا مواجه هستندمناسب میباشد. این نوع جداکننده برای دبیهای ورودی بافشارپایین کاربردداردوقابلیت جداسازی حجم وسیعی ازفازمایع راداردوکنترل سطح مایع درآن ازاهمیت کمتری برخورداراست. درجداکننده عمودی بدلیل فاصله عمودی زیادی که بین سطح مایع وخروجی گازوجوددارد، مایع تمایل کمتری برای خروج ازفازمایع وورودبه فازگازداردواگرذرات جامدهمراه باگازوجودداشته باشند، جداسازی آنهادرجداکننده عمودی آسانترخواهدبود. جداکننده عمودی درمقایسه بانوع افقی نیازمندقطربزرگتری برای ظرفیت ثابت دبی بخارمیباشدلذادرمواردیکه حجم مایع نسبت به حجم گازبیشتراست مورداستفاده قرارمیگیرد. این نوع جداکننده دارای هزینه بیشتروطراحی دقیقترمیباشدوبازدهی آنهابستگی به درصدذرات جداشده دارد.

جداکننده های افقی

استوانه ای شکل است وبصورت افقی نصب میشود. مخلوط گازومایع ازیک سمت به جداکننده واردشده ودرطول محفظه حرکت میکندوگازپس ازجا گذاشتن ناخالصیهاازسمت دیگرجداکننده خارج میشود. گازورودی به جداکننده افقی براثرفضای درونی زیادوطول مسیرزیادحرکت سیال، سرعتش کاهش میابدوهمین امرباعث جداسازی موادناخالص براثرنیروی ثقل میشود.
جداکننده افقی ازلحاظ هندسی به دونوع تک مخزنی ودومخزنی تقسیم بندی میشود.

درجداکننده افقی نوع تک مخزنی، مخلوط گاز – مایع پس ازورودبه محفظه وعبورازصفحه انحراف دهنده زاویه دار، باتغییرجهت جریان مواجه میشود. دراین حالت گازهاومایعات سبک تربصورت پودربه سمت بالای محفظه حرکت میکنندومایعات سنگین تربه قسمت پایین محفظه میریزند. گازهای مرطوب باحرکت خودواردفضایی بنام Deforming Element میشوندکه درآنجاقطرات ریزتربهم میپیوندندوقطرات بزرگترراتشکیل میدهندوبه درون محل تجمع مایعات درته جداکننده میریزند. گازی که تقریباخشک شده است واردمرحله نمگیری میشودودرآنجاآخرین ذرات ریزمایع راجامیگذارد. درنهایت گازخشک شده ازقسمت خروجی گازدربالای مخزن خارج میشودومایعات جداشده ازقسمت خروجی مایع درپایین مخزن جدامیشوند. لازم به ذکراست که مایعی که ازگازجداشده است درطول ته مخزن ودرحرکت به سمت خروجی، ازبین صفحاتی بنام صفحات موج شکن عبورمیکندکه این صفحات ازایجادامواج درمایع جلوگیری میکنند.

شماتیک جداکننده های افقی

جداکننده های افقی نوع دومخزنی، ازدوظرف تشکیل شده که یکی بالای دیگری وبه موازات آن نصب شده است. مخزن پایینی جهت ذخیره مایع استفاده میشود. این دوظرف توسط کانالهایی که درانتهای آنهاقرارداردبه یکدیگرمرتبط میشوندومایعات جداشده ازطریق همین کانالهابه مخزن ذخیره مایع (مخزن پایینی) میریزند. تعدادکانالهای ارتباطی ممکن است ازدوعددبیشترباشد. درجداکننده های مخلوط گاز–مایع ابتدادرظرف بالایی جریان مییابدوباطی کردن مسیرو رطوبت گیری ازگاز، عملیات جداسازی انجام میگیرد. مایعات جداشده ابتدادرکف ظرف بالایی جمع میشوندوسپس توسط کانالهای ارتباطی به ظرف پایینی واردمیشوند. گازهای خشک جداشده ازقسمت فوقانی ظرف بالایی ومایعات جداشده ازقسمت تحتانی ظرف پایینی خارج میگردند.

بطورکلی جداکننده افقی برای محدوده وسیعی ازنسبت گازبه مایع، فشارودبی سیال مناسب میباشدوازسرعت جداسازی بالایی برخورداراست. درصورتیکه دبی سیال بالاباشد، میزان گازنسبت به مایع درمخلوط دوفازی بالاترباشد،جداسازی سه فازی موردنظرباشد، حجم بالای جداسازی نیازباشدولازم باشدسرعت روبه پایین مایع کم باشد، استفاده ازجداکننده افقی توصیه میگردد. بازدهی این نوع جداکننده به خصوصیات سیال ورودی، ابعادمخزن ونوع اجزای داخلی نصب شده بستگی دارد.

جداکننده های کروی

این نوع جداکننده به شکل یک مخزن کروی میباشدکه برروی یک پایه نصب میشود. جداکننده های کروی درابعادوظرفیتهای گازی مختلف وجوددارند. قطرداخلی آنهامعمولا ۱۰ فوت وبیشترمیباشدوحجم آنهاممکن است تا۱۰۰ میلیون فوت مکعب هم برسد. جداکننده های کروی بیشتربرای جدا سازی حجم های زیادگاز ازحجم های خیلی کوچک مایع بکارمیروند.
مخزن یک جداکننده کروی توسط یک صفحه به دوبخش بالایی وپایینی تقسیم میشود. جریان سیال ورودی به مخزن نیزتوسط یک جدا کننده جریان به دوقسمت تقسیم میشود. تقسیم کردن جریان به دوقسمت به گازاین امکان رامیدهدکه راحت ترازمایع جداشده وبه سمت بالای مخزن حرکت کند.

انحراف دهنده ای درانتهای جداکننده جریان تعبیه شده است که بعدازتقسیم جریان سیال، آن رابرروی صفحه جداکننده مخزن میریزدوبدین طریق یک لایه نازک ازمایعات برروی صفحه تشکیل میشودکه دراین حالت گازهامیتوانندبراحتی سطح مایع راترک کنند.
مایعاتی که برروی صفحه جداکننده های مخزن قراردارندازدرون سوراخهای ایجادشده برروی صفحه عبورمیکنندوبه بخش پایینی مخزن میریزند. سطح مایع درپایین مخزن توسط یک جسم شناورکه به شیرکنترل مرتبط است تنظیم میگردد.

جداکننده های کروی

دربخش بالایی مخزن، گازهای جداشده واردرطوبت گیرمیشوندوآخرین ذرات ریزمایع باقی مانده نیزازآنهاجدامیشود. مایعات بدست آمده دراین قسمت توسط لوله ای ازدرون رطوبت گیربه بخش پایینی تجمع مایع منتقل میشوند. فشارگاز دربخش بالایی مخزن توسط یک فشارسنج که به شیرتنظیم فشارمرتبط است اندازه گیری شده وتنظیم میگردد.

اجزای جداکننده ها

دربین مطالب ارایه شده دربالابه برخی ازقطعات موجوددرجداکننده هاووظیفه مربوطه آن اشاره شد. نظیرنازل ورودی، نازل خروجی گاز، نازل خروجی مایع، صفحه انحراف دهنده ورودی، رطوبت گیر، صفحات موج شکن، مسیرتخلیه و … حال جهت تکمیل مباحث، سایراجزامورداستفاده دریک جداکننده به اختصارمعرفی میگردند.
درموردرطوبت گیربایدگفت که ساختمان آن ازتعدادی صفحات افقی وعمودی که به ترتیب خاصی قرارگرفته اندتشکیل شده است که درآنهاچندین لایه تورسیمی بافته شده که به آن Mesh گفته میشودگذاشته شده است. گاهی اوقات نیزازپکینگ استفاده شده است. (پکینک ها، حلقه هایی هستندبااشکال منظم یانامنظم ازجنس سرامیک یاپلاستیک که جهت جداسازی دربرجهای توپربکا میروند). یک رطوبت گیرذرات ریزمایع راازگازجداکرده وهمانندیک صافی عمل میکند.

مایع درهنگام خارج شدن ازجداکننده، حالت دورانی به خودمیگیرد. حرکت دورانی مایع باعث ایجادفضای خالی درمایع بشکل گردابی شکل ومخروطی میشودکه گازموجوددرجداکننده میتواندوارداین فضای خالی شده وهمراه بامایع خارج شود. بنابراین برای جلوگیری ازگردابی شدن جریان ازقطعه ای بنام گرداب شکن استفاده میشود. گرداب شکن به شکل علامت جمع (+) میباشدوازصفحاتی تشکیل شده است که این صفحات درمسیرخروجی مایع قراردارندوازحرکت دورانی جریان که تولیدگرداب میکندجلوگیری میکنند.

جهت بازرسی وتعمیرات داخل جداکننده ها، ازیک نازل بنام نازل آدم رو استفاده میشود. این دریچه برای جداکننده افقی درانتهای آن وبرای جداکننده عمودی درکناربدنه تعبیه شده است. به این نازل Man Way نیزگفته میشود.
برای نشان دادن فشارجداکننده ها، سطح مایع وهمچنین اعلام وضعیت عادی یاغیرعادی جداکننده، ازتجهیزات ابزاردقیق استفاده میشود. نظیرفشارسنج، حرارت سنج، سطح سنج.
برای کنترل فشاروجلوگیری ازبالارفتن آن ازشیرایمنی استفاده میشود.
درمواقعی لازم است که گازواردجداکننده نشود، لذاازیک مسیرلوله وشیرکمکی تحت عنوان Line By Pass استفاده میشودوگازتوسط آن به مسیراصلی هدایت میشود.

شماتیک جداکننده ها

برای دیدن سطح مایعات درون جداکننده هاازشیشه نشاندهنده سطح استفاده میشود.

جداکننده های سه فازی

توسط این جداکننده ها عملیات جداسازی درسه فازصورت میپذیرد، جداکننده سه فازی بصورت افقی ساخته میشود. عملیات آب زدایی وگاززدایی برروی نفت ورودی به این جداکننده ها صورت میپذیرد. بنحوی که نفت برای مدت معلومی در جداکننده ها میماندوگازدرقسمت فوقانی ظرف وآب درقسمت تحتانی ظرف ونفت دروسط ظرف جمع میشود، تشکیل این سه فازمجزابعلت اختلاف دردانسیته این سیالات میباشد.

جداکننده سه فازی

نفت پس ازعبورازجداکننده های سه فازی واردجداکننده دوفازی میشودتامابقی گازهمراه آن جداشود.

سایرظروف جداکننده ها

درصنعت همواره برای مقاصدگوناگون وجداسازیهای مختلف باتوجه به نیازفرایندی سیستم، ازانواع ظروف که آنهارابانام درام میشناسندنیزاستفاده میشود. این ظروف هرکدام برای مکانی خاص، عملیات جداسازی رابنحوی فراهم میکنند که موادموردنظرازیکدیگرجداشوند. این ظروف باتوجه به کاربریهای مختلفی که دارندنامهای مختلفی نیزبه آنهاداده شده است که درادامه به اختصاربه معرفی آنهاپرداخته شده است.

۱) جداکننده های ظرف مایع گیر : این ظرف که به K.O Drum معروف است جهت جداسازی مایع ازگازبکارگرفته میشود. بعنوان مثال گازهای مشعل قبل ازسوزانده شدن وارداین درام میشوند.

ظرف مایع گیر (Knock Out Drum )

ناک اوت درام خودبه دودسته زیرتقسیم بندی میشود :

• Free Water Knock Out Drum
• Total Liquid Knock Out Drum

ازدرام Free Water برای تفکیک آب آزادازیک جریان سیال که شامل گازومایع هیدروکربوری وآب میباشداستفاده میشود. دراین درام آب جدا شده خودتشکیل یک فازرامیدهدومخلوط مایع وگازفازدیگرراایجادمیکنند. مخلوط دوفازی مایع – گازتوسط یک لوله برای عملیات جداسازی بعدی ظرف راترک میکند.
ازدرامTotal Liquid برای جداسازی مایعات ازیک جریان گازبافشاربالااستفاده میشود. این درام معمولابصورت سه فازی و همراه بایک واحدتفکیک باسرمابکارگرفته میشود.

۲) جداکننده های ظرف تبخیرآنی : این ظرف جهت جداسازی موادسبکترازموادسنگین تربکارگرفته میشودومعمولادرمسیرهایی قرارداده میشودکه فشارعملیاتی درآن نسبت به جریان ورودی پایین ترمیباشد.

۳) جداکننده های ظرف تماس دهنده : این ظرف جهت بالابردن خلوص گازهاوعاری کردن مایعات ازگازهای حل شده درآنهابکارگرفته میشود.

ظرف تماس دهنده (Contact Drum)

۴) جداکننده های ظرف شوینده : این ظرف جهت جذب ناخالصیهابکارگرفته میشود. ماده شوینده میتواندآب یاموادشیمیایی باشدکه بعنوان مثال مرکاپتان موجوددرموادنفتی سبک مورداستفاده قرارمیگیرد.

۵) جداکننده های ظرف صافی : این ظرف معمولاازموادجامدنظیر شن وماسه وزغال فعال پرشده است وبعنوان یک صافی عمل میکندکه میتواندذرات معلق همراه باسیال راجداسازد. نظیرجداسازی ذرات جامدهمراه باگازخشک.

۶) جداکننده های ظرف ذره گیر : این ظرف برای جریانهایی که دارای نسبت خیلی زیادگازبه مایع هستندبکارگرفته میشود. اسکرابرهای سیکلونی باایجادحرکت گردابی گازوباکمک تفاوت دانسیته گازوذرات معلق،عملیات تفکیک دویاچندفازراازیکدیگرانجام میدهند. این ظرف معمولادرمسیرایستگاه های گازبعنوان مرحله اول جداسازی گاز، وهمچنین قبل ازکمپرسوریاخشک کننده قرارداده میشودتاازورودذرات ریزمایع به این تجهیزات جلوگیری کند.

۷) جداکننده های ظرف پیوسته : این ظرف جهت آب گیری ازمحصولات ویاجداسازی چربی ازآب بکارگرفته میشود. همچنین برای پالایش جریانهای میعانات بخارداغ مناسب است. این ظرف، آلودگی روغنی راازسیال موردنظرپاک میکند،بعنوان مثال به روغن زدایی جریانهای پساب میتوان اشاره کرد.

۸) جداکننده های ظرف انبساط : این ظرف درجداسازی که بااستفاده ازسرماانجام میشودبکارگرفته میشود. دراین ظرف گازمنبسط میشود.

۹) جداکننده های ظرف برجی : ظروف برجی به شکل استوانه ای عمودی هستندودرداخل خوددارای سینی وپکینگ میباشندکه برای تفکیک موادازیکدیگربکارگرفته میشوند.