أصبحت مبادلات الحرارة اللوحية (PHEs) مكونات لا غنى عنها في العمليات الصناعية التي تتعامل مع تيارات كبريتيد الهيدروجين (H₂S)، وخاصة في معالجة الغاز الحامض ووحدات إزالة الكبريت. تستكشف هذه الورقة الفنية التطبيقات المحددة والمزايا واعتبارات التصميم لأنواع مختلفة من مبادلات الحرارة اللوحية - بما في ذلك التصميمات المحشوة وشبه الملحومة والملحومة بالكامل - في البيئات التي تحتوي على H₂S. من خلال تحليل التطبيقات الواقعية عبر تنقية الغاز الطبيعي وإزالة الكبريت من المصافي ووحدات استعادة الكبريت، توضح هذه المقالة كيف تعالج مبادلات الحرارة اللوحية التحديات الفريدة التي تفرضها مركبات الكبريت المسببة للتآكل مع تحسين كفاءة الطاقة والموثوقية التشغيلية مقارنة بمبادلات الحرارة التقليدية ذات الأنابيب والصدفة. تدرس الورقة أيضًا اختيار المواد واستراتيجيات الصيانة والابتكارات التكنولوجية الحديثة التي تعزز الأداء في هذه التطبيقات الصعبة.1 مقدمةيمثل كبريتيد الهيدروجين أحد الملوثات الأكثر إشكالية التي يتم مواجهتها في معالجة النفط والغاز والتصنيع الكيميائي وعمليات التكرير. يشكل هذا المركب شديد السمية والتآكل تحديات كبيرة لمعدات المعالجة، وخاصة مبادلات الحرارة التي تعتبر ضرورية للإدارة الحرارية في أنظمة إزالة الكبريت. ظهرت مبادلات الحرارة اللوحية كالتكنولوجيا المفضلة للعديد من تطبيقات H₂S نظرًا لبصمتها المدمجة وكفاءة نقل الحرارة الفائقة وقدرتها على التكيف مع ظروف الخدمة الصعبة.لقد عالج تطور تصميمات PHE تدريجياً الصعوبات التي تسببها مركبات الكبريت، بما في ذلك مخاطر التآكل والاتساخ والتسرب. يمكن لمبادلات الحرارة اللوحية الحديثة التعامل مع المتطلبات الصارمة لمعالجة الغاز الحامض القائمة على الأمين ووحدات استعادة الكبريت وإزالة الكبريت بالهيدروجين للديزل حيث يكون H₂S إما ملوثًا معالجًا أو منتجًا ثانويًا للتفاعل. تدرس هذه الورقة كيفية أداء تكوينات PHE المختلفة في هذه البيئات، مع إيلاء اهتمام خاص للابتكارات الفنية التي تتغلب على قيود معدات نقل الحرارة التقليدية عند التعامل مع التيارات المحتوية على الكبريت.يمثل التعامل مع كبريتيد الهيدروجين في تيارات العمليات تحديات هندسية متعددة تؤثر بشكل مباشر على اختيار وتصميم مبادل الحرارة. يشكل H₂S المذاب في المحاليل المائية حمضًا ضعيفًا يمكن أن يسبب تآكلًا عامًا على الفولاذ الكربوني ومهاجمة السبائك المعرضة للتآكل من خلال تشقق الإجهاد الكبريتي. علاوة على ذلك، في وجود الرطوبة، يمكن أن يساهم H₂S في التنقر الموضعي، خاصة تحت الرواسب أو في المناطق الراكدة - وهي مشاكل شائعة في معدات تبادل الحرارة.نادراً ما يتم عزل وجود H₂S في العمليات الصناعية؛ وعادة ما يصاحبه ثاني أكسيد الكربون (CO₂) والأمونيا (NH₃) والكلوريدات وأنواع الهيدروكربونات المختلفة. تخلق هذه الكيمياء المعقدة تأثيرات تآكل تآزرية تسرع من تدهور المواد. في أنظمة إزالة الكبريت القائمة على الأمين، على سبيل المثال، يمتص المذيب (مثل MEA أو DEA أو MDEA) H₂S من الغاز الحامض لتكوين "أمين غني" والذي يصبح شديد التآكل، خاصة في درجات الحرارة المرتفعة التي يتم مواجهتها في مبادلات الحرارة. يمكن أن يؤدي انهيار مذيبات الأمين إلى تكوين منتجات التحلل التي تزيد من تفاقم مشاكل التآكل والاتساخ.عندما يتم تسخين تيارات العمليات التي تحتوي على H₂S في المبادلات، تظهر مضاعفات إضافية:الحساسية للاتساخ: تميل التيارات الملوثة بالمواد الصلبة (مثل منتجات تآكل كبريتيد الحديد) إلى التراكم على أسطح نقل الحرارة، مما يقلل الكفاءة ويخلق مواقع تآكل تحت الرواسب.قيود درجة الحرارة: فوق درجات حرارة معينة، تزداد معدلات التآكل بشكل كبير، خاصة بالنسبة لمحاليل الأمين، مما يستلزم تصميمًا حراريًا دقيقًا.
3 تطبيقات محددة في أنظمة إزالة الكبريت3.1 وحدات تحلية الغاز الطبيعيفي عمليات تحلية الغاز الطبيعي القائمة على الأمين، تعمل مبادلات الحرارة اللوحية في الغالب كمبادلات أمين خفيف/غني حيث يقوم الأمين الخفيف الساخن (المذيب المتجدد) بتسخين الأمين الغني (المذيب المحمل بـ H₂S) مسبقًا قبل دخوله إلى عمود التجديد. هذه الخدمة صعبة بشكل خاص لأن الأمين الغني لا يحتوي فقط على H₂S و CO₂ ولكن أيضًا على الهيدروكربونات المختلفة ومنتجات التحلل التي يمكن أن تهاجم معدات تبادل الحرارة التقليدية.أظهر تطبيق PHEs في هذا الدور مزايا تشغيلية كبيرة. أفادت دراسة حالة من محطة تنقية الغاز الطبيعي في تشونغتشينغ أنه بعد تركيب مبادل حرارة لوحي بالتوازي مع وحدة الأنابيب والصدفة الموجودة، حافظ النظام على التشغيل المستمر حتى عندما حدث الاتساخ في المبادل التقليدي. سمح هذا التكوين الزائد عن الحاجة للمصنع بمواصلة العمليات أثناء إجراء الصيانة على الوحدة المتسخة، مما أدى إلى تحسين الموثوقية الإجمالية للنظام بشكل كبير.تؤثر كفاءة PHEs في هذا التطبيق بشكل مباشر على استهلاك الطاقة في المصنع. نظرًا لأن تجديد الأمين يستهلك طاقة عالية، فإن الكفاءة الحرارية للتبادل الخفيف/الغني تؤثر بشكل مباشر على واجب إعادة الغليان في عمود التجديد. أشارت إحدى الدراسات إلى أن كفاءة مبادل الحرارة اللوحي في استعادة الحرارة من الأمين الخفيف قللت الطاقة المطلوبة لتجديد الأمين بنحو 10-15٪ مقارنة بتصميمات الأنابيب والصدفة التقليدية.في هذا التطبيق، يتعامل PHE مع ناتج المفاعل الساخن الذي يحتوي على H₂S (كناتج تفاعل) والهيدروجين، وتبادل الحرارة مع التغذية الباردة. التصميم المدمج والكفاءة العالية لـ PHEs تجعلها مناسبة بشكل خاص لمشاريع التجديد حيث تكون قيود المساحة وكفاءة الطاقة من الاعتبارات الحاسمة.يتميز هذا التصميم المتكامل بطبقات طبقة المحفز مع ألواح تبادل حرارة مرتبة رأسيًا تزيل بشكل فعال حرارة التفاعل، مع الحفاظ على ملف تعريف درجة الحرارة الأمثل عبر طبقة المحفز. ينتج عن هذا التكوين تصميمًا مضغوطًا ومعامل نقل حرارة عالي وتقليل مقاومة السرير - وهو أمر ذو قيمة خاصة للتحكم في الأكسدة الشديدة الحرارة لـ H₂S في محولات كلاوس.
4 اعتبارات فنية لأنواع PHE المختلفة
الجدول: مقارنة أنواع PHE في خدمة H₂Sنوع PHEحد الضغطحد درجة الحرارةالمزاياالقيودتطبيقات H₂S النموذجية
محشو≤2.5 ميجا باسكال40-180 درجة مئويةقابلة للتنظيف بالكامل، قابلة للتوسيع، منخفضة التكلفةمحدودة بمواد الحشية
ماء التبريد، تبريد الأمين الخفيف
شبه ملحوم≤5.0 ميجا باسكال150-200 درجة مئويةيتعامل مع الوسائط المسببة للتآكل، وتقليل خطر التسرب
قابلية التنظيف الجزئيةتبادل الأمين الخفيف/الغني، تسخين/تبريد المذيب
ملحوم بالكامل≤10 ميجا باسكال
حتى 400 درجة مئوية
ضغط مرتفع4.1 مبادلات الحرارة اللوحية المحشوةتوفر مبادلات الحرارة اللوحية المحشوة التقليدية مزايا الصيانة السهلة، وقابلية التنظيف الكاملة، والمرونة الميدانية من خلال إضافة أو إزالة الألواح. ومع ذلك، في خدمة H₂S، تكون الحشيات المرنة القياسية عرضة للهجوم الكيميائي بواسطة الهيدروكربونات وأنواع الكبريت في محاليل الأمين، مما يؤدي إلى فشل سابق لأوانه. أدى تطوير مواد الحشيات المتخصصة مثل تركيبات مقاومة الأمين إلى تحسين الأداء بشكل كبير في هذه التطبيقات. تشير بيانات المجال إلى أن حشيات الأمين يمكن أن توفر عمر خدمة يتجاوز 15 عامًا في خدمة الأمين الغني، في حين أن المواد التقليدية قد تفشل في غضون أشهر.
4.2 مبادلات الحرارة اللوحية شبه الملحومةتمثل مبادلات الحرارة اللوحية شبه الملحومة، المصممة بأزواج ألواح ملحومة بالليزر مفصولة بحشيات، حلًا وسطًا مثاليًا للعديد من تطبيقات H₂S. في هذا التصميم، يتم عادةً حصر تيار H₂S الغني بالتآكل في القناة الملحومة، بينما يتدفق الوسط الأقل عدوانية (مثل ماء التبريد أو الأمين الخفيف) عبر الجانب المحشو. يزيل هذا التكوين خطر ملامسة الوسائط المسببة للتآكل للحشيات مع الاحتفاظ بفوائد الخدمة لوحدة محشوة جزئيًا.أظهر التصميم شبه الملحوم نجاحًا خاصًا في خدمة الأمين، حيث يزيل مشاكل التسرب في الوحدات المحشوة بالكامل مع تجنب قيود التنظيف للتصميمات الملحومة بالكامل. بالإضافة إلى ذلك، تحافظ هذه الوحدات على الكفاءة الحرارية والبصمة المدمجة المميزة لمبادلات الألواح مع توفير موثوقية معززة في الخدمة المسببة للتآكل.
4.3 مبادلات الحرارة اللوحية الملحومة بالكاملتمت معالجة القيد الرئيسي للوحدات الملحومة بالكامل - عدم القدرة على الفك للتنظيف الميكانيكي - من خلال ميزات التصميم المتقدمة. وتشمل هذه الممرات ذات الفجوة الواسعة ذات التدفق الحر التي تقاوم الاتساخ، وأنظمة التنظيف المتكاملة، والبروتوكولات المتخصصة للتنظيف الكيميائي. بالإضافة إلى ذلك، تشتمل بعض التصميمات على منافذ فحص للفحص البصري الداخلي - وهي ميزة قيمة لتقييم الحالة في خدمة H₂S الحرجة.
5.1 المواد المقاومة للتآكليعتبر اختيار المواد المناسبة أمرًا بالغ الأهمية لمبادلات الحرارة اللوحية في خدمة H₂S نظرًا لدور المركب في آليات التآكل المختلفة. المادة القياسية للعديد من الألواح في خدمة الأمين هي الفولاذ المقاوم للصدأ 316L، والذي يوفر مقاومة معقولة للتآكل الكبريتي في معظم الظروف القلوية. ومع ذلك، بالنسبة للبيئات الأكثر عدوانية التي تحتوي على الكلوريدات أو الظروف الحمضية، غالبًا ما تكون السبائك الأعلى ضرورية:254 SMO: مقاومة ممتازة لتشقق الإجهاد الناتج عن الكلوريد والتنقر، ومناسبة للبيئات المالحة.التيتانيوم: مقاومة فائقة لتيارات H₂S الحمضية، خاصة في وجود الكلوريدات.هاستيلوي/C-276: أداء فائق في الأحماض القوية (الكبريتيك، الهيدروكلوريك) والظروف المسببة للتآكل الشديدة.
سبائك النيكل: مناسبة لبيئات كاوية ذات درجة حرارة عالية وتركيز عالٍ.
5.2 اعتبارات الصيانة والتشغيلتركز استراتيجيات الصيانة الفعالة لمبادلات الحرارة اللوحية في خدمة H₂S على تخفيف الاتساخ ومراقبة التآكل والاستبدال الاستباقي للمكونات المعرضة للخطر. توفر المراقبة المنتظمة لانخفاض الضغط والاقتراب من درجة الحرارة مؤشرًا مبكرًا على الاتساخ أو تدهور الأداء. بالنسبة للوحدات المحشوة وشبه الملحومة، يمنع إنشاء برنامج استبدال الحشيات المخطط له بناءً على تاريخ التشغيل حالات الفشل غير المتوقعة.يمثل التنظيف الكيميائي نشاط صيانة حاسمًا، خاصة بالنسبة للوحدات التي تعالج التيارات المتسخة. تتضمن الإجراءات الفعالة:
التنظيف الدوري بالمذيبات المناسبة (محاليل حمض النيتريك للرواسب غير العضوية، والمذيبات المتخصصة للاتساخ العضوي/أمين البوليمر).النفث المائي عالي الضغط لحزم الألواح القابلة للإزالة.تؤثر الممارسات التشغيلية بشكل كبير على طول عمر PHE في خدمة H₂S. تساهم التغيرات التدريجية في درجة الحرارة (تجنب الصدمة الحرارية)، والحفاظ على السرعات ضمن نطاقات التصميم (لتقليل التآكل مع منع الاتساخ)، وتنفيذ إجراءات الإغلاق المناسبة (التصريف الكامل لمنع التآكل الموضعي) في إطالة عمر الخدمة.6 الخلاصة
في تحلية الغاز الطبيعي، تُظهر مبادلات الحرارة اللوحية أداءً فائقًا في تبادل الأمين الخفيف/الغني، مما يوفر استعادة حرارة معززة مع تحمل محاليل الأمين الغنية المسببة للتآكل. في تطبيقات المصفاة، فإنها توفر كفاءة استثنائية في وحدات إزالة الكبريت بالهيدروجين، مما يساهم في تحسين جودة المنتج وتوفير كبير للطاقة. تسلط التطبيقات المتخصصة في وحدات استعادة الكبريت الضوء على قدرة PHE على التكيف مع وظائف تبادل الحرارة التفاعلية المتكاملة.
يعد التطوير المستمر للمواد المقاومة للتآكل وهندسة الألواح المبتكرة والتصميمات الهجينة أمرًا واعدًا لتوسيع تطبيقات PHE في العمليات المتعلقة بالكبريت. نظرًا لأن ظروف المعالجة تصبح أكثر حدة مع معايير بيئية أكثر صرامة ومواد أولية صعبة بشكل متزايد، فإن المزايا المتأصلة لمبادلات الحرارة اللوحية - الحجم الصغير والكفاءة الحرارية ومرونة التصميم - تضعها كمساهمين مهمين بشكل متزايد في التشغيل الآمن والموثوق والاقتصادي في هذه الخدمات الصعبة.
أصبحت مبادلات الحرارة اللوحية (PHEs) مكونات لا غنى عنها في العمليات الصناعية التي تتعامل مع تيارات كبريتيد الهيدروجين (H₂S)، وخاصة في معالجة الغاز الحامض ووحدات إزالة الكبريت. تستكشف هذه الورقة الفنية التطبيقات المحددة والمزايا واعتبارات التصميم لأنواع مختلفة من مبادلات الحرارة اللوحية - بما في ذلك التصميمات المحشوة وشبه الملحومة والملحومة بالكامل - في البيئات التي تحتوي على H₂S. من خلال تحليل التطبيقات الواقعية عبر تنقية الغاز الطبيعي وإزالة الكبريت من المصافي ووحدات استعادة الكبريت، توضح هذه المقالة كيف تعالج مبادلات الحرارة اللوحية التحديات الفريدة التي تفرضها مركبات الكبريت المسببة للتآكل مع تحسين كفاءة الطاقة والموثوقية التشغيلية مقارنة بمبادلات الحرارة التقليدية ذات الأنابيب والصدفة. تدرس الورقة أيضًا اختيار المواد واستراتيجيات الصيانة والابتكارات التكنولوجية الحديثة التي تعزز الأداء في هذه التطبيقات الصعبة.1 مقدمةيمثل كبريتيد الهيدروجين أحد الملوثات الأكثر إشكالية التي يتم مواجهتها في معالجة النفط والغاز والتصنيع الكيميائي وعمليات التكرير. يشكل هذا المركب شديد السمية والتآكل تحديات كبيرة لمعدات المعالجة، وخاصة مبادلات الحرارة التي تعتبر ضرورية للإدارة الحرارية في أنظمة إزالة الكبريت. ظهرت مبادلات الحرارة اللوحية كالتكنولوجيا المفضلة للعديد من تطبيقات H₂S نظرًا لبصمتها المدمجة وكفاءة نقل الحرارة الفائقة وقدرتها على التكيف مع ظروف الخدمة الصعبة.لقد عالج تطور تصميمات PHE تدريجياً الصعوبات التي تسببها مركبات الكبريت، بما في ذلك مخاطر التآكل والاتساخ والتسرب. يمكن لمبادلات الحرارة اللوحية الحديثة التعامل مع المتطلبات الصارمة لمعالجة الغاز الحامض القائمة على الأمين ووحدات استعادة الكبريت وإزالة الكبريت بالهيدروجين للديزل حيث يكون H₂S إما ملوثًا معالجًا أو منتجًا ثانويًا للتفاعل. تدرس هذه الورقة كيفية أداء تكوينات PHE المختلفة في هذه البيئات، مع إيلاء اهتمام خاص للابتكارات الفنية التي تتغلب على قيود معدات نقل الحرارة التقليدية عند التعامل مع التيارات المحتوية على الكبريت.يمثل التعامل مع كبريتيد الهيدروجين في تيارات العمليات تحديات هندسية متعددة تؤثر بشكل مباشر على اختيار وتصميم مبادل الحرارة. يشكل H₂S المذاب في المحاليل المائية حمضًا ضعيفًا يمكن أن يسبب تآكلًا عامًا على الفولاذ الكربوني ومهاجمة السبائك المعرضة للتآكل من خلال تشقق الإجهاد الكبريتي. علاوة على ذلك، في وجود الرطوبة، يمكن أن يساهم H₂S في التنقر الموضعي، خاصة تحت الرواسب أو في المناطق الراكدة - وهي مشاكل شائعة في معدات تبادل الحرارة.نادراً ما يتم عزل وجود H₂S في العمليات الصناعية؛ وعادة ما يصاحبه ثاني أكسيد الكربون (CO₂) والأمونيا (NH₃) والكلوريدات وأنواع الهيدروكربونات المختلفة. تخلق هذه الكيمياء المعقدة تأثيرات تآكل تآزرية تسرع من تدهور المواد. في أنظمة إزالة الكبريت القائمة على الأمين، على سبيل المثال، يمتص المذيب (مثل MEA أو DEA أو MDEA) H₂S من الغاز الحامض لتكوين "أمين غني" والذي يصبح شديد التآكل، خاصة في درجات الحرارة المرتفعة التي يتم مواجهتها في مبادلات الحرارة. يمكن أن يؤدي انهيار مذيبات الأمين إلى تكوين منتجات التحلل التي تزيد من تفاقم مشاكل التآكل والاتساخ.عندما يتم تسخين تيارات العمليات التي تحتوي على H₂S في المبادلات، تظهر مضاعفات إضافية:الحساسية للاتساخ: تميل التيارات الملوثة بالمواد الصلبة (مثل منتجات تآكل كبريتيد الحديد) إلى التراكم على أسطح نقل الحرارة، مما يقلل الكفاءة ويخلق مواقع تآكل تحت الرواسب.قيود درجة الحرارة: فوق درجات حرارة معينة، تزداد معدلات التآكل بشكل كبير، خاصة بالنسبة لمحاليل الأمين، مما يستلزم تصميمًا حراريًا دقيقًا.
3 تطبيقات محددة في أنظمة إزالة الكبريت3.1 وحدات تحلية الغاز الطبيعيفي عمليات تحلية الغاز الطبيعي القائمة على الأمين، تعمل مبادلات الحرارة اللوحية في الغالب كمبادلات أمين خفيف/غني حيث يقوم الأمين الخفيف الساخن (المذيب المتجدد) بتسخين الأمين الغني (المذيب المحمل بـ H₂S) مسبقًا قبل دخوله إلى عمود التجديد. هذه الخدمة صعبة بشكل خاص لأن الأمين الغني لا يحتوي فقط على H₂S و CO₂ ولكن أيضًا على الهيدروكربونات المختلفة ومنتجات التحلل التي يمكن أن تهاجم معدات تبادل الحرارة التقليدية.أظهر تطبيق PHEs في هذا الدور مزايا تشغيلية كبيرة. أفادت دراسة حالة من محطة تنقية الغاز الطبيعي في تشونغتشينغ أنه بعد تركيب مبادل حرارة لوحي بالتوازي مع وحدة الأنابيب والصدفة الموجودة، حافظ النظام على التشغيل المستمر حتى عندما حدث الاتساخ في المبادل التقليدي. سمح هذا التكوين الزائد عن الحاجة للمصنع بمواصلة العمليات أثناء إجراء الصيانة على الوحدة المتسخة، مما أدى إلى تحسين الموثوقية الإجمالية للنظام بشكل كبير.تؤثر كفاءة PHEs في هذا التطبيق بشكل مباشر على استهلاك الطاقة في المصنع. نظرًا لأن تجديد الأمين يستهلك طاقة عالية، فإن الكفاءة الحرارية للتبادل الخفيف/الغني تؤثر بشكل مباشر على واجب إعادة الغليان في عمود التجديد. أشارت إحدى الدراسات إلى أن كفاءة مبادل الحرارة اللوحي في استعادة الحرارة من الأمين الخفيف قللت الطاقة المطلوبة لتجديد الأمين بنحو 10-15٪ مقارنة بتصميمات الأنابيب والصدفة التقليدية.في هذا التطبيق، يتعامل PHE مع ناتج المفاعل الساخن الذي يحتوي على H₂S (كناتج تفاعل) والهيدروجين، وتبادل الحرارة مع التغذية الباردة. التصميم المدمج والكفاءة العالية لـ PHEs تجعلها مناسبة بشكل خاص لمشاريع التجديد حيث تكون قيود المساحة وكفاءة الطاقة من الاعتبارات الحاسمة.يتميز هذا التصميم المتكامل بطبقات طبقة المحفز مع ألواح تبادل حرارة مرتبة رأسيًا تزيل بشكل فعال حرارة التفاعل، مع الحفاظ على ملف تعريف درجة الحرارة الأمثل عبر طبقة المحفز. ينتج عن هذا التكوين تصميمًا مضغوطًا ومعامل نقل حرارة عالي وتقليل مقاومة السرير - وهو أمر ذو قيمة خاصة للتحكم في الأكسدة الشديدة الحرارة لـ H₂S في محولات كلاوس.
4 اعتبارات فنية لأنواع PHE المختلفة
الجدول: مقارنة أنواع PHE في خدمة H₂Sنوع PHEحد الضغطحد درجة الحرارةالمزاياالقيودتطبيقات H₂S النموذجية
محشو≤2.5 ميجا باسكال40-180 درجة مئويةقابلة للتنظيف بالكامل، قابلة للتوسيع، منخفضة التكلفةمحدودة بمواد الحشية
ماء التبريد، تبريد الأمين الخفيف
شبه ملحوم≤5.0 ميجا باسكال150-200 درجة مئويةيتعامل مع الوسائط المسببة للتآكل، وتقليل خطر التسرب
قابلية التنظيف الجزئيةتبادل الأمين الخفيف/الغني، تسخين/تبريد المذيب
ملحوم بالكامل≤10 ميجا باسكال
حتى 400 درجة مئوية
ضغط مرتفع4.1 مبادلات الحرارة اللوحية المحشوةتوفر مبادلات الحرارة اللوحية المحشوة التقليدية مزايا الصيانة السهلة، وقابلية التنظيف الكاملة، والمرونة الميدانية من خلال إضافة أو إزالة الألواح. ومع ذلك، في خدمة H₂S، تكون الحشيات المرنة القياسية عرضة للهجوم الكيميائي بواسطة الهيدروكربونات وأنواع الكبريت في محاليل الأمين، مما يؤدي إلى فشل سابق لأوانه. أدى تطوير مواد الحشيات المتخصصة مثل تركيبات مقاومة الأمين إلى تحسين الأداء بشكل كبير في هذه التطبيقات. تشير بيانات المجال إلى أن حشيات الأمين يمكن أن توفر عمر خدمة يتجاوز 15 عامًا في خدمة الأمين الغني، في حين أن المواد التقليدية قد تفشل في غضون أشهر.
4.2 مبادلات الحرارة اللوحية شبه الملحومةتمثل مبادلات الحرارة اللوحية شبه الملحومة، المصممة بأزواج ألواح ملحومة بالليزر مفصولة بحشيات، حلًا وسطًا مثاليًا للعديد من تطبيقات H₂S. في هذا التصميم، يتم عادةً حصر تيار H₂S الغني بالتآكل في القناة الملحومة، بينما يتدفق الوسط الأقل عدوانية (مثل ماء التبريد أو الأمين الخفيف) عبر الجانب المحشو. يزيل هذا التكوين خطر ملامسة الوسائط المسببة للتآكل للحشيات مع الاحتفاظ بفوائد الخدمة لوحدة محشوة جزئيًا.أظهر التصميم شبه الملحوم نجاحًا خاصًا في خدمة الأمين، حيث يزيل مشاكل التسرب في الوحدات المحشوة بالكامل مع تجنب قيود التنظيف للتصميمات الملحومة بالكامل. بالإضافة إلى ذلك، تحافظ هذه الوحدات على الكفاءة الحرارية والبصمة المدمجة المميزة لمبادلات الألواح مع توفير موثوقية معززة في الخدمة المسببة للتآكل.
4.3 مبادلات الحرارة اللوحية الملحومة بالكاملتمت معالجة القيد الرئيسي للوحدات الملحومة بالكامل - عدم القدرة على الفك للتنظيف الميكانيكي - من خلال ميزات التصميم المتقدمة. وتشمل هذه الممرات ذات الفجوة الواسعة ذات التدفق الحر التي تقاوم الاتساخ، وأنظمة التنظيف المتكاملة، والبروتوكولات المتخصصة للتنظيف الكيميائي. بالإضافة إلى ذلك، تشتمل بعض التصميمات على منافذ فحص للفحص البصري الداخلي - وهي ميزة قيمة لتقييم الحالة في خدمة H₂S الحرجة.
5.1 المواد المقاومة للتآكليعتبر اختيار المواد المناسبة أمرًا بالغ الأهمية لمبادلات الحرارة اللوحية في خدمة H₂S نظرًا لدور المركب في آليات التآكل المختلفة. المادة القياسية للعديد من الألواح في خدمة الأمين هي الفولاذ المقاوم للصدأ 316L، والذي يوفر مقاومة معقولة للتآكل الكبريتي في معظم الظروف القلوية. ومع ذلك، بالنسبة للبيئات الأكثر عدوانية التي تحتوي على الكلوريدات أو الظروف الحمضية، غالبًا ما تكون السبائك الأعلى ضرورية:254 SMO: مقاومة ممتازة لتشقق الإجهاد الناتج عن الكلوريد والتنقر، ومناسبة للبيئات المالحة.التيتانيوم: مقاومة فائقة لتيارات H₂S الحمضية، خاصة في وجود الكلوريدات.هاستيلوي/C-276: أداء فائق في الأحماض القوية (الكبريتيك، الهيدروكلوريك) والظروف المسببة للتآكل الشديدة.
سبائك النيكل: مناسبة لبيئات كاوية ذات درجة حرارة عالية وتركيز عالٍ.
5.2 اعتبارات الصيانة والتشغيلتركز استراتيجيات الصيانة الفعالة لمبادلات الحرارة اللوحية في خدمة H₂S على تخفيف الاتساخ ومراقبة التآكل والاستبدال الاستباقي للمكونات المعرضة للخطر. توفر المراقبة المنتظمة لانخفاض الضغط والاقتراب من درجة الحرارة مؤشرًا مبكرًا على الاتساخ أو تدهور الأداء. بالنسبة للوحدات المحشوة وشبه الملحومة، يمنع إنشاء برنامج استبدال الحشيات المخطط له بناءً على تاريخ التشغيل حالات الفشل غير المتوقعة.يمثل التنظيف الكيميائي نشاط صيانة حاسمًا، خاصة بالنسبة للوحدات التي تعالج التيارات المتسخة. تتضمن الإجراءات الفعالة:
التنظيف الدوري بالمذيبات المناسبة (محاليل حمض النيتريك للرواسب غير العضوية، والمذيبات المتخصصة للاتساخ العضوي/أمين البوليمر).النفث المائي عالي الضغط لحزم الألواح القابلة للإزالة.تؤثر الممارسات التشغيلية بشكل كبير على طول عمر PHE في خدمة H₂S. تساهم التغيرات التدريجية في درجة الحرارة (تجنب الصدمة الحرارية)، والحفاظ على السرعات ضمن نطاقات التصميم (لتقليل التآكل مع منع الاتساخ)، وتنفيذ إجراءات الإغلاق المناسبة (التصريف الكامل لمنع التآكل الموضعي) في إطالة عمر الخدمة.6 الخلاصة
في تحلية الغاز الطبيعي، تُظهر مبادلات الحرارة اللوحية أداءً فائقًا في تبادل الأمين الخفيف/الغني، مما يوفر استعادة حرارة معززة مع تحمل محاليل الأمين الغنية المسببة للتآكل. في تطبيقات المصفاة، فإنها توفر كفاءة استثنائية في وحدات إزالة الكبريت بالهيدروجين، مما يساهم في تحسين جودة المنتج وتوفير كبير للطاقة. تسلط التطبيقات المتخصصة في وحدات استعادة الكبريت الضوء على قدرة PHE على التكيف مع وظائف تبادل الحرارة التفاعلية المتكاملة.
يعد التطوير المستمر للمواد المقاومة للتآكل وهندسة الألواح المبتكرة والتصميمات الهجينة أمرًا واعدًا لتوسيع تطبيقات PHE في العمليات المتعلقة بالكبريت. نظرًا لأن ظروف المعالجة تصبح أكثر حدة مع معايير بيئية أكثر صرامة ومواد أولية صعبة بشكل متزايد، فإن المزايا المتأصلة لمبادلات الحرارة اللوحية - الحجم الصغير والكفاءة الحرارية ومرونة التصميم - تضعها كمساهمين مهمين بشكل متزايد في التشغيل الآمن والموثوق والاقتصادي في هذه الخدمات الصعبة.
