ترقية نظام استعادة البخار الطرفي

بقلم غايلا بروستين، سبتمبر 2022

استخدام طاقة زينيث للطاقة قبل وبعد Zeeco التحديثيه

خلفية

تستخدم أنظمة استعادة البخار في مرافق تخزين الصهاريج منذ أكثر من 40 عاما وتم تطويرها لمعالجة اللوائح البيئية ، وخاصة فيما يتعلق بالتحكم في انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة (VOC) الناتجة أثناء نقل المنتجات النفطية. قد تكون هناك حاجة أيضا إلى معالجة البخار بسبب الرائحة أو مخاوف التعرض السامة. 

على مر السنين ، كان هناك العديد من التطورات والتحسينات المختلفة لمعدات التحكم في البخار ، ليس فقط في تصميم الوحدات وعملياتها وكفاءتها ، ولكن أيضا في القدرة على تحقيق انبعاثات أقل. توضح هذه المقالة كيفية Zeeco ساعد مرفق تخزين الخزان في إجراء ترقيات استراتيجية لوحدة استعادة البخار الحالية (VRU). أدت هذه الترقيات إلى تحسين موثوقية النظام مع تقليل تكاليف التشغيل والبصمة الكربونية.

تحميل دراسة حالة

موقف

تستخدم أنظمة VRU للكربون المنشط على نطاق واسع في مرافق تخزين الخزانات. وحدة الكربون المنشط هي في الأساس نظام ترشيح كبير. يتم توجيه أبخرة الخزان إلى سرير من الكربون المنشط الذي يزيل الهيدروكربونات من البخار عن طريق عملية تسمى الامتزاز. بمجرد أن يصبح السرير مشبعا بالهيدروكربونات ، يتم عزل السرير ويتم توجيه الأبخرة الإضافية إلى سرير كربوني ثان نظيف.

يتم تنظيف أول سرير كربوني من خلال عملية تسمى التجديد عن طريق إنشاء مكنسة كهربائية داخل السرير ، مما يؤدي إلى إطلاق الهيدروكربونات الممتزجة من الكربون المنشط وإزالتها من السرير. هناك حاجة إلى مضخة تفريغ واحدة أو أكثر لتجديد السرير ونقل تيار البخار ، الغني الآن بالهيدروكربونات ، إلى عمود ممتص. في عمود الامتصاص ، يتصل سائل هيدروكربوني (عادة البنزين) بتيار البخار الغني لتكثيف الكثير من هيدروكربونات مرحلة البخار في سائل. يتم إرجاع السائل الماص ، الذي يحتوي الآن على الهيدروكربونات المستردة ، إلى خزان التخزين الماص. في المتوسط ، يمكن ل VRU النموذجي لسرير الكربون استعادة ما يقرب من 1-2 جالون من البنزين مقابل 1000 جالون من البنزين المحمل.

الشكل 1 - مخطط الكربون المنشط VRU

طعن

نظرا لأن العديد من مرافق التحميل قد تقدمت في العمر ، فقد خلقت فرصا لجلب معدات التحكم في البخار القديمة إلى المعايير الحالية. كما كان هناك نمو كبير في أسواق توزيع البنزين، مما دفع العديد من مشغلي المحطات إلى البحث عن حلول لتوسيع منشآتهم. ويجري أيضا التفكير مليا في الكيفية التي لا يمكن بها للتحسينات أن تحسن العمليات والقدرات فحسب، بل تقلل أيضا من الانبعاثات والبصمة الكربونية.

في عام 2020 ، اتصلت محطة تخزين خزانات Zenith Energy في شمال شرق الولايات المتحدة Zeeco حول مشاكل الكربون المنشط الحالي VRU. تبلغ سعة تخزين المحطة ما يقرب من 400000 برميل للديزل الحيوي والبيوتان ونواتج التقطير والإيثانول والبنزين. كانت Zenith Energy تبحث عن حلول تسمح لها بزيادة قدرات التحميل الإجمالية وتقليل البصمة البيئية / الطاقة الإجمالية والتكاليف التشغيلية.

كانت المشكلة الرئيسية في VRU القديمة هذه هي مضخة التفريغ الحلقية السائلة (LRVP) الخاصة بالنظام ومعداتها المساعدة. كما يوحي الاسم ، تعتمد LRVPs على حلقة من السائل يتم الحفاظ عليها داخل غلاف المضخة. هذا السائل ، الذي يشار إليه غالبا باسم سائل الختم ، هو مزيج من الماء والمواد الكيميائية المضافة اللازمة للتجميد والحماية من التآكل. هناك حاجة إلى صيانة متكررة للحفاظ على سائل الختم عند مستوى وخليط مناسبين.

ستحتوي الأبخرة الخارجة من مضخة التفريغ على بعض سائل الختم الذي يتطلب توجيهها إلى وحدة فاصلة. يجب بعد ذلك توجيه سائل الختم من الفاصل مرة أخرى إلى مضخة التفريغ. عادة ما يكون المبادل الحراري مطلوبا أيضا لتبريد سائل الختم المسترد قبل إعادته إلى مضخة التفريغ. انظر الشكل 2 للاطلاع على مكونات نظام مناولة سوائل الختم.

الشكل 2 – حلقة سائل ختم LRVP

تتضمن مشكلات الصيانة الشائعة المتعلقة بأنظمة LRVP ما يلي:

• المعالجة المنتظمة لسائل الختم مع إضافات مكلفة
• مراقبة واستبدال سائل الختم المستهلك
• تدهور إضافات سائل الختم عند تعرض سائل الختم لبخار الإيثانول
• التخلص من سائل الختم المستخدم
• إصلاح / استبدال المبادلات الحرارية الداخلية بسبب التآكل
• إعادة بناء LRVP LRVP المطلوبة على فترات منتظمة
• صيانة مضخة السوائل المانعة للتسرب

التحدي الآخر لتشغيل LRVP هو أن هذه المضخات يجب أن تعمل بسرعة التصميم الكاملة في جميع الأوقات ولا يمكن رفضها أو تشغيلها بأسعار مخفضة. هذا يؤدي إلى استهلاك طاقة أعلى من اللازم وصيانة مضخة تفريغ أكثر تواترا.

شهد LRVP الخاص ب VRU في هذا الموقع العديد من متطلبات الصيانة المذكورة أعلاه. بالإضافة إلى ذلك ، نظرا لأن نظام VRU يستخدم تقنية LRVP القديمة التي لا يمكن رفضها ، فقد كان لديه استخدام مستمر للطاقة العالية ، حتى خلال فترات انخفاض التحميل في المحطة.

نظرا لأن هذه المحطة تحتوي على VRU واحد فقط ، فإن صيانة النظام أو إيقاف التشغيل غير المتوقع سيجبر المحطة الطرفية على إيقاف معظم عمليات النقل. وأدى ذلك إلى خسارة كبيرة في الإيرادات وصعوبات في سلسلة التوريد في المراحل النهائية.

حل

سأل مشغلو المحطة الخبراء في Zeeco اقتراح أي حلول من شأنها أن تسمح لهم بزيادة حجم وسرعة عملية التحميل ، وتقليل تكلفة العمليات والصيانة ، وتلبية متطلبات الانبعاثات المستقبلية. يجب أن يكون الحل أيضا فعالا من حيث التكلفة ويتم تنفيذه دون إيقاف العمليات الطرفية.

Zeecoعددا من التوصيات لمساعدة مشغلي المحطات على تحقيق أهدافهم. سيؤدي التغيير الأساسي إلى ترقية LRVP الحالي ومعداته المساعدة بمضخة تفريغ لولبية جافة حديثة. تعتبر مضخة التفريغ اللولبية الجافة أكثر كفاءة وتلغي الحاجة إلى سائل مانع التسرب ووعاء الفاصل الإضافي المرتبط به والمضخة والمبادل الحراري.

الشكل 3 - LRVP مقابل مكونات مضخة التفريغ الجاف

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن إيقاف تشغيل مضخة التفريغ اللولبية الجافة باستخدام محرك تردد متغير عند عدم الحاجة إلى سعة تفريغ كاملة. لم تحسن هذه التغييرات فقط من أوجه القصور في مضخة تفريغ السائل السابقة ، بل ألغت أيضا المعدات والخدمات الإضافية اللازمة لتشغيل المضخة ، مما أدى إلى انخفاض الصيانة وتكاليف المرافق ووقت التوقف.

Zeecoكما أوصى فريق الخدمات الميدانية العالمية باستبدال العديد من صمامات التسريب، وترقية مفاتيح الضغط ودرجة الحرارة إلى أجهزة الإرسال، ووحدة تحكم منطقية جديدة قابلة للبرمجة (PLC) مع شاشة واجهة الآلة البشرية (HMI) للسماح بتشغيل ومراقبة وحدة VRU بشكل أسهل. أدى استبدال الصمامات إلى زيادة كفاءة الاسترداد ، بينما مكن تركيب أجهزة الإرسال الجديدة و PLC من التحكم بشكل أكثر دقة في العملية. أضافت البرمجة في PLC الجديد أيضا قدرة VRU على الدخول في "وضع توفير الطاقة" خلال فترات الاستخدام المنخفض ، مما يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة ويمدد فترات الصيانة بشكل كبير.

كما مكنت إضافة PLC و HMI الجديدين النظام من تسجيل البيانات التاريخية مثل تاريخ الإنذار ، وساعات تشغيل المضخة ، ومستويات تركيز انبعاثات المخرج والضغوط ، واتجاهات الفراغ ودرجة الحرارة. وقد سمح ذلك بإنشاء جداول صيانة أكثر دقة للمكونات الفردية للنظام استنادا إلى ساعات ودورات التشغيل. وكانت معلومات الإنذار واتجاهات البيانات ذات قيمة أيضا لتحديد القضايا التشغيلية واستكشاف الأخطاء وإصلاحها.

في شتاء 2020 ، Zeeco بدأ التعديل التحديثي وزود مشغلي المحطة ب ZEECO® Zephyr™ ؛ وحدة احتراق بخار مثبتة على مقطورة (VCU) تشكل جزءا من Zeecoأسطول تأجير واسع. ال Zephyr تم تصميمه لتحقيق احتراق بدون دخان لمجموعة واسعة من معدلات التدفق مع كفاءة تدمير المركبات العضوية المتطايرة بنسبة 99٪ أو أعلى. من خلال الاستفادة من Zephyr, Zeeco كان قادرا على إعادة توجيه 100٪ من أبخرة VRU إلى VCU ، حيث تم حرقها بأمان. سمح ذلك للمحطة بالحفاظ على سلامة الأفراد والعملاء ، والبقاء ضمن اللوائح البيئية ، وأبقى المحطة تعمل بطاقتها التشغيلية المعتادة أثناء العمل على VRU.

الرسم التوضيحي 1 - وحدة احتراق Zephyr™ في الخدمة أثناء الانتهاء من ترقيات VRU

النتائج

أدت ترقيات النظام إلى تحسينات كبيرة في عمليات VRU ، مع إنتاجية أعلى وزيادة موثوقية. كما قلل وضع توفير الطاقة من استخدام الطاقة الكهربائية ل VRU بأكثر من 40٪ (انظر الشكل 3). كما تم تخفيض مستويات الانبعاثات بشكل كبير ، مما سمح للوحدة بالامتثال بالفعل للوائح الأكثر صرامة التي من المتوقع تنفيذها في المستقبل. وتتماشى هذه التحسينات أيضا مع المعايير البيئية والاجتماعية ومعايير الحوكمة الحالية (ESG). من وجهة نظر مالية ، كانت الترقية ناجحة أيضا. وكان العائد على الاستثمار (ROI) للتحديث الكامل أقل من عامين. 

أخذت زينيث زمام المبادرة لتحسين نظام VRU الخاص بها واستفادت عبر مناطق متعددة دون الحاجة إلى أي وقت توقف للمنشأة.

الشكل 3: استخدام الطاقة من زينيث قبل التعديل التحديثي وبعده

تحميل دراسة حالة