الأفران المستخدمة في المصافي النفطية
الفرن عبارة عن صندوق كبير مصمم لإعطاء الحرارة المطلوبة وذلك بحرق الوقود مع الهواء خلال مشاعل الفرن وهي من أهم اجزاء الوحدات التشغيلية للافران أسماء وأنواع مختلفة وتطلق عليها باللغة الانكلزية بتسميات متعددة هي (kiln, oven, furnace) ولها صفات عديدة ذات علاقه بنوع الصناعه المختلفة التي يستخدم الفرن فيها.
ويستخدم الفرن بصورة عامة لتسخين المواد ولتصنيع منتوجات معينة من خاماتها ولعمليات التبخبير.....الخ وكذلك تستخدم الافران بمختلف أنواعها لتسخين السوائل إلى درجة حرارة عالية تصل إلى (815) درجة مئوية وتتالف جميع الافران من تجويف مبطن بمواد عازلة للحرارة أو عاكسة تدعى (refractory materials) ويجهز ذلك التجويف بالطاقة الحرارية بدرجات حرارة عالية ويستخدم لتسخين الافران الوقود الغازي أو السائل والنواتج العرضية (by. Products) الناتجة من المصافي.
ويحتوي الافران على غرفتين، غرفة الاشعاع (radiation zone) وغرفة الحمل (convection zone) ويمتص ملف الانابيب داخل غرفة الاشعاع حرارة الاشعاع من الوقود المحترق في أثناء تسخين الانابيب في غرفة الحمل بواسطة الحرارة الناتجة من تلامس غازات الاحتراق الساخنة وقد تصل حرارة الاشعاع داخل حيز الاشعاع إلى (1300- 1600)درجة فهرنهاتية وتصل كمية الحرارة إلى (5000000)BTU/HR ويمتص قسم من حرارة الاشعاع بواسطة الانابيب والمادة بداخلها وينتقل القسم الاخر من الحرارة إلى السطح الداخلي للفرن. فيبدأ الأخير في اشعاع الحرارة أيضا ويرفع امتصاص الحرارة من غرفة الحمل من كفاءة التسخين وتمتص الحرارة عادة بحدود(25-35 %) من حرارة غرفة الاشعاع وتمرر المادة المراد تسخينها عادة في انابيب غرفة الحمل اولا وبعد ذلك إلى انابيب غرفة الاشعاع ذي درجة حرارة أعلى وتنخفض درجة حرارة غازات الاحتراق بعد مرورها في غرفة الحمل
وبالإمكان استخدامها بعد ذلك للأغراض أخرى كما في تسخين الهواء والماء الطابوق الناري أو الحراريات(refractory):-
الحراريات أو الطابوق الناري عبارة عن مواد مصنعة من اكاسيد معينة ذات درجات انصهار عالية مثل (Fe2O3, Cr2O3, MgO, AL2O3, SIO2) وتمتاز بمقاومة عالية للتاكل عند درجات الحرارة العالية ويؤثر اختيار النوع الملائم منها على سلامة هذه الأجهزة وادامتها ويتصف الطابوق الناري بما ياتي:- قابلية تحمل عالية لدرجات الحرارة المرتفعة متانة عالية عند التسخين كونه ذا معامل تمدد منخفض بتاثير درجات الحرارة ويمكن تصنيف الطابوق الناري حسب تركيبه الكيمياوي وقابليته للتحمل الحراري ويمكننا عموما الاعتماد في التصنيف على الأنواع الاتية:- السليكا((silica الالومينا(alumina) والمنغنيسيوم (magnesia) والكرومايت (chromate) وكذلك هنالك طابوق ناري غالي الثمن مثل (ThO2 ,ZrO2, BeO) وتستخدم هذه الأنواع لأغراض البحوث وتصل درجة انصهارها أعلى من 1900 ويستخدم الطابوق الناري في تبطين الافران والمراجل البخارية والمواقد وتتكون في العادة جدران الفرن الداخلية من الطابوق الناري لمواجهة النار والتسخين ويليه طابوق عازل لمنع تسرب الحرارة إلى الخارج وبعده طابوق عادي أو غلاف حديدي لحماية الافران من تأثيرات الخارجية وتتاثر جدران غرفة الاحتراق حسب شدة التسخين نوع الوقودالمستعمل مدى انتظام الشعلة وشدتها تصنيف الافران الافران بصورة عامة هي أجهزة تسخين. فتصنيفها الرئيسي يعتمد على طريقة تجهيز الحرارة ويشمل التصنيف الأنواع التالية
1-فرن الموقد (hearth furnace) ويستعمل في صناعة الزجاج
2-الفرن المحوري(shaft furnace) ويستعمل في صناعة الجص
3-الفرن الدوار(rotary furnace) ويستعمل في صناعة السمنت
4-فرن البودقة(crucible furnace) يستعمل لصهر كميات قليلة من المعادن الحديدية وغير الحديدية
5-فرن التحويل (converters furnace) وتستعمل لصهر المعادن وسباكها مثل الالمنيوم والنحاس
6-فرن النفاخ (blast furnace) ويستخدم لتعدين الحديد
7-افران متنوعة أخرى(some miscellaneous furnace) مثل فرن حرق الكبريت والفرن الكهربائي والفرن المختبري
الافران المستخدمة في الصناعة النفطية (petroleum refiner furnace) تستخدم الافران التالية في المصافي
1-الافران الصندوقية box-type furnace 2
2-الافران الاسطوانية cylindrical furnace 3
3-الافران على شكل a A FRAM FURNACE
وكذلك يمكن تصنيف الافران حسب نوعية عملية سحب الغازات وكالاتي
1-السحب الطبيعي NATURAL DRAFT 2
2-السحب المستحث INDUCED DRAFT 3
3-السحب الامبياري FORCED DRAFT
اجزاء الفرن الرئيسية
1-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
2: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 registerفي حالة وجود مشاعل غير كاملة يجب أن تغلق فتحات التهوية له.
