ثالثاً: الخدمات العامة لمصانع معالجة البترول

1. نقل المنتجات البترولية والغاز بين الأقسام

يعد العمل الدقيق المنتظم لكل عمليات النقل بين الأقسام أحد الشروط الأساسية لنجاح العمل الإنتاجي للمصنع. ويجب أن ينظم النقل بين الأقسام، بحيث يتوفر دائماً في مستودعات الخام احتياطي كاف من الخامات البترولية، وفي مستودعات المنتجات التجارية كمية كافية من السعات الفارغة، لاستقبال المنتجات البترولية من الوحدات.

تُنقل المنتجات البترولية خلال أنابيب التوصيل، التي تُعدُّ الصورة الوحيدة تقريباً والملائمة لنقل الخامات، والمنتجات نصف المصنعة، والمنتجات الجاهزة داخل المصنع أو داخل الأقسام والوحدات. والمنتجات السائلة إما أن تدفع في أنابيب التوصيل بواسطة المضخات، أو تتحرك تحت تأثير نقلها.

وتمد أنابيب التوصيل تحت الأرض وفوقها. ويستخدم وضع أنابيب التوصيل تحت الأرض عندما لا يسمح بزحم المساحات التي تمر بها هذه الأنابيب. وتمد الأنابيب فوق الأرض مباشرة أو على قوائم. ويوفر مد الأنابيب على القوائم منفذًا حرًّا إليها أثناء الإصلاح والملاحظة. ويجب عزل أنابيب التوصيل الموجودة فوق الأرض التي تنقل فيها المنتجات اللزجة، والقابلة للتجمد، كذلك أنابيب التوصيل ذات القطر الصغير التي يمر فيها البخار "الأنابيب المرافقة". وتطلى أنابيب التوصيل الموجودة فوق الأرض بدهان زيتي أو تغطى بالزفت لوقايتها من الصدأ.

ولوقاية الأنابيب الممدودة تحت الأرض من التحات، تطلى هذه الأنابيب بطبقة من العازل البتيوميني، وفي حالة مد أنابيب التوصيل في أنواع التربة الحاتة جداً، يستخدم ما يسمى بالوقاية الكاثودية، التي يكون من نتيجتها أن تصبح أنابيب التوصيل سالبة كهربياً، مما يضمن وقايتها من التحات الكيميائي.

ويوضع على أنابيب التوصيل ـ التي تنقل خلالها منتجات ساخنة ـ معادلات على صورة علب حشو، أو أنابيب ملتوية على شكل أنشوطة، لتفادي الانكسار والتشوه الناتجين عن تذبذب درجات الحرارة. وتتيح المعادلات لأنابيب التوصيل إمكانية التمدد أو الانكماش دون الإخلال بإحكامها.

وتستخدم الوصلات المشفهة عند تركيب الصمامات المنزلقة على أنابيب التوصيل، ولربط أنابيب التوصيل بالخزانات ومواسير الملء القائمة والأجهزة الأخرى، وكذلك لتحقيق إمكانية فك أنابيب التوصيل عند الإصلاح. وتلحم الشفاه بالأنابيب، ثم تربط الأنابيب المزودة بالشفاه بواسطة المسامير الملولبة أو المسامير عديمة الرأس. ويتوفر أحكام الوصلة المشفهة عن طريق حشو لين يوضع بين الشفاه.

2. محطات الضخ والضغط

الطريقة المثلى لنقل المنتجات البترولية السائلة هي تحركها بتيار ذاتي، عندما ينتقل المنتج تحت تأثير قوة التثاقل الأرضية، من السعة الموجودة على مستوى مرتفع إلى السعة أو إلى الوحدة الموجودة على ارتفاع أقل بكثير. ويتم أيضاً التحرك بتيار ذاتي، عند نقل المنتجات السائلة والغاز من الأجهزة التي تعمل تحت الضغط. وتنقل المنتجات السائلة والغازات في أغلب الأحوال بواسطة المضخات "للمنتجات السائلة"، والضواغط "للغازات".

وتنقسم محطات الضخ تبعاً لنوع السائل المنقول والغرض من العملية، إلى محطات ضخ الخامات، ومحطات ضخ المنتجات التجارية. وتوجد كذلك محطات ضخ للنقل داخل المصنع، تستخدم لضخ المنتجات نصف المصنعة، والمنتجات الجاهزة، من أجهزة استقبال الأقسام إلى الخزانات المتوسطة والمستودعات التجارية.

ولتسهيل سحب السوائل، من الضروري وضع محطات الضخ تبعاً لمكان وجودها، مثل: محطات ضخ خاصة بمستودعات التخزين، ومحطات ضخ للصب والتفريغ في أرصفة الشحن، ومحطات ضخ خاصة بمصايد البترول... إلخ.

وتستخدم في المصانع مضخات الطرد المركزي، والمضخات الماصة الكابسة، لضخ المنتجات السائلة.

وتتمتع مضخات الطرد المركزي بميزة كبيرة عن المضخات الماصة الكابسة، نظراً لرخصها النسبي وصغر حجمها وانتظام الضخ وبساطة التركيب والاستخدام. ولكن في حالة ضخ أنواع البترول والمنتجات البترولية اللزجة التي لا يمكن خفض لزوجتها بالتسخين، لا تستخدم إلا المضخات الماصة الكابسة، فقط إذ إن معامل فعالية مضخات الطرد المركزي ينخفض بشدة في هذه الحالة.

وتنقسم محطات الضغط تبعًا لنوع المنتج المضغوط إلى: محطات ضغط غازية ومحطات ضغط هوائية. وتستخدم محطات الضغط الغازية لضغط الغاز إلى ضغط معين، ثم نقله إلى وحدة معالجة الغاز المناظرة. وتستخدم محطات الضغط الهوائية للحصول على الهواء المضغوط الذي يستخدم لتشغيل الأجهزة والآلات التي تعمل بالهواء المضغوط. وفي العمليات والتفاعلات المختلفة التي تتطلب وجود أكسجين الهواء.

وتنقسم الضواغط تبعاً لمقدار ضغط الغاز المضغوط "الضغط الزائد" إلى:

أ. ضواغط الضغط المنخفض "من 3 إلى 25 ضغط جوي".

ب. ضواغط الضغط المتوسط "من 25 إلى 60 ضغط جوي".

ج. ضواغط الضغط المرتفع "من 60 إلى 350 ضغط جوي".

د. ضواغط الضغط فوق المرتفع "أكثر من 350 ضغط جوي".

وتنقسم الضواغط تبعاً لعدد مراحل الانضغاط إلى: ضواغط أحادية وثنائية وعديدة المراحل. ويعتمد إنتاج الضاغط أساساً على ضغط الغاز المسحوب وعلى سعة المرحلة الأولى. فيزداد إنتاج الضاغط بزيادة حجم المرحلة الأولى وارتفاع الضغط في خط السحب.

وتنقسم الضواغط تبعاً لطريقة تشغيلها إلى: ضواغط مزودة بمجموعة إدارة، وضواغط مزودة بمحرك غازي. وتتكون ضواغط النوع الأول من الضاغط وجهاز إدارته "المحرك"، ويرتبط الضاغط بالمحرك بواسطة: جلبة مشقوقة ذات شفتين، أو صندوق مسننات لتخفيض السرعة أو مجموعة لنقل الحركة بالسيور. وضواغط النوع الثاني هي آلة تتكون من محرك غازي وضاغط.

وتنقسم الضواغط تبعاً لطريقة عملها إلى: ضواغط كباسية وضواغط دورانية وضواغط توربينية.

3. المستودعات التجارية لسعات المنتجات البترولية

تحفظ منتجات المصنع الجاهزة في المستودعات التجارية، إلى أن ترسل إلى المستهلك. وتوجد عادة في المصنع عدة مستودعات تجارية، تحفظ في كل منها المنتجات البترولية من نوع معين.

ويختار حجم الخزانات في المستودعات التجارية وعددها تبعاً لكمية المنتجات التجارية المنتجة ومدة تخزينها. ومن الملائم تخصيص ما لا يقل عن ثلاثة خزانات تجارية لكل منتج، إذ يتوفر بذلك العمل المستمر للعمليات التجارية. فيمكن في حالة وجود ثلاثة خزانات، إجراء عملية الشحن من أحدها، وفي الوقت نفسه، يملأ الثاني بالمنتج، ويستخدم الخزان الثالث المملوء لتقدير اختبار جودة المنتج.

ويجب أن توضع المستودعات التجارية في أكثر أماكن المصنع انخفاضاً، وعلى مسافة بعيدة من الوحدات الإنتاجية الأساسية. ويجب المحافظة على هذا الشرط لتجنب دخول المنتجات البترولية في الوحدات الإنتاجية، في حالة حدوث خلل في المستودع التجاري.

وتجهز مستودعات التخزين بأنابيب توصيل، وأجهزة قياس، وأنابيب توصيل المياه لإطفاء الحريق، وجهاز إطفاء رغوي. وتبنى الاستحكامات اللازمة حول مستودعات التخزين فوق الأرض وفي باطنها، وذلك لتجنب سكب المنتجات البترولية على مساحات كبيرة عند انفجار الخزانات. وتسور كل منطقة المستودع، وتجهز بمجارٍ صناعية ومجارٍ للسيول كما تشق طرق وصول للمستودعات.

4. فقد البترول والمنتجات البترولية أثناء الحفظ وطرق القضاء عليه

يلاحظ فقد البترول والمنتجات البترولية في مصانع معالجة البترول أثناء إجراء العمليات التقنية المختلفة، وكذلك أثناء تخزين البترول والمنتجات الجاهزة ونقلها.

والفقد يكون إما فقد سوائل أو فقد غازات.

ويمكن تقسيم الفقد تبعاً لنوع عمليات النقل إلى: فقد في الخزانات، وفقد أثناء الشحن والتفريغ.

ويقسم الفقد تبعاً لطابع أسباب ظهوره إلى: فقد أثناء التشغيل، وفقد أثناء الحوادث.

ويحدث فقد البترول والمنتجات البترولية في الصورة السائلة، نتيجة للتسرب الطفيف خلال المواضع غير المحكمة في الخزانات وأنابيب التوصيل والمضخات، وكذلك أثناء صرف المياه المروقة من السعة وتنظيف الأخيرة، عندما تفقد كمية قليلة من المنتجات البترولية مع الماء والقاذورات.

وتفقد المنتجات البترولية على صورة غازات، نتيجة لتسرب الأبخرة المتكونة فوق سطح المنتجات البترولية السائلة الموجودة في الخزانات إلى الجو.

ويزداد الفراغ الغازي في الخزان عند سحب المنتج، ويملأ هذا الفراغ بالهواء الداخل عن طريق صمام الهواء، وكذلك بأبخرة كميات السائل الجديدة المستبخرة. وعند الشحن يملأ السائل الفراغ الغازي، وتطرد الغازات من الخزان في الجو عن طريق صمام الهواء.

ويطلق على تغير حجم الفراغ الغازي، نتيجة لتغير منسوب المنتجات البترولية أثناء شحن الخزان وتفريغه مصطلح "التنفس الكبير" للخزان.

إلا أنه يمكن دخول الهواء الجوي في الفراغ الغازي للخزان، وطرد أبخرة المنتجات البترولية منه، كذلك في حالة ثبوت منسوب المنتج البترولي، وذلك نتيجة لتذبذب درجة الحرارة في الفراغ الغازي عند تغير درجة حرارة الهواء الخارجي. ويطلق على هذه الظاهرة مصطلح "التنفس الصغير" للخزان.

ويعتمد الفقد عند طرد أبخرة القطفات الخفيفة من الخزان على: درجة تطاير المنتجات البترولية، وحجم الفراغ الغازي فوق منسوب السائل في الخزان، وحدود تذبذب كل من درجة حرارة الغازات فوق سطح المنتج ودرجة حرارة هذا السطح.

ولا يحدث الفقد نتيجة للتبخر في الخزانات فقط، وإنما أثناء عمليات الشحن والتفريغ أيضاً. فيتبخر المنتج أثناء صبه في صهاريج السكك الحديدية طوال عملية ملء سعة الصهريج. ومع امتلاء كل سعة الصهريج بالسائل تطرد هذه الأبخرة في الجو.

وتتخذ التدابير الآتية لخفض فقد البترول والمنتجات البترولية والقضاء على هذا الفقد:

أ. إحكام غلق الخزانات بأكبر درجة ممكنة، مع استخدام أجهزة التقاط القطفات السهلة التبخر. وللقضاء التام على الفقد نتيجة لتبخر المنتجات، يجب تشييد خزانات محكمة أفقية وكروية وشبه كروية، تخزن فيها المنتجات تحت ضغط مرتفع. ويسمح استخدام مثل هذه الخزانات بالإحكام التام لعمليات شحن وتفريغ السعات. ويتذبذب في هذه الحالة الضغط داخل الخزانات، ولا يمكن إخراج الأبخرة في الجو إلا في حالة الضرورة، لتجنب الحوادث عندما يزيد الضغط في الخزان عن المعدل المقرر. وتستخدم السقوف "المتحركة" في الخزانات الأسطوانية لخفض الفقد نتيجة لتبخر المنتج. وتغطي هذه السقوف كل مرآة التبخر وتمحو الفراغ الغازي للخزان.

ب. خفض درجة حرارة الفراغ الغازي وتقليل التذبذب اليومي لدرجة الحرارة وذلك بطلي المستودع بطلاء خاص يعكس أشعة الشمس.

5. الخزانات ومستودعات الغاز

الخزانات المعدنية الأفقية الأسطوانية الملحومة هي أكثر أنواع الخزانات المستخدمة في تخزين البترول والمنتجات البترولية انتشاراً. ويتراوح حجم هذا النوع من الخزانات بين 100 و10 آلاف م³ وتنتمي إلى الخزانات ذات السعة الكبيرة. أما الخزانات ذات السعة الصغيرة فحجمها من 5 إلى 70 م³.

وتزود الخزانات بسلالم تبعاً لسعتها. فالخزانات التي سعتها 100 و200 م³ تزود بسلالم ذات ممر واحد والتي تتراوح سعتها بين 300 و1000م³ بسلالم ذات ممرين والتي تتراوح سعتها بين 2000 إلى 5000م³ بسلالم عديدة الممرات ذات تركيب منجمي.

ويتحدد نوع الخزانات وعددها تبعاً لنوع المنتج البترولي، وحجم الخزان والسرعة الضرورية لضخ المنتج وسحبه. (اُنظر شكل معدات خزان المنتجات الفاتحة) و(شكل معدات خزان المنتجات الغامقة). وتتمتع الخزانات ذات المقاسات المختلفة بنمطية استخراج العينات sampler وبجهاز قياس المناسيب.

وتشيد الخزانات الأسطوانية القائمة، ذات السقوف والقيعان الكروية، للضغوط الداخلية المرتفعة في الفراغ الغازي. وتصنع خزانات هذا النوع بسعات 200 و300 و500 و700 و1000 و1500 و2000 م³. وتنضم الخزانات ذات السقوف "المتنفسة" "مستودعات الغاز" وذات السقوف "المتحركة" وذات السقوف الغشائية وغيرها، إلى الخزانات الأسطوانية القائمة ذات السقوف الخاصة.

وتنتهي خزانات قياس الغاز بسقف منزلق، يصنع على شكل ناقوس يتحرك عموديًّا في مانع تسرب أيدرولي خاص. (اُنظر شكل خزان ذو سقف متنفس) ويوضع لكل مجموعة مكوّنة من خمسة خزانات تجارية للبنزين ذات سعة 5000م3 خزان واحد، ذو سقف "متنفس"، سعته 6000 م³، يتصل بالخزانات الأخرى بواسطة توصيلات خاصة بالغاز.

وتفصل مرآة تبخر السائل في الخزانات، ذات السقوف المتحركة، (اُنظر شكل الخزان ذي السقف المتحرك)، عن الوسط المحيط بها، عن طريق إقامة عوامات خاصة تعوم بحرية على سطح السائل. ويحكم سد الشقوق بين الجسم والعوامة بواسطة حلقات مانعة. ويؤدي عدم وجود الفراغ الغازي فوق سطح المنتج البترولي إلى انعدام فقد أبخرة المنتجات البترولية نتيجة "لتنفس" المستودعات.

ويهيئ غشاء تعويض الغاز، في الخزانات ذات السقوف الغشائية إمكانية انضغاط الغازات وتمددها في الخزانات دون خروجها إلى الجو.

وتستخدم الخزانات الحديدية الأسطوانية الملحومة الأفقية، (اُنظر شكل الخزانات الأسطوانية الأفقية)، بشكل محدود، نظراً لزيادة الاستهلاك النوعي للمعدن لكل 1 م³ من السعة بالمقارنة مع الخزانات القائمة.

وتستخدم الخزانات الأفقية لتخزين قطفات البنزين الرأسية والغازات المتكثفة تحت ضغط مرتفع. وتستخدم في المصانع خزانات تصل سعتها إلى 50 م³ وتعمل تحت ضغط 18 ضغط جوي، وخزانات تصل سعتها إلى 100 م³ وتعمل تحت ضغط 7 ضغط جوي. وتزود الخزانات بصمامات أمان.

وفي الخزانات الكروية الحديدية الملحومة، (اُنظر شكل الخزان الكروي)، تحفظ تحت الضغط الغازات السائلة "البروبان والبيوتان"، التي تتميز أبخرتها بمرونة مرتفعة وتبنى خزانات هذا النوع بسعات 400 و 600 و 800 م³.

وتستخدم الخزانات الموجودة في باطن الأرض، والمصنوعة من الخرسانة المسلحة، لحفظ الأنواع المتطايرة من البترول والمنتجات البترولية، وكذلك للمنتجات البترولية المسخنة. واستهلاك المعدن في خزانات هذا النوع أقل ما يمكن، كما أنها فعالة من وجهة نظر تقليل فقد المنتجات البترولية.

وتغطى الخزانات الخاصة بالمنتجات البترولية الفاتحة بواسطة ألواح رقيقة من الصلب. وتتم هذه التغطية أثناء عملية صنع المجمعات والأجزاء الهيكلية.

ويعتمد شكل الخزان على سعته: فالخزانات المدورة تراوح سعتها بين 100 و1000 م³ والمدورة المستطيلة بين 2000 و3000 م³، والمستطيلة بسعة 5000 م³ وأكثر. (اُنظر شكل الخزان المغطى)

وتستخدم مستودعات الغاز لحفظ الغازات، وهي خزانات حديدية ذات شكل أسطواني أفقي أو أسطواني قائم أو كروي. ويرتفع الضغط في مستودعات الغاز عند ملئها بالغاز، وينخفض عند سحب الغاز منها.

ويختار نوع المستودع تبعاً لمقدار ضغط الغاز. فتستخدم للغازات تحت ضغط 10 - 20 ضغط جوي مستودعات الغاز ذات الحجم الثابت والضغط المتغير للغاز. أما للغازات التي لا تتجاوز ضغطها 0.5 ضغط جوي، فتستخدم مستودعات الغاز ذات الحجم المتغير والضغط الثابت للغاز. وتنقسم هذه المستودعات إلى نوعين: النوع المبتلّ والنوع الجاف. وأما المبتل فيتكون من خزان أسطواني قائم مملوء بالسائل. ويتحرك بحرية في هذا الخزان ناقوس حديدي في اتجاه رأسي. ويدخل الغاز في المستودع أسفل الناقوس الذي يرتفع في هذه اللحظة إلى أعلى.

ويهبط الناقوس في لحظة خروج الغاز من المستودع. ولا يمكن أن يتسرب الغاز من أسفل الناقوس إلى الجو إذ يوجد مانع تسرب أيدرولي بين جسم مستودع الغاز والناقوس.

أما مستودع الغاز الجاف ذو الحجم المتغير فخزان أسطواني قائم يتحرك داخله قرص "سقف". ويتوصل إلى الإحكام بين الجسم والسقف المتحرك بواسطة حشو خاص لدن وبواسطة مانع تسرب أيدرولي حلقي مملوء براتنج.