مقال فني عن فهم درجات حرارة المعدن المصممة في ورقة بيانات أفران مصافي التكرير

في هذا العمل، تم إعداد مقال تقني متكامل يشرح بالتفصيل مفهوم درجة حرارة المعدن المصممة (Metal Design Temperature) في سخانات المصافي، مع التركيز على الاختلاف بين تصميم السخانات التي تعمل عند درجات حرارة منخفضة نسبيًا (نحو 300 مئوية) وبين تلك التي تعمل عند درجات حرارة مرتفعة (600 مئوية وما فوق). فيما يلي أبرز ملامح المحتوى الذي تم تقديمه:

التمييز بين التصميم عند درجات الحرارة المنخفضة والعالية:

درجات الحرارة المنخفضة (Elastic Design):

عند هذه الدرجات لا تلعب ظاهرة الزحف (Creep) دورًا كبيرًا؛ لذا يُبنى التصميم على أساس حدود الإجهاد المرن (Elastic Stress)، ما يعني أنه إذا تم الالتزام بالتصميم فلن يكون هناك حد واضح للعمر التشغيلي طالما أن المعدن لم يتجاوز حدود الإجهاد المسموح بها.

درجات الحرارة المرتفعة (Creep-Rupture Design):

عند هذه الدرجات تصبح ظاهرة الزحف عاملًا حاسمًا؛ إذ يمكن أن يحدث تشوه دائم أو انهيار للمعدن حتى وإن كان الإجهاد أقل من حد الخضوع (Yield Stress). في هذه الحالة، يُبنى التصميم على أساس العمر التشغيلي المحدد (مثلاً 100000 ساعة)، ويُسمح بتجاوز درجة الحرارة المصممة أحيانًا، لكن ذلك يقلل من العمر التشغيلي المتوقع.

تعريف درجة حرارة المعدن المصممة في كلا النطاقين:

في درجات الحرارة المنخفضة:

هي درجة الحرارة عند الضغط التصميمي التي قد يحدث عندها الانهيار المفاجئ بسبب تجاوز الإجهاد المرن.

في درجات الحرارة المرتفعة:

هي درجة الحرارة عند الضغط التصميمي التي يضمن فيها التصميم عمرًا تشغيليًا محددًا (مثل 100000 ساعة أو 60000 ساعة... إلخ).

إمكانية تجاوز درجة حرارة المعدن المصممة:

في التصميم ذي الحرارة المنخفضة:

يُمنع تمامًا تجاوز درجة الحرارة المصممة؛ لأن الانهيار قد يحدث بسرعة كبيرة.

في التصميم ذي الحرارة المرتفعة:

يمكن التشغيل فوق درجة الحرارة المصممة بشرط تقليل العمر التشغيلي للسخان، شريطة عدم تجاوز “الحد الأقصى المطلق” لدرجة الحرارة (Limiting Design Metal Temperature) التي لا يُنصح بالتشغيل عندها لفترة طويلة.

الاستفادة من API 530 في تقدير عمر الأنبوب: يوضح المقال كيفية استخدام جداول ومعادلات API 530 لحساب الإجهاد عند ضغوط ودرجات حرارة مختلفة، ومن ثَم تقدير العمر المتبقي للأنابيب. يتطلب ذلك معرفة:

نوع السبيكة المعدنية (Alloy Type).

الضغط التصميمي (Design Pressure).

العمر التصميمي (Design Tube Lifetime).

أبعاد الأنبوب (قطر داخلي/خارجي وسمك الجدار).

مثال تطبيقي من الواقع:

بيانات تصميم سخان NHT (درجة حرارة تصميمية 600 مئوية، ضغط تصميمي 57 barg، مادة السبائك TP347H، عمر تصميمي 100000 ساعة، قطر خارجي 141.3 ملم، سمك 6.55 ملم).

تم التحقق من الحد الأقصى المطلق لدرجة الحرارة (Limiting Design Temperature) من جداول API 530، فتبين أنه 815 مئوية لهذا النوع من السبائك.

باستخدام معادلات API 530، يمكن حساب الإجهاد الفعلي عند الضغط التصميمي، ثم مطابقة هذا الإجهاد مع المنحنيات الخاصة بالسبائك (مثل 347H) لتحديد العمر التشغيلي المتوقع عند درجات حرارة مختلفة (مثل 600 مئوية، 620 مئوية، إلخ)، حيث يوضح المقال كيف تنخفض فترة التشغيل (العمر) كلما ارتفعت درجة الحرارة.

الخلاصة:

يوفر المقال فهمًا عميقًا لمفهوم درجات حرارة المعدن المصممة وآلية تأثير الحرارة على العمر التشغيلي للأنابيب في السخانات.

يساعد هذا المفهوم المهندسين على اتخاذ قرارات مدروسة بشأن تشغيل المعدات، وتقييم المخاطر، وإطالة عمر الأنبوب، وضمان السلامة.

يشجّع الكاتب على مناقشة هذه المفاهيم وتبادل الخبرات لتعزيز المعرفة الصناعية في هذا المجال.

هذا الوصف يبرز الجوانب العملية والنظرية للعمل، ويُظهر قيمة المقال كمرجع للمهندسين الراغبين في فهم كيفية التعامل مع سخانات المصافي وتقييم أداء الأنابيب والمواد في درجات حرارة مختلفة.