مدیریت رسوبات معدنی در مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله صنعت نفت و گاز

نوع مقاله : ترویجی

نویسندگان

1 محقق پسادکتری، بخش مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه شیراز، شیراز

2 استاد مهندسی شیمی، بخش مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه شیراز، ، شیراز

چکیده

یکی از تجهیزات مهم در واحدهای عملیاتی صنایع نفت، گاز و انرژی، مبدل­های حرارتی هستند. علاوه بر طراحی، عملیات تعمیر و نگهداری آن­ها در صنعت بر اساس گزارش­های میدانی در خصوص تشکیل رسوبات معدنی به دلیل وجود انواع سیالات فرآیندی در شرایط عملیاتی متنوع و در معرض سطوح انتقال حرارت، از نظر عملیاتی مهندسی فرآیند و اقتصادی، قابل توجه است. بنابراین آگاهی از روش­های مختلف مدیریت رسوب در این دسته از تجهیزات و اعمال آن­ها در واحدهای عملیاتی، برای مهندسین و مدیران حیاتی است. بدین ترتیب، روش­های کنترل رسوبات معدنی از جمله حذف و جلوگیری از تشکیل رسوب شامل روش­های فیزیکی و شیمیایی مرسوم، علاوه بر روش­های بر پایه تکنولوژی فراصوت در این مقاله به تفصیل مورد بررسی قرار گرفته است. هم­چنین به منظور اثبات پیشنهاد قوی این مقاله مبنی بر اعمال روش­های فراصوت در صنعت نفت و گاز، نتایج قابل توجه رسمی از معدود دفعات کاربری این تکنولوژی در صنایع ارائه شده است. نتایج بیان­گر آن است که به طور کلی مدیریت رسوب و به ویژه استفاده از تکنولوژی فراصوت، منجر به افزایش کارآیی مبدل­ها و کاهش هزینه­های عملیاتی می­شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Mineral Scale Management in Shell & Tube Heat Exchangers of Oil and Gas Industries

نویسندگان [English]

  • Leila Mshmoodi 1
  • M. Reza Malayeri 2
1 Postdoctoral Research Assistant, Department of Chemical Engineering, School of Chemical and Petroleum Engineering, Shiraz University, Shiraz, Iran
2 Professor, Department of Chemical Engineering, School of Chemical and Petroleum Engineering, Shiraz University, Shiraz, Iran
چکیده [English]

Shell & tube heat exchangers are known as one of the most important devices in oil, gas, and energy industries. Alongside their design, their maintenance would also be of prime importance when they are prone to mineral scale formation. According to the field reports, the mineral scaling can be formed in heat exchangers due to the presence of fluid precursors at different operating conditions as well heat transfer surface conditions. Thus, in-depth knowledge of the best management methods to control scale formation in heat exchangers is indispensable for engineers. In this paper, various methods of controlling mineral scale formation, including removal and inhibition, i.e., conventional physical and chemical methods, and ultrasonic technology have been examined for an industrial case study. Moreover, several statistics from the field reports have been examined to prove that the utilization ultrasonic would clean the exchanger under study. The results show that scale management especially the use of ultrasonic technology would lead to an increase in the efficiency of heat exchangers as well as a significant reduction in operating costs.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Shell & Tube Heat Exchangers
  • Mineral Scale Management
  • Scale Removal Methods
  • Ultrasonic Technology

مراجع

[1] G. F. Hewitt, G. L. Shires, T. R. Bott, Process Heat Transfer. CRC Press, 1994.
[2] R. K. Shah, Classification of heat exchangers., no. (eds.), Washington, U.S.A.: Hemisphere Publishing Corp., pp. 9-14, 1983.
[3] A. M. M., "Fouling of heat-transfer surfaces", Heat Transfer-Theoretical Analysis, Experimental Investigation and Industrial System, Intech Open, 2011.
[4] H. Müller-Steinhagen, M. R. Malayeri, A. P. Watkinson, "Fouling of heat exchangers-new approaches to solve an old problem", Heat Transf. Eng., vol. 26, no. 1, pp. 1–4, 2005.
[5] A. H. Nikoo, M. R. Malayeri, A. Al-Janabi, "Fouling Propensity of Modified Heat Transfer Surfaces", Heat Transf. Eng., vol. 41, no. 11, pp. 919–933, 2020.
[6] T. Lestina, "Heat Exchangers Fouling, Cleaning and Maintenance", Handbook of Thermal Science and Engineering, Springer, Cham, 2017, pp. 1–33.
[7]  H. Müller-Steinhagen, M. R. Malayeri, A. P. Watkinson, "Heat exchanger fouling: Mitigation and cleaning strategies", Heat Transf. Eng., vol. 32, no. 3–4, pp. 189–196, 2011.
[8] N. Kamar, M. Le Page Mostefa, H. Muhr, P. O. Jost, "Influence of ultrasonic treatment on heat transfer in the heat exchanger", J. Phys. Commun., vol. 6, no. 9, 2022.
[9]  M. Legay, N. Gondrexon, S. Le Person, P. Boldo, A. Bontemps, "Enhancement of heat transfer by ultrasound: Review and recent advances", Int. J. Chem. Eng., vol. 2011.
[10] J. Bucko, W. Benzinger, "Mitigation of Crystallization Fouling in Microstructured Heat Exchangers Using Ultrasound", vol. 2013, pp. 362–368, 2013.
[11] X. Zhang, J. Kang, S. Wang, J. Ma, T. Huang, "The effect of ultrasonic processing on solidification microstructure and heat transfer in stainless steel melt,” Ultrason. Sonochem., vol. 27, no. 1, pp. 307–315, 2015.
[12] B. Kieser, R. Phillion, S. Smith, and T. Mccartney, “The Application of Industrial Scale Ultrasonic Cleaning To Heat exchangers", Heat Exch. Fouling Clean. - 2011, vol. 2011, no. 1961, pp. 336–338, 2011.
[13] J. A. Dodds et al., The effect of ultrasound on crystallisation-precipitation processes: Some examples and a new segregation model To cite this version: HAL Id : hal-01649522, 2018.
[14] N. M. Musyoka, L. F. Petrik, E. Hums, H. Baser, W. Schwieger, "In situ ultrasonic monitoring of zeolite A crystallization from coal fly ash", Catal. Today, vol. 190, no. 1, pp. 38–46, 2012.
[15] Y. Hu, Y. Shen, J. Wang, "Pretreatment of antibiotic fermentation residues by combined ultrasound and alkali for enhancing biohydrogen production", J. Clean. Prod., vol. 268, p. 122190, 2020.
[16] K. Thulukkanam, Heat Exchanger Design Handbook, 2nd edition, 2nd ed. New York: Taylor & Francis Group, 2013.
[17] J. Taborek, T. Akoi, R. B. Ritter, J. W. Palen, "Fouling: the major unresolved problem in heat transfer", Chem. Eng. Prog., vol. 68, no. 59, 1972.
[18] R. C. Byrne, Standards of the Tubular Exchanger Manufactures Association, 2019.
[19] H. Müller-Steinhagen, "Cooling-Water Fouling in Heat Exchangers", Adv. Heat Transf., vol. 33, no. C, pp. 415–496, 1999.
[20] M. J. Ashley, "Preventing deposition on heat exchange surfaces with ultrasound", Ultrasonics, vol. 12, no. 5, pp. 215–221, 1974.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار