آشنایی با مخزن تحت فشار

سلام وقتتون بخیر میدونم کلی گشتید و سرچ کردید تا به مطلب مخازن تحت فشار توی پارس مخزن رسیدید. اینو بهتون بگم پارس مخزن یکی از بزرگترین و قدیمی ترین شرکت های ساخت و تولید مخزن تحت فشار در ایران بشمار میاد. در این مقاله سعی داریم شما رو با این مخازن آشنا کنیم خوشحال میشیم تا انتهای مقاله همراه ما باشید.

تاریخچه مخزن تحت فشار

اولین طراحی دارای سند ثبت شده از مخازن تحت فشار در سال ۱۴۹۵ در کتاب لئوناردو داوینچی، Codex Madrid I، که در آن ظروف هوای تحت فشار، به منظور افزایش وزنه‌های سنگین زیر آب مورد آزمایش قرار گرفت، شرح داده شد. با این حال، مخازنی شبیه به آنهایی که امروزه استفاده می‌شود تا سال‌های ۱۸۰۰ ساخته نشد، زمانی که بخار در دیگ‌های بخار تولید شده بود که باعث تحریک انقلاب صنعتی شد. با این حال، با کیفیت ضعیف مواد و تکنیک‌های تولید همراه با دانش نادرست طراحی، بهره‌برداری و تعمیر و نگهداری ضعیف، تعداد زیادی از انفجارهای مخرب و اغلب کشنده مرتبط با این دیگهای بخار و مخازن تحت فشار به صورت تقریباً روزانه فقط در ایالات متحده اتفاق می‌افتاد. امروزه پیشرفت‌های زیادی در زمینه مهندسی مخازن تحت فشار وجود دارد مانند تست‌های غیر مخرب پیشرفته، تست اولتراسونیک Phase Array و رادیوگرافی، گرید های مواد جدید با افزایش مقاومت به خوردگی و مواد قویتر و راه‌ های جدید برای اتصال مواد به یکدیگر مانند جوشکاری انفجاری، جوش کاری اصطکاکی،نظریه‌های پیشرفته و ابزار دقیق‌تر ارزیابی تنش‌ ها در مخازن مانند :

استفاده از تجزیه و تحلیل عناصر محدود (FEM)، اجازه می‌دهد که مخازن ایمن‌تر و کارآمدتر ساخته شوند. امروزه سازندگان مخازن در ایالات متحده نیاز به نصب علامت استاندارد BPVC بر روی مخازن خود دارند اما BPVC فقط یک کد (استاندارد) داخلی نیست، بسیاری از کشورهای دیگر BPVC را به عنوان کد رسمی خود پذیرفته‌اند. با این حال، دیگر کشورها مانند ژاپن، استرالیا، کانادا، انگلیس و اروپا دارای کدهای خود هستند. صرف نظر از کشور سازنده، امروزه تقریباً همه با خطرات بالقوه ذاتی مخازن تحت فشار و نیاز به استانداردها و کدهای تنظیم کننده طراحی و ساخت آنها را تشخیص می‌دهند.

معرفی مخزن تحت فشار

مخازن تحت فشار مخازن فلزی معمولاً استوانه‌ای یا کروی برای نگهداری یا انجام فرایند های شیمیایی مایعات یا گازها می‌باشند که، توانایی مقاومت در برابر بارگذاری‌های مختلف (فشار داخلی، یا فشار خارجی و خلأ در داخل) را دارا می‌باشند. استاندارد اصلی برای طراحی این مخازن ASME Section VIII می‌باشد که توسط انجمن مهندسان مکانیک آمریکا تدوین شده و هر چهار سال یکبار مورد بازنگری قرار می‌گیرد. کاربرد عمده این مخازن در صنایع نفت و گاز می‌باشد. مخازن تحت فشار می‌توانند بسیار خطرناک باشند و حادثه‌های منجر به مرگ زیادی در طول دوره توسعه و بهره‌برداری آنها رخ داده‌است. به همین دلیل، طراحی، ساخت و بهره‌برداری از مخازن تحت فشار توسط مقامات مهندسی و توسط قانون حمایت می‌شود. تعریف و یا بیان کاربرد این مخازن در هر کشور گوناگون است و در برخی کشور ها کاربرد های دیگری نیز دارد.

طراحی مخزن تحت فشار شامل پارامترهایی مانند:

حداکثر فشار عملیاتی و درجه حرارت ایمن، ضریب ایمنی، میزان خوردگی مجاز و حداقل دمای طراحی (برای شکست ترد) می‌باشد.

سازه با استفاده از تست‌های غیر مخرب مانند تست اولتراسونیک، رادیوگرافی و آزمایش فشار انجام می‌شود.

در آزمایش هیدرواستاتیک از آب استفاده می‌کنند، و در آزمایش پنوماتیکی از هوا یا گاز دیگری استفاده می‌کنند.

معمولاً تست هیدرواستاتیک ترجیح داده می‌شود، زیرا این روش یک روش ایمن تر است،

در صورتی که شکست بدنه در طول آزمایش اتفاق بیفتد، حجم ناچیزی از انرژی آزاد می‌شود

(آب به دلیل تراکم پذیری ناچیز برخلاف گازها در هنگام شکست بدنه سریعاً منبسط نمی‌شود در حالیکه در گازها این اتفاق باعث انفجار می‌شود).

اهمیت مخزن تحت فشار

همانطور که می‌دانید وظیفه مخزن تحت فشار نگهداری و ذخیره مایعات، بخار ها و همچنین گاز های پرفشار می‌باشد. در مطالب قبل شما را با فواید و کاربرد سختی گیر آب آشنا کردیم. در مطلب بعدی نیز شما را با نکات مهم ساخت مخزن آشنا می‌نماییم. در ادامه با ما همراه باشید تا در مورد کاربرد و همچنین اهمیت این مخزن در زندگی اطلاعات بیشتری در اختیارتان قرار دهیم. آیا شما در منزلتان سیستم آبگرم کن دارید؟ آیا از نصب درست و صحیح آن اطمینان دارید؟ آیا از کارکرد صحیح آن اطمینان دارید؟ سیستم آبگرم کن یکی از مثال های بسیار ساده مخازن تحت فشار برای مصارف خانگی می‌باشد. در این آبگرم کن ها تنها آب داغ نگهداری می شود و خبری از مواد شیمیایی نیست. کاربرد ها و همچنین عملکرد این نوع مخازن بسیار پیچیده تر و فراتر از این آبگرم کن های خانگی می‌باشد. به دلیل استفاده بی انتها و نا محدود از گاز، فراورده های نفتی، سرمایشی و همچنین گرمایشی به مخازن تحت فشار نیاز می‌شود. مخزن تحت فشار در صنعت بسیار کاربرد دارند. همزمان این مخازن در داروسازی، بیمارستان ها، صنایع غذایی، تولید نوشیدنی‌ها، تصفیه آب و همچنین کاربرد های بیشمار دیگری مورد استفاده قرار می‌گیرند.

کاربرد مخزن تحت فشار

مخازن تحت فشار در کاربردهای مختلفی هم در صنعت و هم در بخش خصوصی استفاده می‌شوند. برای مثال مخازن هوای فشرده صنعتی و مخازن ذخیره‌سازی آب خانگی را می‌توان نام برد.

نمونه‌های دیگری از مخازن تحت فشار عبارتند از:

• سیلندر های غواصی
• برج‌ های تقطیر
• راکتور های فشاری
• اتوکلاو ها

و بسیاری دیگر از مخازن که در عملیات هایی همچون:

• استخراج معادن
• پالایشگاه‌ های نفت و پتروشیمی
• مخازن راکتور های هسته ای
• زیر دریایی‌ ها
• ایستگاه‌های فضایی
• مخازن پنوماتیک
• مخازن هیدرولیک تحت فشار
• مخازن ترمز وسایل نقلیه جاده ای
• مخازن ذخیره‌سازی برای گازهایی مایع مانند آمونیاک، کلر و LPG (پروپان، بوتان).

یک کاربرد منحصر به فرد از یک مخزن تحت فشار، کابین هواپیمای مسافربری است:

پوسته بیرونی وظیفه حمل بارهای مانور هواپیما و همچنین تحمل فشار کابین را برعهده دارد.

برای خرید و مشاوره مخزن تحت فشار می توانید روی لینک روبه رو کلیک کنید: خرید مخزن تحت فشار

خصوصیات مخازن تحت فشار

به صورت تئوری، مخازن تحت فشار می‌توانند تقریباً هر شکلی داشته باشند، اما بیشتر به شکل بخش‌هایی از کره‌ ها، سیلندر ها و مخروط‌ ها ساخته می‌شود. شکل متداول آن یک استوانه با دو عدسی یا کلاهک در دو انتها است. شکل این کلاهک‌ ها معمولاً یا به شکل نیمکره یا به شکل بشقابی (torispherical) است. تجزیه و تحلیل و ساخت شکل‌های پیچیده‌تر از گذشته تاکنون برای ساخت راحت و ایمن دشوار بوده‌است. در تئوری، مخازن تحت فشار کروی با ضخامت جدار یکسان دوبرابر مخازن تحت فشار استوانه ای استحکام دارند و ایده‌آل‌ترین شکل برای ساخت مخازن تحت فشار هستند؛ ولی ساخت این مخازن دشوارتر و پرهزینه‌تر است به همین دلیل اکثر مخازن، شکل استوانه ای با کلاهک‌های نیمه-بیضوی با نسبت ۲:۱ دارند. مخازن کوچکتر را از یک لوله و دو کلاهک می‌سازند.

مواد ساخت مخزن تحت فشار

اکثر مخازن تحت فشار از فولاد ساخته می‌شوند. برای ساخت یک مخزن استوانه ای یا کروی، اجزای نورد شده و احتمالاً فورج شده باید به هم جوشکاری شوند. خواص مکانیکی بدست آمده توسط نورد یا فورج ممکن است توسط فرایند جوشکاری کاهش پیدا کند؛ به همین دلیل باید اقدامات لازم جهت مقابله و رفع این پدیده در نظر گرفته شود. علاوه بر استحکام مکانیکی کافی، استانداردها استفاده از فولادی با مقاومت در برابر ضربه بالا را تعیین می‌کنند، مخصوصاً برای مخازن با دماهای کاری پایین. دیگر مواد رایج برای ساخت مخازن شامل پلیمر هایی مانند PET در ظروف نوشابه‌های گازدار و مس در تجهیزات لوله‌کشی می‌شود. سطوح داخلی مخازن تحت فشار را می‌توان با مواد فلزی، سرامیکی و پلیمری برای محافظت در برابر سیال داخل محفظه پوشش داد. این پوشش می‌تواند همچنین درصد زیادی از فشار محفظه را تحمل کند.

فشار کاری

سیلندرهای معمولی استوانه ای فشار بالا برای گازهای دائمی (گازهایی که در فشار ذخیره‌سازی، کندانس نمی‌شوند مانند:

هوا، اکسیژن، نیتروژن، هیدروژن، آرگون، هلیوم) با فرایند فورج گرم دوران و پرس می‌شوند تا یک مخزن فولادی بدون‌درز ساخته شود.

تا سال ۱۹۵۰ در اروپا فشار کار سیلندرها برای استفاده در صنعت، صنایع دستی، غواصی و پزشکی تنها دارای ۱۵۰ بار فشار کار استاندارد (WP) بود. از زمان ۱۹۷۵ تاکنون فشار استاندارد ۲۰۰ بار است. آتش نشانان نیاز به سیلندرهای باریک (و سبک) برای حرکت در فضاهای محدود دارند، در حدود ۱۹۹۵ سیلندرهایی با فشار کاری ۳۰۰ بار بیرون آمد (ابتدا فقط با فولاد خالص) تلاش برای رسیدن به وزن‌های سبک‌تر منجر به تولید نسل‌های مختلفی از سیلندرهای کامپوزیتی (فیبر و ماتریس، بر روی یک لایه آستری) شد که توسط ضربه از بیرون راحت‌تر آسیب می‌بینند تا از داخل. برای مقابله با این آسیب‌پذیری ضخامت جدا را افزایش می‌دهند. سیلندرهای کامپوزیت – آتش‌نشانی یک بازار مهم است – که معمولاً برای فشار کاری ۳۰۰ بار ساخته می‌شوند. فشار تست هیدرواستاتیک (مخزن پرشده از آب) تقریباً از همان ابتدا تا به امروز ۵۰٪ بیشتر از ماکزیمم فشار کاری بوده‌است.

دنده‌ها و رزوه در مخازن

تا سال ۱۹۹۰ تمام سیلندرهای فشار بالا با دنده‌های مخروطی (زاویه دار) ساخته می‌شدند تا با شیرهای سیلندر تولید شده مطابقت داشته باشند. دو نوع رزوه بر تمام سیلندرهای فلزی صنعتی -از حجم ۰٫۲ تا ۵۰ لیتر- غالب بود. تا میانه‌های سال ۱۹۵۰ کنف به عنوان یک آب‌بند استفاده می‌شد، بعدها یک ورق نازک سرب که بالای آن یک سوراخ داشت به یک کلاهک پرس می‌شد. از سال‌های ۲۰۰۵/۲۰۱۰ نوار تفلون (PTFE) برای جلوگیری از استفاده از سرب جایگزین شده‌است.

انواع مخازن تحت فشار

مخازن تحت فشار در کاربردهای مختلفی در صنعت و بخش خصوصی استفاده می‌شوند. مخزن تحت فشار در این بخش‌ها به عنوان گیرنده‌ های هوای فشرده (compressed air receivers) و مخازن ذخیره آب گرم خانگی (domestic hot water storage tanks) ظاهر می‌شوند.

نمونه‌های دیگر مخازن تحت فشار شامل سیلندر غواصی، محفظه‌های تراکم مجدد (recompression chambers)، برج‌های تقطیر (distillation towers)، رآکتورهای تحت فشار (pressure reactors)، اتوکلاو (autoclaves) و مخزن‌ های دیگر در عملیات معدن‌کاری، پالایشگاه‌ های نفت و پلانت‌ های پتروشیمی، مخازن رآکتور هسته‌ای، زیردریایی و سفینه‌های فضایی، مخازن پنوماتیکی (pneumatic reservoirs)، مخازن هیدرولیک تحت فشار، مخازن ترمز هوایی قطار، مخازن ترمز هوایی خودرو و مخازن ذخیره‌سازی گاز مایع مانند آمونیاک، کلر، پروپان، بوتان و LPG می‌شوند.

مخزن تحت فشار افقی

مخزن تحت فشار از نظر تئوری می‌توانند تقریبا هر شکلی داشته باشند اما معمولا از شکل‌هایی شامل بخش‌هایی از کره، استوانه و مخروط استفاده می‌شوند. طراحی رایج مخزن تحت فشار به صورت یک استوانه با سرپوش‌هایی به نام کلاهک می‌باشد. شکل کلاهک‌ها اغلب به صورت نیم‌کره یا بشقابی است. به لحاظ تاریخی آنالیز اشکال پیچیده‌تر برای عملیات ایمن بوده بسیار سخت‌تر بوده و ساخت آن به مراتب مشکل‌تر است.

مخزن کروی برای نگهداری بیوگاز

مخازن تحت فشار کروی

مخازن تحت فشار، از نظر تئوری، استحکام مخازن تحت فشار کروی در حدود دو برابر مخازن تحت فشار استوانه‌ای با ضخامت دیواره برابر است. با این حال تولید شکل کروی سخت‌تر و در نتیجه گران‌تر است؛ بنابراین اکثر مخازن تحت فشار استوانه‌ای با کلاهک‌های نیمه بیضوی ۲:۱ در هر طرف هستند. مخازن تحت فشار کوچک‌تر از یک لوله و دو پوشش ساخته می‌شوند. برای مخازن استوانه‌ای با قطر تا ۶۰۰ میلی‌متر، می‌توان برای پوسته از لوله‌های بدون درز استفاده کرد و بنابراین از بسیاری از مسایل مربوط به بازرسی و تست اجتناب کرد.

مخزن تحت فشار استوانه‌ ای عمودی

از نظر تئوری تقریبا هر ماده با خواص کششی خوب که در کاربرد مد نظر از نظر شیمیایی پایدار است می‌تواند به کار گرفته شود. با این حال کدهای طراحی مخزن تحت فشار و استانداردهای کاربردی مانند:

ASME BPVC Section II و EN 13445-2 شامل لیست طولانی از مواد مورد قبول با محدودیت‌های مرتبط با آن دما می‌شوند.

مخازن تحت فشار عمودی

بسیاری از مخازن تحت فشار از فولاد ساخته می‌شوند. جهت تولید مخازن تحت فشار استوانه‌ای یا کروی، قطعات نورد و احتمالا فورج شده باید به هم جوش داده شوند. برخی از خواص مکانیکی فولاد که در اثر نورد یا فورج به دست آمده‌اند، ممکن است از جوش‌کاری تاثیر منفی بگیرند؛ مگر این که اقدامات احتیاطی ویژه‌ای در نظر گرفته شود. علاوه بر استحکام مکانیکی مناسب، استانداردهای موجود استفاده از فولاد با مقاومت ضربه‌ای بالا را دیکته می‌کنند. به خصوص برای مخازن مورد استفاده در دماهای پایین.

مخزن تحت فشار کامپوزیتی

برخی از مخازن تحت فشار از مواد کامپوزیتی (composite materials) مانند کامپوزیت رشته‌ای پیچیده (filament wound composite) ساخته شده از: فیبر کربن که با یک پلیمر در محل ثابت می‌شود، استفاده می‌کنند. با توجه به استحکام کششی بسیار بالای فیبر کربن، این مخازن می‌توانند بسیار سبک باشند اما ساخت آن‌ها بسیار سخت‌تر است. مواد کامپوزیتی ممکن است در اطراف یک آستر فلزی پیچیده شده باشند و تشکیل یک مخزن تحت فشار کامپوزیتی overwrapped دهند.

مخازن تحت فشار کامپوزیتی

مخزن تحت فشار برای جلوگیری از نشت و محافظت از ساختار مخزن در مقابل مواد داخل آن ممکن است با فلزات، سرامیک یا پلیمر پوشش داده شوند. این پوشش همچنین ممکن است بخش قابل توجهی از بار فشاری مخزن را بر عهده بگیرد. مخازن تحت فشار به صورتی طراحی می‌شوند که به صورت ایمن در یک فشار و دمای خاص کار کنند که از لحاظ فنی به عنوان فشار طراحی و دمای طراحی نامیده می‌شود. مخزنی که دارای طراحی ناکافی برای در برداشتن فشار بالا است، یک خطر ایمنی بسیار مهم به شمار می‌رود. به همین دلیل، طراحی و تایید مخازن تحت فشار توسط کدهایی مانند کد طراحی بویلر و مخازن تحت فشار ASME در شمال آمریکا، راهنمای تجهیزات تحت فشار اتحادیه اروپا (PED)، استاندارد صنعتی ژاپن (JIS)، استاندارد کانادا CSA B51، استانداردهای استرالیا و دیگر استانداردهای بین‌المللی انجام می‌شود.

تکیه گاه ها

طراحی یک مخزن تحت فشار بدون طراحی وانتخاب تکیه گاه مناسب ونیز آزمایش اثر تکیه گاه کامل نمی‌شود. مخازن باتوجه به الزامات فرآیندی ممکن است بصورت عمودی یا افقی قرار گیرند. برای مخازن عمودی یا افقی قرار گیرند.

برای مخازن عمودی تکیه گاههای زیر رایج هستند:

انتخاب نوع خاصی از تکیه گاهها در مخازن افقی وعمودی بستگی به اندازه ، شکل ووزن مخزن ، دما و فشار طراحی، موقعیت اتصالات مختلف به مخزن وآرایش ساختمان داخلی وخارجی مخزن دارد. هنگام انتخاب تکیه گاهها باید توجه شود که تکیه گاهها بتواننددر برابر نیروها مقاومت کنند بدون اینکه باعث تغییر شکل دیوار مخزن شوند و یا تنشهای موضعی را بیش از حد افزایش داده و باعث عدم ثبات مخزن شوند. طراحی تکیه گاهها باید اجازه حرکت مخزن در اثر تغییرات دمایی را بدهند وطوری طراحی بشوند که از انباشت آب در زیر مخزن جلوگیری شود. مخزن و تکیه گاه باید بر فوندانسیون محکم نصب شوند.

تکیه گاه skirt

یکی از رایج ترین روشهای نگهداری مخازن نگهداری مخازن عمودی توسط یک پوسته رول شده به شکل استوانه یا مخروط ناقص است که skirt نامیده می شود.

تکیه گاه lug

این نوع تکیه گاه یکی از کم خرج ترین راههای نگهداری یک مخزن عمودی است که با حداقل مقدار جوش به مخزن متصل می شود.

تکیه گاه saddle

یکی از روشهای رایج نگهداری مخازن افقی با ابزار زینی شکل بنام saddle است. بیشتر مخازن استوانه ای بزرگ توسط دوتکیه گاه نگهداری می شوند که زاویه تماس در آنها ترجیحا”۱۲۰تا ۱۵۰ درجه است.

<<مطلب قبلی

مطلب بعدی>>