مخزن تحت فشار چیست؟

مخزن تحت فشار یک محفظه محفظه مهر و موم شده است که برای حاوی گازها یا مایعات با فشار بالاتر یا کمتر از فشار محیط طراحی شده است. برخی از نمونه‌های مخازن تحت فشار عبارتند از ظروف شیشه‌ای، اتوکلاو، سیلندرهای گاز فشرده، کمپرسورها، محفظه‌های خلاء و مخازن آزمایشگاهی با طراحی سفارشی.

در طراحی مخازن تحت فشار، مهندسان عوامل متعددی را در نظر می گیرند، مانند حداکثر فشار کاری مجاز که تجهیزات تجربه می کنند، دمای مواد موجود، نوع ماده مورد استفاده برای ساخت و نوع باری که تحت آن قرار می گیرد.

اشکال و اندازه های مختلف مخازن تحت فشار را مشخص می کند که از سیلندرهای کوچک برای ذخیره پروپان تا مخازن بزرگ در کارخانه های فرآوری شیمیایی متغیر است. اشکال رایج شامل استوانه، کروی و مستطیل است. تولید کنندگان معمولا مخازن تحت فشار را از فلزاتی مانند فولاد، فولاد ضد زنگ یا آلومینیوم می سازند، اما برخی از آنها از مواد کامپوزیتی نیز استفاده می کنند. فشاری که مخزن دارد ضخامت دیواره های آن را تعیین می کند و برای فشارهای بالاتر به دیواره های ضخیم تری نیاز دارد.

مقررات و استانداردهای سختگیرانه برای مخازن تحت فشار، ایمنی و قابلیت اطمینان آنها را تضمین می کند. سازمان های بین المللی مانند ASME و API دستورالعمل هایی را برای طراحی، ساخت، بازرسی و آزمایش این تجهیزات تحت فشار ارائه می دهند. برای حفظ ایمنی و یکپارچگی مداوم مخازن تحت فشار، بازرسی و نگهداری منظم مورد نیاز است.

هنگامی که صحبت از مخازن تحت فشار به میان می آید، API 579 به ویژه برای ارزیابی عمر باقیمانده کشتی هایی که برای مدتی در خدمت بوده اند و ممکن است دچار آسیب یا تخریب شده باشند مفید است. این استاندارد عواملی مانند نوع و میزان آسیب، شرایط عملیاتی و خواص مواد کشتی را در نظر می گیرد.

این شامل بررسی نشت، خوردگی و سایر آسیب ها و همچنین اطمینان از عملکرد صحیح دستگاه های ایمنی مانند شیرهای فشار شکن است. مخازن تحت فشار که ظروف تخصصی برای نگهداری گازها یا مایعات تحت فشار بالا هستند، در کاربردهای مختلف صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.

فرمول طراحی مخزن تحت فشار API 579 برای تناسب اندام برای خدمات

استاندارد API 579 Fitness For Service مهندسان و اپراتورها را در ارزیابی یکپارچگی ساختاری مخازن تحت فشار با ارائه دستورالعمل ها و فرمول ها راهنمایی می کند. این فرمول های طراحی مختلفی را برای مخازن تحت فشار بیان می کند که شامل موارد زیر است:

1. فرمول طراحی برای پوسته استوانه ای

این فرمول برای محاسبه حداقل ضخامت مورد نیاز یک پوسته استوانه ای و در عین حال در نظر گرفتن عواملی مانند فشار طراحی، میزان خوردگی و خواص مواد استفاده می شود.

2. فرمول طراحی برای سر بیضی شکل

مهندسان هنگام طراحی یک سر بیضی شکل، فشار طراحی، میزان خوردگی و خواص مواد را در نظر می گیرند تا از این فرمول برای محاسبه حداقل ضخامت مورد نیاز استفاده کنند.

3  Torispherical فرمول طراحی برای سر

مهندسان از این فرمول برای محاسبه حداقل ضخامت مورد نیاز سر توری و در عین حال در نظر گرفتن عواملی مانند فشار طراحی، میزان خوردگی و خواص مواد استفاده می کنند.

4. فرمول طراحی برای سر فلنج و دیش

مهندسان برای تعیین حداقل ضخامت مورد نیاز یک سر فلنج و بشقاب از این فرمول استفاده می کنند که شامل عواملی مانند فشار طراحی، میزان خوردگی و خواص مواد است.

به طور کلی، این فرمول ها به مهندسان در طراحی مخازن تحت فشار با ضخامت و استحکام کافی برای تحمل شرایط عملیاتی عمر مفید و مکانیسم های آسیب احتمالی کمک می کنند .

کاربرد مخزن تحت فشار در صنعت چگونه است؟

مخازن تحت فشار کاربردهای گسترده ای در صنایع مختلف پیدا می کنند و نقش مهمی در فرآیندهای متعدد ایفا می کنند.

1. صنعت نفت و گاز

صنعت نفت و گاز معمولاً از مخازن تحت فشار برای ذخیره، انتقال و پردازش سیالات و گازها تحت فشار و دمای بالا استفاده می کند. این کشتی ها به گونه ای قوی طراحی شده اند که فشار بالا را تحمل کنند و می توانند حاوی مواد خطرناک مورد استفاده در صنعت باشند.

مخزن ذخیره سازی نمونه ای از مخازن تحت فشار است که در صنعت نفت و گاز برای ذخیره سازی نفت خام، فرآورده های نفتی تصفیه شده و سایر مایعات استفاده می شود. آنها قادر به تحمل فشار و دمای بالا هستند و در اندازه های مختلف از ظروف کوچک تا مخازن ذخیره سازی عظیم که می توانند میلیون ها گالن مایع را ذخیره کنند، هستند.

2. صنایع شیمیایی

صنایع شیمیایی به شدت به مخازن تحت فشار برای فرآیندهای مختلف شامل جابجایی مواد خطرناک و خورنده در فشارها و دماهای بالا متکی است.

مخزن راکتور نمونه ای از مخزن تحت فشار است که به طور گسترده در صنایع شیمیایی برای شروع و کنترل واکنش های شیمیایی مانند پلیمریزاسیون، هیدروژنه شدن و اکسیداسیون استفاده می شود. این ظروف از مواد مقاوم در برابر خوردگی مانند تیتانیوم یا فولاد ضد زنگ ساخته شده اند و می توانند در برابر فشارها و دماهای بالا مقاومت کنند.

ستون های تقطیر نمونه دیگری از مخازن تحت فشار مورد استفاده در صنایع شیمیایی هستند. این ستون‌ها چندین متر ارتفاع دارند و با حرارت دادن به یک مخلوط و جمع‌آوری بخار، اجزای مختلف را از یک مخلوط جدا و خالص می‌کنند. آنها می توانند فشار و دمای بالا را نیز تحمل کنند.

3. صنعت نیروگاه

مخازن تحت فشار نقش مهمی در نیروگاه ها ایفا می کنند که برق را از منابع مختلف مانند سوخت های فسیلی، انرژی هسته ای و منابع تجدید پذیر تولید می کنند. نمونه ای از مخازن تحت فشار مورد استفاده در نیروگاه ها، مولد بخار است. این بخار از آب تولید می کند که توربین ها را برای تولید برق به حرکت در می آورد. ژنراتورهای بخار بزرگ هستند و می توانند شرایط فشار و دمای بالا را تحمل کنند.

مبدل های حرارتی نمونه دیگری از مخازن تحت فشار مورد استفاده در نیروگاه ها هستند. آنها گرما را بین سیالات و گازها در فرآیندهای مختلف مانند تولید برق، سرمایش و گرمایش انتقال می دهند. مبدل های حرارتی بسته به کاربرد خاص در پیکربندی ها و طرح های مختلف موجود هستند و می توانند شرایط فشار و دمای بالا را مدیریت کنند.

در نتیجه، درک نحوه کار با مخازن تحت فشار برای اطمینان از ایمنی، به ویژه در صنایع پرخطر بسیار مهم است. خرابی یک مخزن تحت فشار می‌تواند منجر به عواقب فاجعه‌بار از جمله جراحت، تلفات جانی و خسارت مالی شود.

انواع روش‌های بازرسی مخازن تحت فشار

برای بازرسی مخازن تحت فشار، روش‌های مختلفی وجود دارد که هر یک از آن‌ها بسته به نوع و شرایط مخزن، مورد استفاده قرار می‌گیرند. در ادامه به برخی از این روش‌ها اشاره می‌کنیم:

۱– بازرسی چشمی (Visual Inspection)

این روش ابتدایی‌ترین و رایج‌ترین روش بازرسی است که در آن کارشناسان با استفاده از چشم یا ابزارهای ساده مانند دوربین‌ها و آینه‌ها، به بررسی سطح خارجی و داخلی مخزن می‌پردازند. این روش معمولاً برای شناسایی مشکلات سطحی مانند ترک‌ها، زنگ‌زدگی و آسیب‌های فیزیکی به کار می‌رود. اگرچه این روش می‌تواند به شناسایی عیوب اولیه کمک کند، اما برای شناسایی مشکلات عمقی و داخلی کافی نیست.

۲– تست اولتراسونیک (Ultrasonic Testing)

در این روش، از امواج صوتی با فرکانس بالا برای بررسی ضخامت دیواره مخزن و شناسایی ترک‌ها و آسیب‌های داخلی استفاده می‌شود. امواج صوتی از طریق فرستنده به سطح مخزن ارسال شده و بازتاب آن‌ها اندازه‌گیری می‌شود. این روش بسیار دقیق است و می‌تواند تغییرات ضخامت دیواره و حتی ترک‌های ریز داخلی را شناسایی کند.

۳–  آزمون جریان گردابی (Eddy Current Testing)

این روش از جریان‌های گردابی برای شناسایی ترک‌ها و خوردگی‌ها در سطح مخازن فلزی استفاده می‌کند. جریان‌های گردابی که به واسطه القای مغناطیسی ایجاد می‌شوند، می‌توانند تغییرات در ساختار فلز را شناسایی کرده و به سرعت مشکلات احتمالی را آشکار کنند. این روش برای بازرسی مخازن تحت فشار با پوشش‌های غیر رسانا نیز مؤثر است.

۴– آزمون مغناطیسی (Magnetic Particle Testing)

در این روش، با استفاده از مواد مغناطیسی و ایجاد میدان مغناطیسی، ترک‌ها و آسیب‌های سطحی یا نیمه‌عمقی شناسایی می‌شوند. در صورتی که در سطح مخزن ترک یا خوردگی وجود داشته باشد، ذرات مغناطیسی به سمت آن‌ها جذب شده و ناحیه‌های آسیب‌دیده به‌وضوح مشخص می‌شود.

۵– تست رادیوگرافی (Radiographic Testing)

این روش با استفاده از اشعه ایکس یا گاما انجام می‌شود و برای شناسایی ترک‌های داخلی و عیوب پنهان در مخازن تحت فشار بسیار مناسب است. با کمک این روش، می‌توان بدون نیاز به تخریب یا باز کردن مخزن، وضعیت داخلی آن را مورد بررسی قرار داد. تست رادیوگرافی از جمله روش‌های گران‌قیمت بازرسی است اما به دلیل دقت بالای آن، در موارد حساس و بحرانی به کار می‌رود.