استاندارد های جهانی مخزن تحت فشار

EN 286(قسمت ۱ تا ۴): استاندارد اروپایی برای ساخت مخازن ساده (تانکر هوا)

• EN 13445: استاندارد طراحی مخازن در اروپا
• ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII: قوانین ساخت مخازن تحت فشار
• BS4994: مشخصات طراحی و ساخت مخازن و تانکرهای پلاستیکی مسلح
• ASME PVHO: استاندارد آمریکایی برای ساخت مخازن در تصرف انسان
• CODAP: استاندارد فرانسوی برای ساخت مخازن تحت فشار بدون آتش
• API 510: استاندارد آمریکایی برای بازرسی مخازن تحت فشار
• BS 5500: استاندارد قدیمی انگلیسی که با EN 13445 جایگزین شده‌است
• AD Merkblätter: استاندارد آلمانی ساخت مخازن

مخازن تحت فشار مخروطی (Conical Pressure Vessels)

مخازن تحت فشار مخروطی کم تر از دو نوع رایج دیگر و در موارد خاصی استفاده می شوند؛اما حتما این نوع مخازن را در اطراف خود مشاهده کرده اید.

از لحاظ تئوری شکل کروی بهترین حالت برای ساخت یک مخزن تحت فشار است. ساخت مخازن کروی مشکل است و هزینه بالایی را به همراه دارد، بنابراین بیشتر مخازن تحت فشار استوانه ای هستند. مخازن کروی نیز خود به روش های مختلفی ساخته می شود. مخازن گلبرگی و انفجاری از انواع مخازن تحت فشار کروی می باشند.
بررسی تنش در مخازن کروی
فشار موجود در مخازن تحت فشار کروی توسط دیواره های آن خنثی می شود و هرچه این فشار بالاتر رود، متناسب با آن ضخامت مخزن نیز تغییر خواهد کرد. تنش در دیواره های مخازن کروی در یک راستا بوده و تنش عمودی و شعاعی با هم برابرند. برای بدست آوردن این تنش به صورت زیر عمل می کنیم.
r: شعاع استوانه
t: ضخامت پوسته استوانه
P: فشار داخلی مخزن

مواد در مخازن تحت فشار (Material)

از لحاظ تئوری هر ماده ای که دارای مشخصات کششی مناسب باشد و در کاربرد های مختلف از لحاظ شیمیایی پایدار باشد را می توان جهت ساخت مخازن استفاده کرد.
کد ها و استاندارد هایی برای طراحی این مخازن مانند ASME section II وجود دارند. که حاوی لیست های طولانی ای از یک سری مواد به همراه محدودیت های دمایی آنها می باشند. بیشتر مخازن تحت فشار از فولاد ساخته می شوند. برای تولید یک مخزن استوانه ای یا کروی، قسمت های نورد شده باید به یکدیگر جوش داده شوند.
 بعضی از مشخصات فیزیکی فولاد، که بر اثر نورد کردن به وجود می آیند، می توانند به دلیل فرایند جوش کاری تحت تاثیر قرار بگیرند، مگر اینکه اقدامات خاصی جهت جلوگیری از این صدمات، انجام شود. همچنین برای دستیابی به مقاومت مکانیکی مناسب، استاندارد های موجود استفاده از فولاد را به جهت مقاومت بالا در برابر ضربه، در مخازنی که در دمای پایین قرار دارند، توصیه می کنند. در عمل جایی که کربن استیل دچار خوردگی می شود، موادی که مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارند باید استفاده شوند.
بعضی از مخازن تحت فشار از مواد کامپوزیتی ساخته شده اند، که این رشته های ضخیم کامپوزیتی به وسیله فیبر کربن و یک نوع پلیمر مهار شده اند. به دلیل مقاومت کششی بسیار بالای فیبر کربن، این مخازن می توانند بسیار سبک باشند، اما در نهایت ساخت این مخازن بسیار مشکل است. مواد کامپوزیتی می توانند در اطراف یک بوش فلزی پیچانده شوند و یک مخزن تحت فشار کامپوزیتی را شکل دهند.

مخازن تحت فشار ممکن است به وسیله بوش هایی از جنس فلز، سرامیک و پلیمر به جهت جلوگیری از نشت سیال و محافظت از بدنه در برابر مواد محتوی آن، پوشانده شوند. این بوش ها همچنین می توانند فشار قابل توجهی را تحمل کنند.

مخازن تحت فشار استوانه ای (Cylindrical Pressure Vessels)

مخازن تحت فشار استوانه ای رایج ترین نوع مخازن در بازار هستند که کاربرد های زیادی دارند و

به دو صورت عمودی و افقی استفاده می شوند.

این مخازن به شکل استوانه بوده و با سرپوش هایی در دو طرف آن به نام کلاهک یا Head که به شکل یک نیم دایره یا بشقاب هستند ساخته می شوند.

فضای مورد نیاز برای استفاده از این مخازن کم تر از مخازن کروی می باشد.

اجزا مخزن استوانه ای

• پوسته (Shell)
• عدسی یا کلاهک (Head)
• پایه (Leg)
• دریچه بازدید (MANHOLE)
• بازوی لنگری شکل (DAVIT ARM)
• لوله های ورودی و خروجی (INLET & OUTLET)
• Stand pipe
• خروجی هوا (Vent)
• لوله تخلیه (DRAIN)
• سر ریز (OVER FLOW)
• قلاب مخصوص حمل و نقل (LIFTING LUG)
• Stand pipe

پوسته (Shell)

یکی از مهمترین اجزا مخزن، shell یا همان پوسته مخزن است که بسته به نوع ماده موجود در مخزن و همچنین فضای موجود جهت نگهداری و حجم مورد نیاز و همچنین شرایط منطقه، در اشکال مختلف (مکعب مستطیل، استوانه ای) و با جنس های مختلف طراحی می شود. عمدتا جنس مورد استفاده توسط طراح در طراحی Shell و به طور کلی در کلیه plate های مورد استفاده در طراحی عمدتا از جنس کربن استیل هستند. اما از فیبر کربن، آلومینیوم، استینلس استیل، گالوانیزه، پلاستیک، پلی اتیلن و … نیز در ساخت پوسته استفاده می شود. برای انتخاب جنس اجزا مخزن از استاندارد ASTM (American Society of testing &material) استفاده می شود.

فشار وارده به پوسته از دو نوع داخلی یا خارجی است. برای تحمل فشار داخلی یا خارجی باید ضخامت مناسب و همچنین فشار نهایی توسط طراح محاسبه شود. برای محاسبه موارد بالا از روابط موجود در کتاب (Pressure vessel handbook) استفاده می شود .

عدسی یا کلاهک (Head)

یکی دیگر از اجزای اصلی مخزن Head است. این بخش در دو طرف پوسته قرار می گیرد. جنس مورد استفاده در طراحی Head مشابه جنس مورد استفاده در طراحی پوسته است. برای تحمل فشار های متفاوت، Head های متفاوت با اشکال مختلف وجود دارد که نمونه هایی از آنها عبارتند از:

برای اتصال سرپوش هایی با هندسه دایره یا بیضی و غیره به پوسته، از جوش استفاده می شود ولی برای سرپوش های تخت از Blind Flange و پیچ و مهره استفاده می شود. برای محاسبه فشار و ضخامت بدنه سرپوش ها از روابط موجود در کتاب (Pressure vessel handbook) و یا کد های ASME استفاده می شود.

دریچه بازدید (MANHOLE)

در تمامی مخازن تحت فشار بخشی به نام MANHOLE در نظر گرفته می شود . این بخش به منظور ورود انسان به داخل مخزن جهت بازرسی و تعمیرات مورد استفاده قرار می گیرد. در مخازن کوچکتر بخشی به نام (HAND HOLE) یا همان دریچه دست رو نیز وجود دارد.

بازوی لنگری شکل (DAVIT ARM)

این بخش جهت جا به جا کردن دریچه آدم رو مورد استفاده قرار می گیرد. از آنجایی که دریچه بازرسی دارای وزن زیادی است، بنابراین امکان جا به جا کردن آن به صورت عادی وجود ندارد. با قرار دادن لولای بازویی شکل برای این دریچه، عمل باز وبسته کردن آن به سادگی امکان پذیر است.

 davit-arm_copy.jpg

لوله های ورودی و خروجی ( INLET & OUTLET)

این لوله ها به همراه نازل هایی که در ابتدا و انتهای آن ها نصب می شود جهت ورود و خروج سیال به مخزن مورد استفاده قرار می گیرد و بسته به محل قرار گیری مخزن، این لوله ها می توانند در بالا، کنار و یا در پایین مخزن قرار گیرند.

Stand pipe

این لوله وسیله ای است که در کنار مخزن قرار می گیرد و با توجه به قانون ظروف مرتبطه هر پارامتری که در مخزن داشته باشیم در این لوله نیز به همان اندازه قابل ملاحظه است. (از قبیل تغییر ارتفاع یا افت فشار و …) بنابراین به جای اینکه تجهیزات مستقیما بر روی مخزن نصب شود، بر روی این وسیله نصب می شوند. در بسیاری از مخازن این لوله را برای جلوگیری از ایجاد تعداد خروجی های بیشمار بر روی مخازن جهت اندازه گیری پارامتر ها قرار می دهند.

خروجی هوا (Vent)

این لوله جهت خروج بخار یا گازهای اضافی در بالای مخزن نصب می شود تا در هنگام افزایش بیش از حد فشار به دلیل وجود بخار، آن را به محیط بیرون هدایت کرده و فشار مخزن را کنترل کند. برای مثال در دی اریتور (اکسیژن زدایی در بویلر ها) برای خروج اکسیژن از آب این خروجی را قرار می دهند.

لوله تخلیه (DRAIN)

این لوله جهت خروج مواد زائد از داخل مخزن مورد استفاده می گیرد و در پایینترن قسمت مخزن نصب می شود.

سر ریز (OVER FLOW)

در صورتی که کنترلر های مخزن دچار مشکل شوند و سیال بیش از حد ممکن وارد مخزن شود برای جلوگیری از بالا رفتن فشار داخل، سیال اضافی از بالای مخزن به بیرون تخلیه می شوند. گاهی اوقات نیز به جای سرریز از شیر اطمینان استفاده می شود.

قلاب مخصوص حمل و نقل (LIFTING LUG)

این قسمت جهت بلند کردن و جابه جا کردن مخزن، روی آن قرار می گیرد.

 foam_hardware_horz_bladder.jpg

نردبان (LADDER)

از آنجایی که در محل نصب مخازن تحت فشار، دسترسی به بالای آن ها به سادگی امکان پذیر نیست از وسیله ای به نام LADDER یا نردبان استفاده می شود. همچنین باید در نظر داشت گاهی در پالایشگا ها ارتفاع مخازن تحت فشار بیش از 10 متر است که نیاز به نردبان حتمی است.

پایه (Leg)

برای استقرار مخازن تحت فشار در محل مورد استفاده، بنا بر هندسه ی آن ها پایه های مناسب را انتخاب می کنند.

 SADDLE یک نوع پایه است که در مخازن افقی به کار می رود. در اصل مخازن بر روی این پایه ها قرار می گیرد و این پایه ها وزن آن را تحمل می کنند. در بعضی از موارد بسته به شرایط طرح می توان برای SUPPORTE مخزن، به جای استفاده از Leg یا SADDLE از یک صفحه فلزی به نام SKIRT استفاده کرد.

حلقه تقویت کننده (Stiffener Ring)

این حلقه ها برای جلوگیری از وارد آمدن فشار خارجی به SHELL مورد استفاده قرار گرفته و دور تا دور مخزن قرار می گیرند. این نوع از حلقه ها به دو نوع تقسیم بندی می شوند. در حالت اول حلقه کاملا به دور مخزن قرار می گیرد ولی در حالت دوم حلقه روی اتصال پایه و بدنه قرار می گیرد.

مخلوط کننده (MIXER)

 جهت اختلاط بهتر مواد در مخزن،گاهی از اوقات از یک mixer استفاده می شود. این مخلوط کننده در بالای مخازن تحت فشار قرار می گیرد. برای مثال در تولید فلز روی، مواد شیمیایی لازم در یک مخزن با محلول دارای روی دائما در حال اختلاط است.

شیر اطمینان (SAFETY VALVE)

شیر اطمینان یک نوع وسیله ی کنترل فشار به صورت مکانیکی می باشد که با تنظیم آن روی فشار مجاز مخزن تحت فشار، در صورت بالاتر رفتن فشار از فشار مجاز، از انفجار مخزن جلوگیری کرده و با خروج سیال تحت فشار از مخزن، فشار سیستم را کاهش می دهد.

مخازن تحت فشار

نوامبر 10, 2021 arilsanatمحصولات

مخزن تحت فشار

مخازن تحت فشار

مخازن تحت فشار (Pressure vessel) به مخازنی گفته می شود که اغلب به صورت استوانه ای شکل ساخته می شوند و برای

نگهداری مایعات یا گازها در فشاری غیر از فشار اتمسفر (تحت فشار) استفاده می‌شوند و بیشتر در صنایع نفت و گاز مورد استفاده

قرار می گیرد. اختلاف فشار یک عامل خطرناک است و بر اثر تغییرات فشار در مخازن تحت فشار، امکان انفجار و تخریب  وجود دارد.

در نتیجه طراحی، ساخت و بهره برداری از این مخازن، توسط سازمان های مهندسی تحت نظارت قانونی قرار می گیرد.

پارامترهای مهم در تعریف مخازن تحت فشار، حداکثر فشار و دمای مناسب مخازن می باشد. مواد اولیه در این مخازن از جنس

فولاد کربن استیل یا فولاد ضد زنگ و در موارد خاص آلومینیوم، مس و برنج می‌باشد. اخیرا نیز در صنایعی که بطور مستقیم با آب

دریا در ارتباط هستند. تیتانیوم در ساخت تجهیزات مذکور به طور گسترده‌ای عمومیت یافته است.