مخازن تحت فشار که می توانید بشناسید

مخزن تحت فشار ظرفی است که برای نگهداری گازها یا مایعات در فشاری متفاوت از فشار محیط طراحی شده است. این شناورها در صنایع مختلفی از جمله نفت و گاز، فرآوری شیمیایی، تولید برق و ساخت مورد استفاده قرار می گیرند. مخازن تحت فشار به دلیل خطرات احتمالی مرتبط با سیالات فشار بالا باید با در نظر گرفتن ایمنی مهندسی و ساخته شوند.
انواع متداول مخازن تحت فشار:
1. مخازن ذخیره سازی:
o برای نگهداری مایعات یا گازها تحت فشار استفاده می شود.
o مثال: مخازن LPG (گاز مایع)، مخازن ذخیره گاز طبیعی.
2. مبدل های حرارتی:
o این مخازن برای انتقال حرارت بین دو سیال اغلب تحت فشار استفاده می شود.
o مثال‌ها: درام‌های بویلر، کندانسورها یا برج‌های خنک‌کننده.
3. راکتورها:
o برای واکنش های شیمیایی با فشار بالا طراحی شده است.
o مثالها: اتوکلاوها در صنایع شیمیایی یا دارویی.
4. گیرنده های هوا / مخازن کمپرسور:
o این مخازن تحت فشار هوا یا گازهای فشرده را در سیستم های کمپرسور هوا ذخیره می کنند، همانطور که قبلاً بحث شد.
5. بویلرها:
o نوعی مخزن تحت فشار که در تولید بخار برای گرمایش یا تولید برق استفاده می شود.
o بویلرها حاوی آب و بخار تحت فشار هستند.
اجزای مخزن تحت فشار:
• پوسته: بدنه بیرونی مخزن تحت فشار. معمولاً استوانه ای یا کروی است و باید طوری ساخته شود که فشار داخلی را تحمل کند.
• سرها (End Caps): این قسمت های بالا و پایین مخزن تحت فشار هستند. آنها معمولاً ضخیم تر از پوسته هستند تا فشار داخلی را به طور مؤثرتری تحمل کنند.
• نازل ها و پورت ها: این ها به سیال یا گاز اجازه ورود و خروج از مخزن تحت فشار را می دهند و اغلب برای اتصال به سیستم های دیگر استفاده می شوند.
• Manway یا Access Opening: دهانه بزرگتری که امکان دسترسی برای تمیز کردن، بازرسی یا نگهداری را فراهم می کند.
• شیرهای ایمنی: اینها برای جلوگیری از تجاوز از حد فشار کشتی با آزاد کردن فشار در صورت لزوم بسیار مهم هستند.
• تکیه گاه ها و پایه ها: عناصر ساختاری که پشتیبانی و تثبیت مخزن تحت فشار را در حین استفاده فراهم می کنند.
ملاحظات طراحی مخزن تحت فشار:
• انتخاب مواد: مخازن تحت فشار باید از موادی ساخته شوند که بتوانند فشار داخلی و محیط خارجی را تحمل کنند. مواد متداول عبارتند از فولاد کربنی، فولاد ضد زنگ و گاهی اوقات فولادهای آلیاژی یا کامپوزیت برای محیط های بسیار خورنده.
• ضخامت دیوار: ضخامت دیواره های مخزن تحت فشار به فشار داخلی و مواد مورد استفاده بستگی دارد. دیوارهای ضخیم تری برای فشار بیشتر مورد نیاز است.
• تجزیه و تحلیل تنش: مخازن تحت فشار تحت فشارها و نیروها (مانند فشار داخلی، دما، ارتعاش) قرار می گیرند. تکنیک های پیشرفته آنالیز تنش (مانند تحلیل اجزا محدود یا FEA) اغلب در مرحله طراحی استفاده می شود.
• مقاومت در برابر دما: کشتی ها علاوه بر فشار، اغلب در محیط های با دمای بالا یا پایین کار می کنند، بنابراین مواد باید قادر به مقاومت در برابر تنش حرارتی و خوردگی باشند.
• انطباق با کد: مخازن تحت فشار اغلب باید از کدهای خاصی پیروی کنند، مانند:
o ASME (انجمن مهندسین مکانیک آمریکا) دیگ بخار و کد مخزن تحت فشار (BPVC)
o PED (دستورالعمل تجهیزات فشار) در اروپا
o استانداردهای API (موسسه نفت آمریکا) برای کاربردهای نفت و گاز
مواد متداول برای مخازن تحت فشار:
• فولاد کربنی: اغلب برای مخازنی که مواد غیر خورنده را تحت فشار متوسط ​​ذخیره می کنند استفاده می شود.
• فولاد ضد زنگ: برای کاربردهای خورنده یا در دمای بالا استفاده می شود. فولاد ضد زنگ نیز در برابر زنگ زدگی مقاوم است و دوام بیشتری نسبت به فولاد کربنی دارد.
• فولادهای آلیاژی: در محیط های خاص با استرس یا دمای بالا، مانند صنایع هوافضا یا تولید برق استفاده می شود.
• مواد کامپوزیتی: مواد کامپوزیتی پیشرفته گاهی اوقات در کاربردهای بسیار تخصصی (مثلا مخازن تحت فشار سبک و با استحکام بالا) استفاده می شوند.
کاربرد مخازن تحت فشار:
1. صنعت نفت و گاز:
o مخازن ذخیره سازی گاز مایع (LPG)، گاز طبیعی یا نفت، اغلب تحت فشار بالا.
o مخازن جداسازی در پالایشگاه ها برای جداسازی نفت، آب و گاز تحت فشار.
2. پردازش شیمیایی:
o در راکتورها، ستون‌های تقطیر و ذخیره‌سازی برای واکنش‌های شیمیایی و فرآیندهایی که نیاز به محیط‌های تحت فشار خاص دارند استفاده می‌شود.
3. تولید برق:
o بویلرها، درام های بخار و راکتورهای تحت فشار که در تولید برق از جمله نیروگاه های هسته ای و سوخت فسیلی استفاده می شوند.
4. غذا و نوشیدنی:
o مخازن تحت فشار مورد استفاده در فرآوری، استریل کردن و نگهداری محصولات غذایی.
5. صنعت داروسازی:
o اتوکلاوها و راکتورهایی که شامل استریلیزاسیون با فشار بالا یا سنتز شیمیایی هستند.
6. هوا فضا و برودت:
o مخازن برودتی گازهای مایع را در دمای بسیار پایین تحت فشار ذخیره می کنند.
کدها و استانداردهای مخزن تحت فشار:
1. ASME Boiler and Pressure Vessel Code (BPVC): این کد دستورالعمل هایی را برای طراحی، ساخت و بازرسی مخازن تحت فشار در ایالات متحده ارائه می کند.
2. ASME Section VIII: الزامات خاصی را برای طراحی و ساخت مخازن تحت فشار ارائه می کند.
3. PED (Pressure Equipment Directive): یک دستورالعمل اتحادیه اروپا است که استانداردهایی را برای تجهیزات تحت فشار مورد استفاده در کشورهای اروپایی تعیین می کند.
4. استانداردهای API: برای صنعت نفت و گاز، موسسه نفت آمریکا (API) استانداردهای خاصی را برای مخازن تحت فشار ارائه می کند.
نتیجه گیری:
مخازن تحت فشار اجزای حیاتی در طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی، از تولید انرژی تا پردازش شیمیایی هستند. طراحی، ساخت و نگهداری آنها مستلزم رعایت دقیق استانداردهای ایمنی، انتخاب مواد و اصول مهندسی برای جلوگیری از خرابی های فاجعه آمیز است. مخازن تحت فشار چه برای ذخیره گازهای فشرده، چه برای نگهداری مایعات در فشارهای بالا و چه برای تسهیل واکنش های شیمیایی، نقش مهمی در حفظ کارایی و ایمنی فرآیندهای صنعتی دارند.