مخزن، منبع یا تانک

تانک ریشه ای هندی دارد اما در زبان انگلیسی رایج شده، مخزن یا منبع نیز هر دو کلماتی عربی هستند که معنی فارسی همه آنها انبار است. بطری و بشکه های چوبی که در آن نوشیدنی نگهداری میشود و یا کوزه های بزرگ سفالی که در آن مواد غذایی ذخیره میشود هم نوعی مخزن هستند. بزرگترین مخازن، تانکر های اقیانوس پیما هستند که در دل ابر کشتی های عظیم الجثه نفت کش مقادیر زیادی (ظرفیت تا 160 هزار تن برابر با 160 میلیون لیتر آب در حدود مصرف یک روز آب شهری بزرگ) از مواد را در خود حمل میکنند. سیلوهای بزرگی که برای ذخیره گندم استفاده میشوند نیز یکی از انواع مخازن هستند که اغلب از بتن ساخته میشوند.

هرچیزی که تاکنون به دست بشر ساخته شده است نمونه ای در طبیعت داشته که سازنده اش از آن الهام گرفته. روی سطح و در اعماق زمین مخازن مختلفی وجود دارند که هرکدوم در خود منابعی را ذخیره کرده اند. دریاچه بایکال بزرگترین منبع آب شیرین جهان است که در کشور روسیه قرار دارد. بزرگترین ذخایر نفت و گاز جهان نیز در مخازنی زیر زمینی و در بین شکاف های سنگ های باستانی و یا چاه نفت مدفون شده اند. مخازن تنها منحصر به تانک ذخیره آب منازل مسکونی نیستند و انواع و کاربردهای متنوعی دارند.

موضوع این مقاله در مورد معرفی تانکر ها و مخازن صنعتی است که برای ذخیره سازی مواد مختلف شیمیایی با اهداف مختلف (مثل انجام یک فرآیند روی محلولی خاص برای تولید یک محصول تجاری) کاربرد دارند. لذا از سایر انواع مخازن مثل ظروف آشپزخانه و بسته بندی های مواد نوشیدنی فروشگاه ها صرف نظر میکنیم. میخواهیم بدانیم چه کسی اولین مخزن را ساخت و هدف او از این کار چه بود؟ تانکرها از چه متریالی و به چه روش هایی ساخته میشوند؟

مخزن چیست؟

مخزن کلمه ایست به زبان عربی که معنی فارسی آن انبار (اتاقک ذخیره گاه) است و در اصطلاح رایج امروز ما ایرانیان منبعی از یک ماده است که آن ماده را در خود ذخیره کرده. مخزن در لغتنامه دهخدا به معنی جاییست برای جمع کردن مال، دولابی یا گنجه ایست برای پنهان کردن دارایی با ارزش برای روز مبادا. تانک یا تانکر نیز از زبان هندی گرفته شده است و به مرور زمان در زبان انگلیسی رایج شده است. به هرگونه سازه طبیعی یا مصنوعی، محفظه یا ظرف، خواه دربسته و یا بدون درب که قابلیت این را داشته باشد که ماده ای جامد، مایع و یا گاز را برای مدتی در خود جای دهد مخزن، منبع یا تانک گفته میشود.

با توجه به اینکه قصد ما بحث در مورد مخازن صنعتی میباشد تعریف قبلی را اصلاح میکنیم. مخزن، محفظه ایست با حجم ثابت یا متغیر از جنس فلز، پلیمر و یا کامپوزیت که به خوبی آب بندی شده و داخلش سیال با دما و فشاری برابر و یا متفاوت با محیط پیرامون قرار دارد و دریچه هایی برای کنترل میزان ورود و خروج روی آن نصب میشود. ممکن است تجهیزات دیگری هم روی یک مخزن نصب شود مثل منهول، هندهول، شیرآلات و سایر اتصالات. همچنین درون یک مخزن نیز قابلیت نصب تجهیزاتی مثل کویل، همزن (میکسر) و انواع حسگرهای الکترونیکی را دارد.

مخازن صنعتی اغلب تکجداره وبدون هیچ پوشش خاصی (رنگ یا عایق) در داخل و یا خارج بدنه آن هستند. ولی در مواردی نیز یک مخزن با موادی متفاوت با متریال بدنه آن پوشانده میشود تا در برابر شرایطی خاص از آن محافظت کند. اکثر مخازن در جای خود به صورت ثابت نصب میشوند ولی انواع قابل حمل و نقل آن نیز ساخته میشوند که به آنها تانکر میگویند. مخازن اشکال مختلفی میتوانند داشته باشند ولی بیشتر به شکل های هندسی مکعب، استوانه و کروی هستند. مخازن صنعتی بیشتر به شکل استوانه ای ساخته میشوند ولی در مواردی خاص به صورت کروی نیز تولید میشوند. ظرفیت و حجم آنها نیز متفاوت است و با توجه به کاربرد آن میتواند چند سی سی تا چند میلیون مترمکعب باشد.

تاریخچه اختراع اولین مخازن

تابحال به این فکر کرده اید که اجداد ما چگونه بدون یخچال مواد غذایی را ذخیره میکرده اند؟ خمره ها و کوزه های سفالی کشف شده در کاوش های باستان شناسی نشان میدهد که در دوارن پیش از تاریخ، بشر برای ذخیره و نگهداری مواد غذایی از ظروف سفالی استفاده میکرده است. کشف کوزه ای به قدمت 8000 سال در گرجستان که برای نگهداری نوشیدنی از آن استفاده میشده گواهی بر این مدعاست. وارد جزئیات سبک زندگی انسان های اولیه نمیشویم چونکه موضوع بحث ما نیست و بهتر است خودتان سری به موزه های تاریخ باستان بزنید و از نزدیک ببینید.

قبل از انقلاب صنعتی و در قرون وسطی، اکثر مخازن مورد استفاده به صورت بشکه های چوبی بودند که سطح داخلی آن را با قیر آب بندی میکردند. حدود 300 سال قبل، نوآوران سخت کوشی از تبار انسان، اولین موتور بخار را اختراع کردند و راه را برای یکی از بزرگترین تحول های تاریخ بشر گشودند. مخزن آب در موتور بخار را میتوان جزء اولین مخازن صنعتی نامید که به دست مهندسانی چون جیمز وات (ملقب به پدر انقلاب صنعتی) طراحی و ساخته شد.

در آن زمان مخازن فلزی بزرگ را به روش پرچ کردن چند صفحه یا ورق فلزی به هم میساختند زیرا جوشکاری در زمان قدیم مثل امروز پیشرفت نکرده بود. حدود 200 سال قبل جوشکاری با قوس الکتریکی برای اتصال دو قطعه فلزی به همدیگر معرفی شد و در جنگ جهانی اول توسعه پیدا کرد. از آن زمان استانداردهای ساخت مخازن مثل API نیز تغییر کردند و برای ساخت مخازن فلزی، جوشکاری را پیشنهاد کردند. با پیشرفت علم روش های جدیدی مثل جوشکاری با الکترون نیز اختراع شد اما بعید است برای جوشکاری مخزن از پرتو های الکترون استفاده ای شود!

با گذشت زمان و پیشرفت علم، کامپوزیت های جدیدی به دست مهندسان شیمی ساخته شدند و سازندگان مخزن از این متریال در تولیدات خود استفاده کردند. همانطور که میدانید دست روی دست بسیار است و از زمان کشف پلی اتیلن در زمان جنگ جهانی دوم تاکنون بسیاری از مخازن با این پلیمر ارزشمند ساخته و روانه بازار مصرف شدند. امروزه طراحی و ساخت مخزن طبق دستورالعمل ها و قوانین سخت گیرانه ای در حال پیشرفت و توسعه است و دستگاه های پیشرفته و دقیقی برای نظارت، بازرسی و تست مخازن تحت فشار ساخته شده است.

سازنده مخزن کیست؟

اگر منظور از سازنده مخزن کسی است که برای اولین بار یک مخزن صنعتی را ساخت، او کسی نبود جز جیمز وات انگلیسی که در رشته فیزیک تحصیل کرده بود ولی منظور ما در اینجا معرفی مخترع آن نبود. امروزه طراحی و ساخت مخازن را شخصی باتجربه که به مسائل دینامیک، استاتیک و مقاومت مصالح مسلط باشد انجام میدهد. این افراد اکثرا فارغ التحصیل رشته مهندسی مکانیک هستند و سال ها تجربه کار در شرکت های سازنده مخازن را دارند.

یک سازنده مخزن به خواص فیزیکی و شیمیایی انواع مواد و متریالی که میتوان با آنها مخزن ساخت آشنایی کامل دارد. او میداند که مخزنی که با یک ماده پلیمری ساخته شده چقدر دما را میتواند تحمل کند. همچنین او فرمول هایی از فیزیک میداند که میتواند با آنها محاسباتی انجام دهد که مشخص شود که مخزنی که با ورق فولادی ساخته شده چقدر فشار را میتواند تحمل کند. او میتواند به ما بگوید که تانکری که برای حمل اسید به کار میرود از چه جنسی باید ساخته شده باشد و چقدر عمر خواهد کرد.

یک منبع انبساط که در سیستم های گرمایشی که نقش جبران کننده کمبود فشار آب در بویلر را برعهده دارد توسط یک مهندس مکانیک طراحی شده. منبع ذخیره سوخت اضطراری شهرهای بزرگ، یک سازه حساس و پیشرفته است که با تمام تجهیزات جانبی آن با کمک این افراد ساخته میشود. شرکت دانش بنیان پترو صنعت تاراز نیز یکی از شرکت های پیشرو در زمینه طراحی و ساخت انواع مخازن ذخیره و تحت فشار میباشد. امروزه شرکت های سازنده مخزن با فن آوری های جدید و همگام با تکنولوژی روز دنیا روش های جدیدی برای ساخت انواع مخازن ارائه میدهند مانند جایگزین شدن مخزن پلی اتیلن با منبع آب گالوانیزه که سالها قبل در پشت بام اکثر منازل برای ذخیره آب مصرفی خانواده قرار داشت.

مخزن چه کاربردهایی دارد؟

قطعا با کاربرد مخزن به عنوان منبع ذخیره اضطراری آب در منازل آشنا هستید و حتما تانکرهای حمل بنزین و گازوئیل را در جاده ها دیده اید. بدون هیچ شک و تردیدی میتوان گفت هیچ صنعتی در دنیا وجود ندارد که در آن از یکی از انواع مخازن استفاده نشده باشد. بیشترین کاربرد مخزن به عنوان تانکر ذخیره مایعات (مثل تانک گالوانیزه ذخیره آب) در حجم های بالاست. مهمترین کاربرد مخزن در صنعت، نگهداری یک سیال تحت فشاری بالاتر از فشار محیط اطراف است.

با توجه به اینکه تخصص شرکت ما ساخت مخازن مورد استفاده در صنایع شیمیایی، پتروشیمی و پالایشگاهی میباشد به کاربرد مخازن در این صنایع میپردازیم. اکثر فرآیندهایی که در آن یک یا چند ماده اولیه تحت فشار و دمای معینی واکنش میدهند و به محصولی تجاری تبدیل میشوند در دستگاهی به نام راکتور انجام میشود. راکتور در واقع یک مخزن فولادی ایزوله شده است که دارای پره های همزن داخلی میباشد و مجهز به سیستم های گرمایش و سرمایش میباشد. انواع مخازن در صنعت عبارتند از:

1. مخازن تحت فشار
2. منبع ذخیره
3. مخازن کرایوژنیک
4. مخازن فرآیندی یا راکتور
5. تانکرهای حمل و نقل

فرایند تولید پلی اتیلن در مخازنی (چند مخزن سری پشت سر هم) با 400 درجه سانتیگراد دما و بیش از 100 اتمسفر فشار با ترکیب گار اتیلن و کاتالیزورهایی مثل گاز هیدروژن انجام میشود. تانکرهای ذخیره محصولات پالایشگاهی و همچنین تانکرهای حمل محصولات پالایشگاهی از جمله موارد کاربرد مخازن هستند. تجهیزات و ماشین آلات دیگری مثل اتوکلاو های صنعتی نیز بر اساس استانداردهای به کار رفته در ساخت مخازن تحت فشار تولید میشوند.

مخزن از چه چیزی و چگونه ساخته میشود؟

در کشور ما پلی اتیلن و فولاد ST37 (کربن استیل) به دلیل فراوانی بیشتر و قیمت کمتر، بیشترین استفاده را در ساخت مخازن صنعتی دارند. فرمول های محاسباتی جهت طراحی و تولید همه انواع مخازن تقریبا مشابه همدیگر هستند. طراحی و سازنده مخزن کافیست محاسبه کند که چه ضخامتی از ورق یک متریال خاص توانایی تحمل فشار وارده بر کف و دیواره های مخزن را دارد. مثلا اگر مخزنی یک متر مکعبی با ورق گالوانیزه با دیواره ای به ضخامت یک میلیمتر بتواند 1 اتمسفر فشار را تحمل کند، مخزنی از جنس پلی اتیلن با یک سانتیمتر ضخامت نیز میتواند همانقدر حجم و همان فشار را به خوبی تحمل کند.

مقاومت مواد مختلف در برابر نیروهای وارد شده به آنها با همدیگر متفاوت است که به آن تسلیم یا استحکام تسلیم میگویند. پارامترها و خصوصیات مکانیکی و شیمیایی متریال مورد استفاده در ساخت مخازن در استاندارد ASTM به طور کامل لیست شده اند. مثلا تفاوت خصوصیات پلی اتیلن و فولاد به عنوان دو ماده در این است که پلی اتیلن به خوبی در برابر اسید مقاومت میکند ولی نهایتا تا 50 درجه سانتیگراد میتواند خواص مکانیکی خود را حفظ کند ولی فولاد تا دماهای بالاتر میتواند مقاومت کند ولی در برابر اسید هیچ مقاومتی ندارد و دچار پوسیدگی و خوردگی میشود.

پس برای انتخاب متریال ساخت مخزن این نکته مهم است که چه چیزی با چه دمایی و تحت چقدر فشار در آن ذخیره میشود. امروزه همه این محاسبات و طراحی ها بوسیله نرم افزارهای طراحی مخزن توسط یک اپراتور خبره به این کار انجام میشود. مرحله بعدی در تولید مخزن، مونتاژ و قالب گیری آن میباشد که توسط تیم با تجربه صورت میگیرد. در ساخت تانکرهای فولادی، جوشکارهایی که دارای گواهینامه و یا تأییده معتبر باشند مجاز به مونتاژ و جوشکاری مخزن میباشند.

قبل از بارگیری و مرحله نهایی در ساخت مخزن انجام آزمون و تست های تنش غیر مخرب روی محصول تولید شده میباشد. بحث ایمنی مخازن تحت فشار یکی از نکات حساس و غیرقابل چشم پوشی در پروسه تولید مخزن میباشد. دستورالعمل های دقیقی در استاندارد ASME برای این کار فهرست شده که تولید کننده مخزن موظف به اجرای همه آنهاست. در صورتی که درخواست استعلام قیمت مخزن را دارید با واحد بازرگانی شرکت پترو صنعت تاراز به شماره 09133753907 تماس بگیرید.