مخازن تحت فشار در کاربردهای مختلفی هم در صنعت و هم در بخش خصوصی استفاده می شوند. آنها در این بخش ها به عنوان گیرنده های هوای فشرده صنعتی و مخازن ذخیره آب گرم خانگی ظاهر می شوند. نمونه های دیگر از مخازن تحت فشار عبارتند از:
- سیلندرهای غواصی
- اتاق های فشرده سازی مجدد
- برج های تقطیر
- اتوکلاوها
بسیاری از مخزن های دیگر در عملیات معدن، پالایشگاه های نفت و کارخانه های پتروشیمی، مخزن های راکتور هسته ای، زیستگاه های زیردریایی و مخزن های فضایی، مخازن پنوماتیک، مخازن هیدرولیک تحت فشار، ریل. مخازن ترمز هوای خودرو، مخازن ترمز هوای وسایل نقلیه جاده ای و مخازن ذخیره سازی گازهای مایع مانند آمونیاک، کلر، پروپان، بوتان و LPG.
تجهیزات کلیدی بیشتر صنایع شیمیایی، مخازن هستند. مخازن برای اختلاط، و واکنش های شیمیایی مختلف در قسمت های مختلف پالایشگاه و پتروشیمی استفاده می شود. استفاده از مخازن باعث افزایش راندمان کارایی در واکنش های شیمیایی می شود زیرا مخازن کروی اختلاط کامل، دفع بهتر مایعات را فراهم می کنند و هیچ گونه رسوب مواد شیمیایی بر روی دیواره مخزن به وجود نمی آید.
بسیاری از تولیدکنندگان نفت و گاز، مخازن کروی شکل را برای ذخیره سیالات پرفشار به دیگر مخازن ساده تر ترجیح می دهند.
مخازن ذخیره سازی کروی قوی تر هستند
انواع دیگر مخازن ذخیره سازی که معمولاً در صنایع تولید نفت و گاز یافت می شوند مانند مخزن سقف ثابت معمولی و مخزن سقف شناور خارجی، از بسیاری از قطعات استفاده می کنند که باید یا پیچ و مهره شوند یا به هم جوش داده شوند. برای ذخیره سازی با فشار بالا، این درزهای پیچ شده یا جوش داده شده نقاط ضعفی هستند که فشار ممکن است به مرور زمان یکپارچگی مخزن را به خطر بیندازد. این فشار بالا همچنین باعث ایجاد فشار نابرابر روی سطوح این مخازن می شود و به سایش و پارگی سریعتر در خود مخزن کمک می کند.
مخازن کروی دارای قطعات مجزای کمتری هستند، بنابراین درزها یا نقاط اتصال جوشی کمتری دارند که آنها را قوی تر می کند. شکل کروی، تنش های ایجاد شده توسط فشار بالا را به طور یکنواخت توزیع می کند که همچنین استحکام مخزن را بهبود می بخشد.
مخازن کروی سطح کمتری دارند
فشار داخل مخزن به دمای مایع موجود در مخزن بستگی دارد. دمای خارج از مخزن به طور چشمگیری بر دمای داخل مخزن تأثیر می گذارد. از آنجایی که مخازن ذخیره کروی نسبت به سایر مخازن ذخیره سطح کمتری دارند، تأثیر دمای بیرون تأثیر کمتری بر مخازن ذخیره کروی نسبت به مخازن سقف ثابت و سقف شناور دارد.
تانک های کروی در برابر خوردگی بهتر مقاومت می کنند
به دلیل شکل سقف ثابت و مخازن ذخیره سقف شناور، برف و باران می توانند روی سقف جمع شوند. تماس طولانی مدت با برف، باران می تواند باعث تسریع خوردگی در سقف مخزن شود. باران و برف تمایل دارند تا از مخازن کروی خیلی سریعتر بیرون بیایند، مدت زمان تماس آنها با آنها را کاهش می دهد و فرصت های احتمالی برای خوردگی را کاهش می دهد.
ساخت مخازن ذخیره سازی کروی گران تر از ساخت سایر مخازن ذخیره سازی رایج است، اما هنگام ساخت مخازن ذخیره سازی بزرگ مقرون به صرفه تر است.
کره ها معمولاً برای ذخیره مایعات زیر دمای محیط و گازهای تحت فشار مانند آمونیاک، پروپیلن، LPG، بوتادین و غیره استفاده می شوند.. گازها تحت فشار در دمایی کمتر از دمای مایع شدنشان ذخیره می شوند. مزیت اصلی ساختار کروی این است که غلظت تنش در شکل کروی در هنگام ذخیره گازهای تحت فشار حداقل خواهد بود زیرا مقاومت تنش در کل سطح یکنواخت خواهد بود. مزیت دیگر کاهش سطح بیرونی برای حجم ذخیره سازی معین در مقایسه با سایر اشکال ممکن است.
به دلیل دمای ذخیره سازی سرد و اغلب دمای محیط و رطوبت زیاد بیرون از کره، داشتن یک سیستم عایق حرارتی به خوبی طراحی و نصب شده برای ثابت نگه داشتن دمای داخل کره یک نیاز کلیدی است.
طراحی و ساخت مخازن کروی انفجاری در کارگاه شرکت پترو صنعت تاراز
مزیت یک کره نسبت به یک جانبینه افقی با همان حجم توسط سر استاتیک افزایش می یابد، زیرا این یک تمرین است که اجازه دهید ضخامت کره از بالا به پایین با افزایش فشار تغییر کند. کروی ها برای ذخیره سازی با مخزنیت زیاد ترجیح داده می شوند. مخزن کروی انتخاب خوبی با قطر بالای 10 متر است.
طراحی مخزن ذخیره سازی کروی
یک جنبه مهم در طراحی کره برای مایعات، وزن قابل توجهی است که در آن دخیل است. چنین کره‌هایی معمولاً روی پایه‌های عمودی متصل به مخزن در جانبی قرار می‌گیرند. به منظور مقاومت در برابر تنش های فشاری، سطح مقطع کل تاخیرها باید به صورت خطی با وزن مخزن افزایش یابد.
حجم مخزن کروی متناسب با توان سوم قطر مخزن است. با افزایش قطر، طول پاها نیز افزایش می یابد. وزن پاها متناسب با D 4 است. افزایش طول پاها از نظر زاویه کمانش و پایداری دینامیکی نامطلوب است. برای کره های با قطر بزرگ، وزن تکیه گاه ها قابل توجه است و سهم قابل توجهی از هزینه کل را تشکیل می دهد.
یک ساختار پشتیبان جایگزین برای یک مخزن کروی، قرار دادن کره بر روی پی پیوسته بتنی است که قطر بیرونی آن حدود 50 درصد قطر مخزن است. شکل سطح بالایی فونداسیون باعث ایجاد فشار به طور یکنواخت می شود. مخزن کروی در فونداسیون بتنی جایگزین دیگر برای ساختار نگهدارنده یک مخزن کروی، قرار دادن آن بر روی یک ساختار دامن مخروطی تقویت شده است. دارای خواص دینامیکی عالی و بار کمانش کم است.
همه این صفحات با پرس گرم تولید می شوند. ساخت مخزن کروی با استفاده از صفحات کروی دارای مزایای زیر است.
- تعداد اتصالات جوش داده شده کاهش می یابد. این باعث صرفه جویی در هزینه و بهبود استحکام کره می شود.
- صرفه جویی در مواد خام حاصل می شود. حداقل ضخامت مورد نیاز بر حسب فشار قابل استفاده است.
- ساعات کار مورد نیاز برای مونتاژ و ساخت کاهش می یابد.
- ظاهر کلی رگ به دلیل تعداد کمتر اتصالات جوش داده شده بهبود می یابد.
صفحات در دستگاه خم کن چهار صفحه غلتکی تا پروفیل کروی نورد می شوند و پروفیل توسط قالب بررسی حجمی بررسی می شود.
در صفحه جانبی (با ستون)، پد (زین) جوش داده می شود و سپس روی لنت، خرد ستون جوش داده می شود. معمولاً کلاهک های بالا و پایین با نازل های جوش داده شده و صفحات جانبی با یا بدون لنت (زین) جوش داده شده و پایه های ستون استرس کارگاه را کاهش می دهند زیرا ستون ها با پایه بتنی فونداسیون تماس دارند.
اگر تنش زدایی در محل انجام شود، انتقال حرارت از ستون فولادی به پایه بتنی می تواند پایه بتنی را ترک کند و خطر بزرگی ایجاد کند. صفحات دربی و قسمت بالایی آن در بالای خط جانبی جمع شده اند. صفحات زینی (پد) نیز با صفحات جانبی مونتاژ می شوند.
همانطور که کره در خدمت قرار می گیرد و تا دمای عملیاتی خنک می شود، سطح کره منقبض می شود و قطر کره کاهش می یابد. سیستم عایق باید طوری طراحی شود که این تغییر ابعادی را در خود جای دهد. تفاوت دما بین جسم و محیط بیرونی که منجر به تراکم سطح می شود. این، در ترکیب با ورود رطوبت از طریق دیگر از خارج، می تواند اثرات نامطلوب شدیدی بر کارایی و ایمنی کره شما داشته باشد. با جلوگیری از انتقال گرما، با پایین نگه داشتن انرژی مورد نیاز و هزینه های عملیاتی، می توانید محتوای خود را تا حد امکان بهینه ذخیره کنید.
عایق کردن مخازن کروی
ممکن است مواد عایق در صورت نشتی یا ریزش، محتویات کره را جذب کنند. کره ها اغلب حاوی مایعات قابل اشتعال هستند که نقطه اشتعال پایینی دارند و خطر آتش سوزی و انفجار بزرگی دارند. استفاده از سلول های باز یا سیستم های عایق فیبری می تواند ایمنی نامطلوب شدیدی برای کره شما داشته باشد و در نتیجه باعث جذب مایعات قابل اشتعال و خطر فتیله شدن که می تواند منجر به آتش سوزی خودکار شود.
مخازن تحت فشار ظروفی برای مهار فشار داخلی یا خارجی هستند. این فشار ممکن است از یک منبع خارجی یا با اعمال گرما از یک منبع مستقیم یا غیرمستقیم در نتیجه یک فرآیند یا هر ترکیبی از آنها حاصل شود. کد ASME کد ساخت و ساز برای مخازن تحت فشار است و شامل الزامات اجباری، ممنوعیت های خاص، و راهنمایی های غیر اجباری برای مواد مخازن تحت فشار، طراحی، ساخت، بررسی، بازرسی، آزمایش و صدور گواهینامه می باشد.
مخازن تحت فشار از نظر تئوری می توانند تقریباً هر شکلی داشته باشند، اما معمولاً از اشکال ساخته شده از بخش هایی از کره، جانبینه و مخروط استفاده می شود. یک طرح متداول یک جانبینه با کلاهک های انتهایی به نام سر است. شکل سر غالباً یا نیمکره یا بشقاب (توری کروی) است. تجزیه و تحلیل اشکال پیچیده‌تر از لحاظ تاریخی برای عملیات ایمن بسیار سخت‌تر بوده و معمولاً ساختن آنها بسیار دشوارتر است.
از نظر تئوری، یک کره بهترین شکل یک مخزن تحت فشار است. متأسفانه، ساخت یک شکل کروی سخت است، بنابراین گران تر است، بنابراین بیشتر مخازن تحت فشار جانبینه ای هستند با سرهای نیمه بیضوی 2:1 یا کلاهک های انتهایی در هر انتها. مخازن تحت فشار کوچکتر از یک لوله و دو پوشش مونتاژ می شوند. یکی از معایب این مخزن ها این است که عرض بیشتر گران تر است.
این نوع مخزن برای ذخیره سازی سیالات فشار قوی ترجیح داده می شود. کره یک ساختار بسیار قوی است. توزیع یکنواخت تنش ها بر روی سطوح کره، چه در داخل و چه در خارج، به طور کلی به این معنی است که هیچ نقطه ضعفی وجود ندارد. با این حال، ساخت کره ها بسیار پرهزینه تر از ظروف جانبینه ای است.
Storage Sphereها به تجهیزات جانبی مشابه ذخیره مخزن نیاز دارند – به عنوان مثال منهول های دسترسی، دریچه فشار / خلاء که برای جلوگیری از افت تهویه از جوش و کاهش تنفس در اثر تغییرات دمای روزانه یا فشار هوا، نردبان های دسترسی، نقاط ارت و غیره تنظیم شده است.
مزیت ظروف ذخیره سازی کروی این است که سطح کمتری در واحد حجم نسبت به هر شکل مخزن دیگری دارند. این بدان معناست که مقدار گرمای منتقل شده از محیط گرمتر به مایع در کره، کمتر از ظروف ذخیره سازی جانبینه ای یا مستطیلی خواهد بود.
سیلندرها به دلیل ارزان بودن تولیدشان نسبت به کروی ها به طور گسترده برای ذخیره سازی استفاده می شوند. با این حال، جانبینه ها به دلیل نقطه ضعف در هر انتها به اندازه کره ها قوی نیستند. این ضعف با نصب انتهای نیمکره ای یا گرد کاهش می یابد. اگر کل سیلندر از مواد ضخیم‌تر از یک مخزن کروی مشابه با مخزنیت مشابه ساخته شده باشد، فشار ذخیره‌سازی می‌تواند مشابه فشار یک کره باشد.
