مخزن تحت فشار یک مخروط، استوانه یا کره با بدنه فولادیست که توانایی تحمل فشار بالای سیال داخل خود را دارد. ساخت مخازن تحت فشار به معنای ساختاردهی و ساخت مخازنی است که برای نگهداری و مدیریت فشارهای بالا استفاده میشوند. این مخازن عموماً برای نگهداری گازها، مایعات، یا مواد دیگری که تحت فشار قرار دارند، طراحی و ساخته میشوند. آلیاژ و ضخامت دیواره فولادی آن بستگی به نوع ماده و میزان فشاریست که قرار است در شرایط عملیات کاری به آن وارد شود. این مخازن به علت فشار بالای داخل آن میتوانند خطرناک باشند لذا در ساخت آن باید استاندارد های کامل ایمنی رعایت شود.
بیشتر بخوانید: طراحی مخازن تحت فشار
استاندارد ASME یک سری دستورالعمل برای نوع آلیاژ، جوشکاری و آزمایشات تست مخازن تحت فشار ارائه داده است. این دستورالعمل توسط انجمن مهندسی مکانیک آمریکا تهیه شده است. انواع مختلف اتوکلاو نیز خود نوعی مخزن تحت فشار هستند که میتوانند به سادگی فشار بالا و یا خلاء را تحمل کنند.
مخازن کروی در برابر فشار تحمل بیشتری دارند اما به دلیل پیچیده تر بودن مراحل ساخت آن نسبت به مخازن استوانه ای گران تر هستند لذا بیشتر مخازن تحت فشار استوانه ای هستند. ابتدا و انتهای مخازن استوانه ای یک نیمکره فولادی گنبدی شکل جوش داده میشود. برای مخازن کوچکتر تا قطر 60 سانتیمتر میتوان از لوله های بدون درز یا مانیسمان استفاده کرد مثل سیلندرهای گاز اکسیژن و گاز LPG.
مخازن نگهداری گاز های مایع مثل گاز اکسیژن، نیتروژن، متان و… فشاری تا 300 اتمسفر را میتوانند تحمل کنند. بعضی از این مخازن مثل کپسول غواصی یا کپسول های آتش نشانی به دلیل سهولت کاربرد آن باید سبک ساخته شوند. امروزه برای سبک تر کردن مخازن از انواع مواد کامپوزیتی برای ساخت مخازن تحت فشار کم وزن استفاده میشود.
تاریخچه ساخت مخازن تحت فشار
در سال 1500 میلادی، لئوناردو داوینچی برای اولین بار طرز ساخت مخازن تحت فشار را در کتاب خود توضیح داده است. مخازن تحت فشار به شکل امروز از سال های 1800 و از زمان انقلاب صنعتی برای استفاده در دیگ بخار ساخته شدند. اولین مخازن تحت فشار به دلیل استاندارد های پایین ایمنی اغلب دچار ترکیدگی و مرگ کاربران آن میشدند. تا اینکه دولت ایالات متحده قوانینی برای نظارت بر ساخت مخازن تحت فشار وضع کرد.
تا سال 1900 برای جلوگیری از ترکیدگی مخازن تحت فشار پالایشگاه های نفت، به دور آن یک مفتول فولادی میپیچیدند ولی بعد از آن از جوشکاری در ساخت مخازن فولادی استفاده شد. در سال های اخیر پیشرفت های بیشتری در زمینه تست های ایمنی این مخازن صورت گرفته مثل آزمایش های رادیوگرافی و بررسی های غیرمخرب مخازن. ابزارهای ارزیابی دقیق مخازن میتواند مقاومت مخزن را در برابر تنش های وارده به مخزن را اندازه گیری کند.
مخازن تحت فشار در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند، از جمله صنایع نفت و گاز، شیمیایی، آب و فاضلاب، انرژی هسته‌ای، صنعت خودروسازی و غیره. طراحی و ساخت این مخازن باید با دقت و توجه به جزئیات فنی و ایمنی انجام شود تا فشار داخلی را به طور ایمن و مطمئن تحمل کنند و از وقوع حوادث ناخواسته جلوگیری شود.
مخازن تحت فشار از چه موادی ساخته میشوند؟
متریال ساخت مخازن تحت فشار اغلب از ورق های فولاد میباشد. برای ساخت مخازن استوانه ای یا کروی ورق های فولادی نورد شده را به هم جوش میدهند. البته این جوشکاری نباید به شکلی باشد که خواص مکانیکی ورق های فولاد را تحت تاثیر خود قرار دهد. همچنین با توجه به خورنده بودن سیالی که داخل مخزن نگهداری میشود، درصد کربن موجود در ورق فولادی و آلیاژ ورق با توجه به سیالی که داخل مخزن قرار خواهد گرفت انتخاب میکنند.
ساخت مخازن تحت فشار باید با رعایت استانداردها و مقررات فنی مربوطه انجام شود. این استانداردها شامل شرایط طراحی، مشخصات مواد ساختاری، فشار کاری، دما، ایمنی، آزمون، و نگهداری و نگهداری میشوند. ساخت مخازن تحت فشار به علت وجود فشار داخلی قابل توجه، نیازمند استفاده از محافظت‌ها و تجهیزات ایمنی مناسب میباشد.
بعضی از مخازن تحت فشار از مواد کامپوزیتی مثل الیاف کربن فشرده ساخته میشوند که بسیار سبک هستند. ساخت اینگونه مخازن بسیار پیچیده است و به دور یک آستر فلزی پوشانده میشوند. بد نیست بدانید که فندک های پلاستیکی و بطری نوشابه که جنس آن از پلیمر است نیز مخزن تحت فشار به حساب می آیند.
بتن نیز یکی از موادی است که با آن مخازن تحت فشار میسازند. البته داخل مخازن تحت فشار بتنی از ورقه های نازک فولاد استفاده میشود. همچنین بدنه مخزن نیز ترکیبی از بتن و مفتول های فولادیست. بتن مقاومت بالایی در برابر کشش ندارد لذا وجود میله های فولادی داخل بتن برای ساخت مخزن حیاتیست.
جهت افزایش ایمنی مخازن تحت فشار، یک شیر اطمینان روی اغلب آنها نصب میشود که محل رزوه های این شیر با کناف یا نوار تفلون آب بندی میشود. برای مخازن بزرگی که نیاز به بررسی دوره ای داخل آن دارند یک در قرار داده میشود که با مکانیزم های ایمنی خاص باز یا بسته میشوند.
