طراحی و ساخت مخازن نفتی پالایشگاه و پتروشیمی

مخازن ذخیره سازی حاوی مایعات آلی، مایعات غیر آلی، بخارات و گازها در بسیاری از صنایع استفاده می شود. اکثر این مخازن مطابق با مشخصات API-650 موسسه نفت آمریکا طراحی و ساخته می شوند. اندازه این مخازن می تواند از 2 متر تا 60 متر یا بیشتر باشد و معمولاً در حوضچه های نگهدارنده قرار می گیرند تا در صورت پارگی مخزن از نشت جلوگیری شود. ساخت مخازن ذخیره سازی نفت معمولاً در صنایع مربوط به تولید و پالایش نفت، تولید مواد شیمیایی و پتروشیمی، ذخیره سازی و انتقال فله و انواع دیگر صنایع مصرف کننده یا تولید مایعات و بخارات مورد استفاده قرار می گیرند.

مخازن استوانه ای

چهار نوع مخزن به شکل استوانه ای با محور مرکزی عمود بر زمین وجود دارد که چنین تانک هایی تقریباً همیشه در بالای سطح زمین به کار می روند. تنه های افقی را می توان هم در زیر و هم در بالای سطح زمین به کار برد. مخازن تحت فشار در بالای زمین قرار دارند و معمولاً به شکل کروی هستند تا حداکثر استحکام را برای تحمل فشارهای داخلی بالا فراهم کنند. مخازن متغیر فضای بخار می توانند کروی یا استوانه ای باشند.

حوضچه ای که از آجر یا بتن ساخته شده است معمولاً در اطراف مخازن با پوششی غیرقابل نفوذ به مواد ذخیره شده ساخته می شود تا از ریزش هایی که می تواند باعث آتش سوزی، آسیب اموال یا آلودگی محیطی شود، جلوگیری کند. ظرفیت حوضچه باید حداقل برابر با بزرگترین مخزن به اضافه ده درصد مجموع ظرفیت های دیگر باشد.

مخازن سقف ثابت

مخازن سقف ثابت در تاسیسات تولیدی که در آن نیاز به ذخیره هیدروکربن با فشار بخار نزدیک به فشار اتمسفر است، رایج است. مخزن سقف ثابت معمولاً از یک پوسته فولادی استوانه ای با سقف گنبدی یا مخروطی شکل تشکیل شده است که به طور دائم به پوسته مخزن ثابت می شود. سقف های چتری نیز رایج هستند. مخازن سقف ثابت برای ذخیره مایعات با نقطه اشتعال بسیار بالا (مانند نفت کوره، آب، قیر و غیره) استفاده می شود. آنها عموماً کاملاً جوش داده می شوند و اکنون به گونه ای طراحی شده اند که مایع و بخار مقاوم باشند، در حالی که مخازن قدیمی با ساختار پرچ شده یا پیچ و مهره ای ضد بخار نیستند.

مخازن سقف ثابت به طور کلی برای جلوگیری از خطر گرفتگی برخی از مواد عایق بندی می شوند، گرمایش از طریق کویل های بخار داخل مخازن. سقف های گنبدی برای مخازن با فشار ذخیره سازی کمی بالاتر از اتمسفر استفاده می شود.

متداول ترین طرح سقف ثابت دارای یک سقف مخروطی کم عمق با یک ستون وسط تک و چارچوب داخلی (یا خارجی) است تا از صفحات سقف پشتیبانی کند. این شامل فشار دادن تیرها و تیرها به شعاع سقف است. سقف های مخروطی به طور کلی از پوسته با استفاده از خرپا یا خرپا پشتیبانی می شوند. برای مخازن سقف مخروطی بزرگ می توان از ستون ها و تیرها برای حمایت از صفحات سقف و تیرچه ها استفاده کرد.

ستون های میانی در مواردی که قطر مخزن نفت بیش از 37 متر است استفاده می شود. طرح ها ممکن است شامل یک اتصال سقف شکننده (یعنی قادر به شکستن قطعات در هنگام فشار بیش از حد) برای محافظت بیشتر در برابر افزایش ناگهانی فشار داخلی باشد. برای این منظور، فشار طراحی محدود معادل فشار وزن کل صفحات سقف از جمله تیرهای ساختاری است. اگر قرار باشد فشارهای ذخیره سازی از قابلیت های سقف مخروطی تجاوز کند، می توان از طرح های سقف ثابت دیگر مانند سقف گنبدی خود نگهدار یا سقف چتری استفاده کرد. استاندارد API 650 ، طراحی ها بسته به قطر مخزن، فشار داخلی تا 2.5 psig را مجاز می کنند. برای فشارهای کاری بیش از 2.5 psig، استاندارد API 620، («طراحی و ساخت مخازن ذخیره‌سازی بزرگ و کم فشار»)  دارای روش‌های طراحی برای فشار داخلی تا 15 psig است.

به دلیل نگرانی‌های زیست‌محیطی و کاهش تلفات بخار، طرح‌ها تمایل دارند که عرشه‌های شناور داخلی را در مخازن سقف ثابت در زمان ساخت و یا بعداً به عنوان مقاوم‌سازی در نظر بگیرند. این روش دارای مزایای طراحی سقف ثابت و شناور است.

انتشار گازهای گلخانه ای از مخازن سقف ثابت بسته به ظرفیت مخزن، میزان استفاده از مخزن، فشار بخار مایع ذخیره شده و شرایط جوی محلی متفاوت است. تلفات محصول ذخیره شده از تبخیر می تواند در مخازن سقف ثابت زیاد باشد – به ویژه برای نفت خام که بخارها از طریق دریچه خروج فشار آزاد می شوند. تلفات یا به عنوان تلفات تنفسی یا به عنوان تلفات کاری طبقه بندی می شوند. از دست دادن تنفس زمانی رخ می دهد که انبساط و انقباض بخار ناشی از تغییرات دما و فشار اتمسفر منجر به دفع بخار شود. این تلفات بدون هیچ تغییری در سطح مایع در مخزن اتفاق می افتد. تلفات کاری زمانی اتفاق می افتد که سطح مایع در مخزن افزایش یابد. مخازن سقف ثابت یا آزادانه تهویه می شوند یا دارای یک دریچه فشار/خلاء هستند که به مخزن اجازه می دهد با خلاء یا فشار داخلی کمی کار کند. هنگامی که تغییرات بسیار جزئی در فشار، دما یا سطح مایع وجود دارد، این امر باعث توقف انتشار بخارات می شود. همچنین می توان مخازنی ساخت که در صورت وجود فشار کمی مثبت گاز خنثی باشند. این مخازن باید دارای دریچه های فشار-خلاء بوده و در هنگام استفاده با گاز طبیعی تصفیه شوند تا هوا از فضای بخار خارج شود.

دریچه سنج

مخازن با سقف ثابت باید دارای یک دریچه گیج در سقف باشند که امکان باز شدن سریع آن را فراهم کند. این اجازه می دهد تا اپراتور دسترسی سریع به “سنج” مخزن. اندازه گیری شامل:

•     اندازه گیری حجم مایع در مخزن
•     پیدا کردن وجود آب و در صورت وجود، اندازه گیری ارتفاع مرز روغن/آب
•     نمونه برداری از مواد داخل مخزن
•     تعیین دمای مایع در مخزن

دریچه گیج را می توان به گونه ای وزن کرد که به عنوان یک فشار پشتیبان یا دستگاه کاهش فشار خلاء برای تکمیل شیر فشار و خلاء اولیه کار کند

دریچه سنج معمولی

استانداردهای اندازه گیری دستی نفت و فرآورده های آن در کتابچه راهنمای استانداردهای اندازه گیری نفت API موجود است (3).

عملیات پر کردن یا پمپاژ

پر کردن و پمپاژ معمول مخزن بر فضای بخار در یک مخزن با سقف ثابت تأثیر می گذارد. خارج کردن محصول از مخزن هوا را به داخل فضای بخار می کشد و خطر ایجاد می کند. در طول دوره نگهداری قبل از پر کردن مجدد مخزن، تلفات تنفسی تبخیری به دلیل حجم بیشتر فضای بخار افزایش می یابد. افزودن محصول به مخزن، افزایش حجم مایع، مخلوط هوا و بخار محصول را از طریق دریچه مخزن جابجا می کند و باعث انتشار تبخیر قابل توجهی می شود.

سیستم های پوشش گازی

اگر فشار بخار محصول در مخزن کم باشد (زیر 10 کیلو پاسکال)، استفاده از مخزن سقف ثابت با تهویه آزاد عملی ایمن است. برای مخازن تولید یا سایر کاربردها که فشار بخار مایع ورودی معمولاً بالاتر از فشار اتمسفر در دمای معمولی محیط است، یک سیستم پوشش گازی برای حفظ فشار مثبت مخزن و به حداقل رساندن خطر مکش هوا به فضای بخار مخزن مورد نیاز است. در مواقعی که جریانی از محصول وجود ندارد، فرآیند تنفس مخزن به خودی خود می تواند منجر به کشیدن هوا از طریق دریچه فشار-خلاء به مخزن شود و یک مخلوط بالقوه انفجاری را تشکیل دهد.

یک سیستم پوشش گازی به یک منبع گاز طبیعی و یک تنظیم کننده فشار نیاز دارد که فشار مخزن را در سطح مطلوب نگه دارد. هنگامی که دمای محیط افزایش می یابد و باعث افزایش فشار داخل مخزن می شود، رگولاتور بسته می شود. اگر فشار همچنان افزایش یابد،

دریچه فشار برای کاهش فشار داخلی در مخزن با تخلیه بخارات (گاز پوششی به اضافه بخار محصول) به اتمسفر یا برخی فرآیندهای بازیابی بخار باز می شود. در صورتی که سیستم پوشش گاز از کار بیفتد همچنان باید از یک شیر خلاء برای محافظت از مخزن در برابر ایجاد خلاء استفاده شود.

قرار گرفتن در معرض آتش

تنفس خارج از منزل، ناشی از قرار گرفتن در معرض آتش، ممکن است بر اساس شرایط عملیاتی عادی، از سرعت تهویه طراحی فراتر رود. اگر این اتفاق بیفتد، جزئیات ساخت مخزن تعیین می کند که آیا هواگیری اضافی لازم است یا خیر.

در مخازن با سقف ثابت، جایی که اتصال پوسته سقف طبق استاندارد API 650 (1) ساخته شده است، اتصال سقف به پوسته ممکن است شکننده در نظر گرفته شود، به طوری که فشار داخلی بیش از حد ممکن است باعث از کار افتادن آن قبل از وقوع خرابی در هر دو شود. مفاصل پوسته مخزن یا در اتصال پوسته به پایین. در مخازن ساخته شده به این روش، تا زمانی که مخزن به خوبی از سایر تجهیزات دور باشد و از بین رفتن سقف در مواقع اضطراری قابل قبول باشد، نیازی به اضافه شدن سیستم های تهویه اضطراری نیست.

روی مخازنی که اتصالات شکننده ندارند، رویه‌های طراحی در استاندارد API 2000 (4) برای محاسبه ظرفیت تخلیه لازم برای قرار گرفتن در معرض آتش ارائه شده است.

حوضچه مهار

مخازن سقف ثابت در داخل یک حوضچه محتوی ساخته شده از آجر یا بتن و با روکشی ساخته می شوند که باید در برابر مایع ذخیره شده غیرقابل نفوذ باشد تا از ریخته شدن آن که می تواند باعث آتش سوزی، آسیب اموال یا آلودگی محیطی شود، جلوگیری کند. حداقل ظرفیت حوضه باید برابر با ظرفیت بزرگترین مخزن به اضافه 10٪ از مجموع ظرفیت کل مخزن دیگر باشد. برای جلوگیری از نشت یا جلوگیری از برخی موارد اضطراری دیگر، دیواره های حوضه باید بتوانند فشارهای بالا را تحمل کنند و همچنین در برابر محصول ذخیره شده مقاوم باشند. شیر تخلیه حوضه در قسمت بیرونی حوضچه محفظه قرار می گیرد و معمولاً باید بسته نگه داشته شود تا از نشت احتمالی هر گونه آلودگی به محیط جلوگیری شود.

منبع