طراحی و ساخت مخازن کروی ذخیره گاز و مایعات تحت فشار

منبع و یا تانک کروی یک مخزن تحت فشار است که به دلیل شکل کروی، توانایی تحمل فشارهایی بسیار بالاتر از مخازن استوانه ای را دارد. این مخازن اغلب برای ذخیره سازی و حتی حمل گازهایی مثل مایعات خطرناک هسته ای، LNG، LPG و… کاربرد دارند. اختلاف فشار این مخازن با محیط خارج بسیار بالاتر از سایر انواع مخازن تحت فشار می باشد. به جز فشار بالا این مخازن برای تحمل دماهای بالا نیز سازگاری بسیار بالا دارند.

روش ساخت این مخازن با هم متفاوت هستند ولی در شرکت پترو صنعت تاراز به روش انفجاری ساخته می شوند. در این روش پس از جوشکاری ورق های مخزن به همدیگر و پس از اینکه انواع تست ها از نظر ایمنی و نشتی روی آنها انجام شد، درونشان انفجاری کنترل شده انجام میگیرد که شکل این مخازن کامل کروی شود. از طریق تزریق هوای فشرده به داخل این مخازن نیز میتوان شکل کروی دقیقی به این مخازن در دست ساخت داد.

مخازن تحت فشار ظروفی هستند که مواد داخل آن ها طی فرایندی تصفیه و یا ذخیره می شود. مخازن کروی بخشی حیاتی از واحدهای عملیاتی در صنایع مختلف مثل پالایشگاه و پتروشیمی هستند. فرایند هایی مثل تقطیر خشک کردن فیلتر کردن به کمک مخازن کروی انجام می شود که در صنایع مثل پالایشگاه و نیروگاه های هسته ای از آنها استفاده می شود.

موادی که داخل مخازن کروی ذخیره می‌شوند می‌توانند دچار تغییر فاز شوند یعنی به صورت گاز ذخیره می شوند و داخل مخزن تبدیل به مایع می شوند. همچنین این مواد پس از فشار بالا و انجام واکنش های شیمیایی به مواد دیگر تبدیل می شوند. این مواد در طول فرآیند گاز تولید می کنند که می تواند باعث ترکیدن یا ترک خوردن مخازن کروی پالایشگاهی شود. لذا احتمال نشت مایعات و گازها وجود دارد که می‌تواند باعث حوادث جدی و خطرناکی شود به همین دلیل آزمایش های زیادی روی مخازن کروی توسط مقرراتی که از سازمانهای نظارتی اعمال شده انجام می شود.

برای ذخیره نفت کوره، گاز مایع و گاز ها مطابق با استانداردهای ذخیره سازی انواع سوخت در دسته بندی مخازن پالایشگاهی قرار می گیرند. مقرون به صرفه ترین راه ذخیره گاز ها در حجم های بسیار بالا مخازن ذخیره سازی کروی هستند. ولی با این حال ساخت این مخازن نسبت به مخازن استوانه‌ای عمودی و افقی بسیار پیشرفته تر و گران تر هستند.

مخازن کروی معمولاً از ورق های کربن استیل و یا فولاد ضد زنگ استنلس استیل و با جوشکاری بسیار دقیق ساخته می شوند. با توجه به اینکه مخازن تحت فشار در گذشته باعث انفجار و خسارات جانی و مالی زیادی می شدند سازمان هایی برای نظارت بر ساخت این مخازن تاسیس شدند و هر ساله استانداردهای جدیدی برای ساخت این مخازن منتشر می کنند.

در آیین نامه های ایمنی مخازن برای روش های طراحی پارامترهای زیادی نیاز است. از جمله مقدار فشاری که داخل مخزن تحت فشار وجود دارد و میزان تنش مجاز و همچنین مواد و متریال قابل استفاده برای ساخت مخازن کروی در این دستورالعمل ها کدهایی برای جوشکاری و همچنین میزان مجاز خوردگی ورق مورد استفاده در ساخت مخزن ذکر شده است.

به دلیل اینکه در مخازن کروی اغلب گاز هایی که انفجاری هستند ذخیره می شود لذا احتمال نشت این گازها و بروز آتش سوزی بسیار بالا هست. بنابراین طراحی این مخازن کروی به گونه‌ای باید باشد که قابل آزمایش و بررسی تنش های خمشی و تنش های موضعی قبل از ترک خوردن ورق باشد. لذا لازم است تمام نیرو های اعمال شده به مخزن شبیه سازی شود.

در مخازن تحت فشار کروی در هنگام طراحی از فشاری بیشتر از فشاری که قرار است در هنگام پر بودن مخزن به آن وارد می شود استفاده می‌شود. این مقدار معمولاً ۱۰ درصد بالاتر از فشار کاری معمولی آن مخزن میباشد که به آن فشار طراحی گفته می شود. البته فشار هیدرواستاتیکی نیز در طراحی اعمال می‌شود که این از طریق فرمول ها به دست می آید.

طراحی و تحلیل تنش های وارده بر بدنه مخزن برعهده طراح و شرکت سازنده مخازن کروی می باشد. کاتالوگی از جداول فنی خواص مکانیکی انواع ورق های فولادی وجود دارد که پارامترهایی مثل ساییدگی خوردگی و حداکثر نیرویی که ورق به صورت کششی و یا خمشی میتواند تحمل کند در این جداول وجود دارند.

الزامات طراحی مخازن کروی دقیقاً مشخص کرده که برای ساخت این مخازن تحت فشار از ورق های کربن استیل و فولاد های روکش دار که قابلیت تحمل تنش های بالا و خمش های بالا را در عین استحکام بالای فولاد را دارند. استفاده شود انتخاب یک متریال مناسب وظیفه طراح مخزن می باشد. در هنگام جوشکاری نیز باید جوشکار گواهینامه های مورد نیاز جوشکاری رو داشته باشد زیرا پس از جوشکاری عملیات حرارتی خاصی از لحاظ کنترل خواص کششی و خزشی و خمشی مخزن روی آن باید انجام شود. اگر جوشکار تجربه کافی نداشته باشد این عملیات حرارتی به درستی انجام نمی شود.

در مخازن کروی از متریال فولاد کربن دار استفاده می شود که حداکثر میزان کربن موجود در ورق فولادی نباید از سی و پنج صدم درصد تجاوز کند. ورق هایی مثل a۵۱۶ که ورق کربن استیل و یا ورق های فولاد استیل ۳۰۴ و یا ۳۱۶ مناسب ترین ورق ها برای ساخت مخازن کروی می باشند.