مخازن تحت فشار معمولا به شکل استوانه یا کروی هستند. که از این مخازن برای نگهداری مایعات یا گازها در فشاری غیر از فشار اتمسفر استفاده می‌شود. به‌طور معمول در مخازن تحت فشار، بیشتر گازها را نگهداری می‌کنند، زیرا فقط گازها می‌توانند متراکم شود. مخزن تحت فشار بسیار خطرناک هستند. این خطرات منجر به حادثه‌های مرگبار در طول دوره توسعه و بهره‌برداری می‌شود.
از همین‌رو طراحی، ساخت و بهره‌برداری از مخازن تحت فشار توسط مقامات مهندسی و قانون حمایت می‌شود. درواقع تعریف مخزن تحت فشار از یک کشور به کشور دیگر متفاوت است. استاندارد اصلی برای طراحی مخزن تحت فشار، توسط انجمن مهندسان مکانیک آمریکا تدوین شده است و هر چهار سال یکبار مورد بازبینی قرار می‌گیرد. در ادامه به توضیحات جامعی درمورد مخزن تحت فشار و کاربرد آنها خواهیم پرداخت. در این مقاله ما را همراهی کنید.
طراحی مخازن تحت فشار شامل پارامترهایی چون حداکثر فشار عملیاتی، درجه حرارت ایمن، ضریب ایمنی، میزان خوردگی مجاز و حداقل دمای طراحی می‌باشد. این سازه‌ها با استفاده از تست‌های غیرمخرب چون تست اولتراسونیک، رادیوگرافی و آزمایش فشار بررسی و به سرانجام می‌رسند. در آزمایش هیدرواستاتیک از آب استفاده می‌کنند و در آزمایش پنوماتیکی از هوا یا گاز دیگری استفاده می‌شود.
برای تست آنها معمولا از تست هیدرواستاتیک استفاده و ترجیح داده می‌شود. زیرا این روش ایمنی قابل توجهی دارد. به این صورت که اگر شکست بدنه در طول تست و آزمایش اتفاق بیافتد، حجم ناچیزی از انرژی آزاد می‌شود. زیرا آب بدلیل تراکم‌پذیری کم، برخلاف گازها به هنگام شکست بدنه سریعا منبسط نمی‌شود، این درحالی است که در گازها این اتفاق مسبب انفجار است.
تاریخچه مخازن تحت فشار
اولین طراحی از مخزن تحت فشار در سال ۱۴۹۵ در کتاب لئوناردو داوینچی، که در آن ظروف هوای تحت فشار به منظور افزایش وزنه‌های سنگین زیر آب مورد آزمایش قرار گرفت، شرح داده شد. همچنان مخازنی که شبیه به آنهایی که امروزه استفاده می‌شود، تا سال‌های ۱۸۰۰ شناخته نشده بود.
زمانیکه تصمیم به تلید بخار از طریق دیگ بخار صورت گرفت، آنگاه باعث تحریک انقلاب صنعتی شد. با این حال، بدلیل کیفیت پایین در مواد و تکنیک‌های صورت گرفته و ازطرفی با دانش نادرست طراحی، بهره‌برداری و تعمیر و نگهداری ضعیف، سبب انفجارهای مخرب و کشنده مرتبط با دیگ‌های بخار و مخزن تحت فشار بصورت روزانه در ایالات متحده اتفاق می‌افتاد.
امروزه در راستای پیشرفت‌های روزافزون در زمینه مهندسی مخازن تحت فشار، عملیاتی ازجمله تست‌های مختلف اولتراسونیک و رادیوگرافی، گریدهای مواد جدید، جوشکاری اصطحکاکی، نظریه‌های پیشرفته و استفاده از ابزار دقیق بکار گرفته می‌شود. این عوامل اجازه می‌دهد که مخازن تحت فشار ایمن و کارآمدتر ساخته شوند.
امروزه سازندگان مخازن تحت فشار در ایالات متحده نیاز به نصب علامت استاندارد BPVC بر روی خود دارند. این کد به‌عنوان کد استاندارد داخلی استفاده نمی‌شود. بسیاری از دیگر کشورها این کد را به‌عنوان کد رسمی خود پذیرفته‌اند. البته کشورهایی چون ژاپن، استرالیا، کانادا، انگلیس و اروپا دارای کدهای خود هستند.
انواع مخازن تحت فشار
- مخزن تحت فشار کروی : این نوع از مخازن تحت فشار دارای استحکام بالایی هستند. از همین‌رو طراحی و ساخت آنها دشوار و زمان‌بر بوده، درنتیجه گران‌تر می‌باشند. از این مخازن برای ذخیره سیالات با فشار بالا استفاده می‌کنند. ازطرفی شکل کروی در این نوع مخازن منجر به اشغال فضای بیشتر و درصورت استفاده باید محدودیت فضایی درنظر گرفته شود.
- مخازن تحت فشار مخروطی : این نوع مخازن از دیگر انواع مخازن تحت فشار، کمتر مورد استفاده و در موارد خاصی کاربرد دارد. اما در محیط اطراف خود احتمالا این نوع از مخزن را مشاهده کرده‌اید.
- مخزن تحت فشار استوانه‌ای : این نوع از مخازن تحت فشار بصورت رایج در بازار هستند و کاربرد زیادی دارند. در دو شکل عمودی و افقی مورد استفاده قرار می‌گیرند. فضای موردنیاز برای استفاده از این مخازن کمتر از مخازن کروی می‌باشد.
اجزای اصلی مخازن تحت فشار
بصورت کلی مخازن تحت فشار از اجزای زیر تشکیل می‌شوند:
- پوسته
پوسته درواقع همان بدنه مخزن را دربرمی‌گیرد. این پوسته باتوجه به فضای مورد استفاده در اشکال مختلف و با جنس‌های متفاوت، ازجمله موارد زیر طراحی می‌شوند. مهم‌ترین آنها کربن استیل و فولاد ضدزنگ می‌باشد.
- کربن استیل
- فولاد ضدزنگ
- آلومینیوم
- گالوانیزه
- پلاستیک
- پلی‌اتیلن
- عدسی
عدسی همان قسمت منحنی شکل است که در دوطرف مخزن قرار می‌گیرد. جنس عدسی همان جنس پوسته مخزن است. کلاهک‌ها در اشکال مختلفی چون کروی، بیضوی، مخروطی، بشقابی و تخت وجود دارند که به پوسته مخزن متصل می‌شوند.
- دریچه بازدید
این بخش در مخازن تحت فشار برای بازدید، بررسی و یا انجام تعمیرات درنظر گرفته می‌شود. در مخازن بزرگ این بخش آدم‌رو بوده و اما در مخازن کوچک این بخش را دریچه دست‌رو تشکیل می‌دهد.
- لوله و اتصالات
این لوله‌ها جهت ورود و خروج و همچنین جابجایی سیال در مخزن قرار می‌گیرند. این لوله‌ها بسته به حالت قرارگیری مخزن، ممکن است در هرجای مخزن نصب شوند. بخش دیگری بنام استند پایپ لوله‌ای وجود دارد که به حالت ایستاده در کنار مخزن متصل می‌شود. سیال موجود در مخزن در این لوله‌هم نیز جریان دارد و از همین‌رو تمام خصوصیات و ویژگی‌های سیال درون مخزن را این بخش نیز دارد. درنتیجه برای اینکه پارامترهای موردنظر را از خود مخزن اندازه‌گیری کنند، از استند پایپ بررسی می‌کنند.
- نردبان
در بسیاری از مخازن تحت فشار که ارتفاع زیادی دارند، از نردبان استفاده می‌شود تا دسترسی به قسمت بالای مخزن فراهم شود.
- پایه
مخازن تحت فشار برای اتصال و قرارگیری‌شان بر روی زمین نیاز به پایه دارند. حال این پایه‌ها باتوجه به نوع مخزن متفاوت خواهند بود.
سایر اجزای مخازن تحت فشار شامل خروجی هوا، شیر اطمینان، لوله تخلیه و مخلوط‌کننده می‌باشند. هرکدام از اجزای بکار گرفته در مخازن تحت فشار یک وظیفه را برعده دارد که باید به نحو احسن عملی شوند. پس هنگام انتخاب مخازن تحت فشار به وجود هر یک از اجزای تشکیل‌دهنده در آن دقت کنید و از کارکرد و عملکرد صحیح هرکدام اطمینان حاصل کنید.
خصوصیات مخازن تحت فشار
شکل : مخازن تحت فشار می‌توانند هر شکلی داشته باشند. شکل رایج آنها بصورت کره‌ها، سیلندرها و مخروط‌ها است. شکل متداول آن یک استوانه با دو کلاهک در دو انتهای آنها است. شکل این کلاهک‌ها معمولا بصورت نیمکره یا بشقابی است. در تئوری، مخازن تحت فشار کروی با ضخامت جدار یکسان، دوبرابر مخازن تحت فشار استوانه‌ای استحکام دارند و جز ایده‌آل‌ترین شکل برای ساخت مخازن تحت فشار بشمار می‌روند. اما با این وجود ساخت آنها دشوارتر و پرهزینه‌تر است.
مواد ساخت : اکثر مخازن تحت فشار از جنس فولاد ساخته می‌شوند. برای ساخت این مخازن باید اجزای نوردشده و یا فورج‌شده بهم جوشکاری شوند. خواص مکانیکی بدست آمده توسط نورد یا فورج ممکن است توسط فرآیند جوشکاری کاهش پیدا کند.
به همین دلیل اقدامات لازم برای جلوگیری از این پدیده انجام شود.علاوه‌بر استحکتم مکانیکی، استانداردهای مورد استفاده از فولادی با ماومت دربرابر ضربه بالا را تعیین می‌کنند. سطوح داخلی مخازن تحت فشار را می‌توان با مواد فلزی، سرامیکی و پلیمری برای محافظت دربرابر سیال داخل محفظه پوشش داد. این پوشش نیز می‌تواند درصد زیادی از فشار محفظه را تحمل کند.
فشار کاری : سیلندرهای معمولی استوانه‌ای فشار بالا برای گازهای دائمی یعنی گازهایی که در فشار ذخیره‌سازی، کندانس نمی‌شوند، همانند اکسیژن، نیتروژن، هیدروژن، آرگون و هلیوم با فرآیند فورج گرم و پرس می‌شوند. این عملیات سبب می‌شود تا یک مخزن فولادی بدون‌درز ساخته شود.
کاربرد مخازن تحت فشار
مخازن تحت فشار در کاربردهای مختلفی در صنعت و بخش خصوصی استفاده می‌شود. بطور کلی می‌توان گفت کاربرد مخازن تحت فشار در صنعت، شبیه به کاربرد دیگ بخار در صنایع می‌باشد.زیرا به همان اندازه گسترده و بخشی از کاربرد آن به دیگ بخار برمی‌گردد.
برای مثال از عمده کاربرد مخازن تحت فشار می‌توان به هوای فشرده صنعتی و مخازن ذخیره‌سازی آب خانگی اشاره نمود. نمونه‌های دیگری از کاربرد آن بصورت جامع عبارتند از سیلندرهای غواصی، برج‌های تقطیر، راکتورهای فشار، اتوکلاو و بسیاری از مخازن در عملیات استخراج معادن، پالایشگاه‌های پتروشیمی و نفت و گاز، مخازن راکتورهای هسته‌ای، زیردریایی‌ها و ایستگاه‌های فضایی، مخازن پنوماتیک، مخازن هیدرولیک تحت فشار، مخازن ترمز و وسایل نقلیه و… کاربرد دارند.
علاوه‌بر همه موارد نامبرده شده یکی از کاربردهای ویژه مخازن تحت فشار مرتبط با کابین هواپیمای مسافربری است. زیرا پوسته بیرونی وظیفه حمل بارهای مانور هواپیما و همچنین تحمل فشار کابین آن را برعهده دارد. همچنین از دیگر کاربردهای آن می‌توان به استفاده مخزن ذخیره آب پشت پمپ‌های آب ساختمان اشاره کرد.
پس دانستید که مخازن تحت فشار در صنعت کاربرد گسترده‌ای دارند و همچنین در بخش خصوصی مانند مخازن آب و مخزن اکسیژن مورد استفاده قرار می‌گیرد. از کاربردهای صنعتی آن همانطور که گفته شد می‌توان به موارد زیر اشاره نمود.
- برج‌های تقطیر
- مخازن هیدرولیکی
- مخازن گاز مایع
- سرمایش و گرمایش
- دیگ بخار
- مخزن هوای هواپیما
- مخزن پنوماتیک
- مخازن راکتورهای هسته‌ای
- و…
ایمنی مخازن تحت فشار
از مهم‌ترین گازهایی که برای نگهداری آنها از منابع تحت فشار استفاده می‌شود عبارتند از آمونیا، پروپان، بوتان و کلوراین. این گازها تمایل زیادی به پخش شدن دارند. وقتی مقدار زیادی گاز در یک مخزن بسته نگه داشته شود، برای آزاد شدن به دیواره‌های مخزن فشار زیادی وارد می‌شود. هرچقدر حجم گاز داخل مخزن زیاد باشد، مستقیما فشار مخزن بیشتر می‌شود. از همین‌رو وقتی فشار زیاد شود، پوسته مخزن تمایل به شکسته شدن و انفجار دارد. در یک حجم ثابت فشار و دما ارتباط مستقیمی باهم دارند.
هرچه دما افزایش یابد، فشار نیز افزایش می‌یابد. دقیقا همین امر، دلیلی واضح بر ایمنی است. سازمان‌های استانداردسازی، قوانین و کدهای استاندارد متعددی را برای طراحی، ساخت و تعمیر و نگهداری تعیین کرده است. پس بهتر است برای حفظ امنیت و سلامتی خود و کارکنان و همچنین دستگاه، از اقدامات استاندارد اولیه جهت خریداری اولیه جهت حفظ ایمنی مخازن تحت فشار استفاده کنید. این الزامات شامل موارد زیر می‌باشد :
- خرید مخزن تحت فشار استاندارد
- نصب مخازن فشار طبق اصول ایمنی
- نصب وسایل حفاظتی برای مخازن تحت فشار
- استفاده از اپراتور آموزش‌دیده
- بازدید، تعمیر و نگهداری دوره‌ای
از قسمت‌هایی که بخش مالی در آن معنایی ندارد، خرید این مخازن است. زیرا خرید مخزن ارزان قیمت با نداشتن الزامات استاندارد، کار عاقلانه‌ای نخواهد بود و خطراتی را بدنبال خواهد داشت. علاوه‌بر این مورد در بخش نصب آن باید دقت و مهارت زیادی را به خرج دهید. همچنین از نصاب‌های بسیار کارآزموده و حرفه‌ای برای اینکار کمک بگیرید تا مخزن را در جای درست طبق اصول استاندارد، نصب کنند.
همچنین از کاربران تقاضا می‌شود تا وسایل حفاظتی را استفاده کنند تا در شرایط بحرانی و وقوع حادثه مدیریت شوند. ازطرفی اپراتوری که برای این بخش درنظر گرقته می‌شود باید در کار و حرفه خود تخصص داشته باشد. درواقع باید شناخت کافی نسبت به محتویات درون مخازن تحت فشار و شرایط کاری گازها را داشته باشد.
ارتباط با ما
جهت همکاری با کارشناسان ما در حوزه مخازن و گرفتن مشاوره و راهنمایی از مشاورین ما می‌توانید از صفحه تماس با ما، راه‌های ارتباطی دلخواه را برگزینید. تیم پشتیبانی جهت رسیدگی به درخواست‌های شما، پاسخگویی خود را به شما عرضه می‌دارد. همچنین برای بکارگیری از مقالات موجود در سایت کنکاش صنعت، آماده ارائه خدمات خود به شما هستیم. با ما همراه باشید.
