مخازن تحت فشار کروی یکی از انواع مخازن تحت فشار پرکاربرد می‌باشد. این مخازن برای ذخیره‌سازی سیالات هستند. همانطور که از نامشان پیداست، شکل هندسی آنها کروی می‌باشد. مخزن تحت فشار کروی ویژگی‌هایی دارد که سبب برتری آنها نسبت بع سایر مخازن تحت فشار شده است.
در این مقاله قصد داریم به معرفی و مزایای مخازن تحت فشار کروی بپردازیم. مخزن تحت فشار کروی از آنجایی که دارای استحکام بالایی هستند، ساخت آنها دشوارتر است. از همین‌رو قیمت مخزن تحت فشار بالاتر می‌رود. یکی دیگر از ویژگی‌های این مخزن این است که به علت شکل کروی، فضای بیشتری را اشغال می‌کند و به هنگام استفاده باید محدودیت فضایی در آنها درنظر گرفته شود.
بررسی‌های فنی در مخازن تحت فشار کروی نشان می‌دهد که بهترین طراحی را دارند. مخزن تحت فشار کروی را می‌توان در ابعاد و اندازه‌های مختلفی ساخت که در ادامه به بررسی آنها خواهیم پرداخت.
تجهیزات مخازن تحت فشار کروی
- شیر اطمینان
- شیر ورودی
- سطح‌سنج
- دماسنج
- فشارسنج
- دریچه آدم‌رو
- ابزار کنترل
- لوله و اتصالات
- نردبان
- پایه
کاربرد مخازن تحت فشار کروی
ازنظر هندسی مخازن تحت فشار کروی دارای ساختار یکپارچه‌ای هستند. به همین دلیل توزیع تنش ناشی از فشار سیالات در این مخازن به‌صورت یکنواخت در تمام جهات اتفاق می‌افتد. این درحالی است که در سایر اشکال مخازن تحت فشار، برخی از نقاط آسیب‌پذیر هستند و تحمل تنش کمتری دارند.
به‌طورکلی مخازن تحت فشار برای نگهداری سیالات در فشارهای بسیار بالا کاربردی هستند. به‌طور معمول برای نگهدای گاز طبیعی مایع و گاز نفتی مایع در حجم و فشار زیاد از مخزن تحت فشار کروی استفاده می‌شود. همچنین برای نگهداری گازهایی چون بوتان، پروپان، آمونیاک، اکسیژن، هیدروژن و نیتروژن از مخازن تحت فشار کروی استفاده می‌شود.
پس مخازن تحت فشار کروی برای ذخیره‌سازی مایعات سبک و گازهای تحت فشار نامبرده شده کاربرد دارد. تحمل فشار در مخازن کروی با ضخامت ورق یکسان، نسبت به مخازن استوانه‌ای بالاتر می‌باشد. بنابراین این مخازن را می‌توان در کاربردهای برودتی برای ذخیره‌سازی گازهای مایع استفاده نمود.
از دیگر کاربردهای مخازن تحت فشار کروی به صنعت نفت، گاز، پتروشیمی و رنگ‌سازی می‌توان اشاره کرد. ازطرفی این مخازن جایگزین مناسبی برای مخازن استوانه‌ای جهت استفاده در جایگاه‌های پمپ بنزین و CNG می‌باشد. همچنین به‌عنوان مخازن ذخیره آب در مکان‌های عمومی چون پارک‌ها، زمین ورزشی، کارخانه و مصارف خصوصی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
روش ساخت مخازن تحت فشار کروی
- روش مکعب منبسط شده یا روش توپ فوتبال که برای مخازن با ابعاد کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- روش پوسته پوسته کردن پرتقالی که جهت مخازن بزرگتر که شامل ورق‌ها و عدسی‌های بالا و پایین می‌باشند مناسب است.
- روش انفجاری که در این روش همانند روش پوسته پوسته پرتقالی، ورق‌ها و عدسی‌ها روی هم جوشکاری می‌شوند. درنهایت پس از ساخت مخزن، زمین را گود می‌کنند و مخزن را درون آن قرار می‌دهند. مخزن را پر از آب کرده و مواد منفجره را داخل آن قرار می‌دهند تا پس از انفجار، مخزن چندضلعی به‌صورت گرد درآید.
مزایای مخازن تحت فشار کروی
به‌طورکلی اگر تمامی اهداف بر طراحی و ساخت مخازن تحت فشار کروی تحت کنترل باشد و تمامی اصول به‌درستی انجام شود، می‌توان گفت درحالت فیزیکی این مخازن هیچ نقص و عیب و ایرادی نخواهند داشت. مزایای مخازن تحت فشار کروی به شرح زیر می‌باشد :
- نرخ انتقال حرارت کمتر به سیال درون مخزن : سیال درون مخازن کروی در مقایسه با دیگر مخازن، سطح تماس در واحد حجم کمتری با دیواره مخازن دارد. به همین دلیل نرخ انتقال حرارت بین بدنه و سیالات درون مخازن، کمتر است. معمولا اگر مخازن در مجاورت با نور مستقیم خورشید باشند و گرمای شدیدی را متحمل شوند، باعث می‌شود دمای محتویات داخل آنها افزایش پیدا می‌کند. این افزایش دما در راستای قوانین فیزیک سبب افزایش فشار نیز می‌شود. از همین‌رو لا افزایش فشار سیال موجود ممکن است به آستانه حداکثر فشار قابل تحمل مخزن برسیم. این موضوع برای مخازن تحت فشار کروی به‌خوبی مدیریت می‌شود و در مقایسه با مخازن استوانه‌ای افزایش فشار کمتری را تجربه می‌کنند.
- نیاز به تعمیر و نگهداری کمتر : همانطور که گفته شد مخازن تحت فشار کروی ساختاری یکپارچه دارند. به همین دلیل در مقایسه با سایر مخازن نیاز به تعمیر و نگهداری کمتری دارند. مسیرها و دریچه‌های آدم‌رو جهت بازرسی به‌صورت جداگانه درنظر گرفته می‌شود. ناگفته نماند که بخشی از بازرسی‌های این مخازن باید به‌صورت چشمی و در دوره‌های زمانی کوتاه انجام شود. این درحالی است که برخی از بازررسی‌ها اساسیت داشته و دوره‌های زمانی چندین ساله دارند. برای مثال آزمایش آکوستیک یکی از رایج‌ترین تست بازرسی مخازن تحت فشار کروی می‌باشد. بطوریکه طی این روش مخازن کاملا با سیال مشخص پر می‌شوند تا تنش به حداکثر مقدار خود برسد. سپس حسگرهای آکوستیک که بسیار حساس بوده به دیواره مخزن متصل شده و به همین ترتیب ترک، شکستگی و … در آنها شناسایی می‌شود تا مورد اقدامات تعمیر و نگهداری قرار گیرند.
- ضخامت پوسته کم : اگر تمامی موارد و شرایط طراحی و ساخت مخزن تحت فشار کروی و استوانه‌ای را یکسان درنظر بگیریم، متوجه خواهید شد که ضخامتی که برای مخزن تحت فشار کروی حاصل می‌شود، حدود نصف مخازن استوانه‌ای است. حال برای محاسبه ضخامت پوسته مخازن تحت فشار کروی طبق فرمول زیر استفاده می‌شود:
- T= PR / (2SE – 0.2P)
- T= ضخامت پوسته مخزن
- R= شعاع داخلی مخزن
- S= تنش مجاز مخزن
- P= فشار طراحی
- E= ضریب ایمنی یا کارایی مخزن
معایب مخازن تحت فشار کروی
- طراحی و ساخت پیچیده: باوجود ویژگی و مزایایی که مخازن تحت فشار کروی دارند، اما معایبی دارد که به‌عنوان ایراد جدی شمرده می‌شوند. همین که مزایایی وجود دارد که آن را برتر می‌کند، سبب پیچیده‌تر شدن ساخت آنها می‌باشد. برای مثال شکل‌دهی ورق‌هایفلزی به حالت کره کاری سخت و دشوار می‌باشد که نیازمند وجود دستگاه‌های پیشرفته با فناوری بالا است. درمقابل ساخت مخازن استوانه‌ای پیچیده نبوده و در کارگاه قابل ساخت است. از همین‌رو جهت نصب به موقعیت مکانی موردنظر منتقل می‌شود. درحالی که ورقه‌های مخازن کروی در کارگاه به روش نورد تولید شده، سپس به محل پروژه نقل مکان می‌شود. اینگونه که مونتاژ ورق‌ها حتی در محل پروژه انجام می‌شود.
- قیمت بالا در مخازن تحت فشار کروی: مخزن تحت فشار کروی قیمت بسیار بالاتری نسبت به مخازن استوانه‌ای دارند. به همین دلیل تنها در شرایطی که نیاز به ذخیره سیال با حجم و فشار بسیار بالا باشد، به سراغ خرید مخزن تحت فشار کروی می‌روند. در غیراینصورت استفاده از آنها مقرون بصرفه و اقتصادی نیست.
دستورالعمل بازرسی مخازن تحت فشار کروی
- قبل از شروع قطعه‌سازی در کارگاه سازنده، باید گواهینامه متریال مورد استفاده خوانده شود.
- قبل از شروع قطعه‌سازی باید بررسی شود که آیا دستورالعمل جوشکاری تایید شده یا خیر.
- قطع و وصلی اتصالات بررسی شود.
- درصورت لزوم بعضی نقات برای رادیوگرافی PT یا MT مشخص شود.
- حضور در مواقع ترک‌یابی، سختی‌سنجی و آزمایش‌های لازم
- مرور فیلم‌های پرتونگاری شده و درصورت عدم مطابقت، رادیوگرافی مجدد انجام شود.
- حضور در هنگام آزمایش فشار هیدرواستاتیک
- بررسی ابعادی و انجام بازرسی از داخل و خارج به منظور اطلاع از کیفیت ساخت
- بررسی مرتب بودن گواهینامه‌های آزمایش مواد و چارت عملیات حرارتی
- اطمینان از آشنا بودن سازنده با الزامات موجود در اطلاعات فنی و انجام شدن موارد مستندسازی به موقع
- بررسی پوشش داخلی مخازن تحت فشار طبق مشخصات فنی
- حضور در مواقع انجام آزمایشات صورت گرفته
ایمنی مخازن تحت فشار کروی
گازهایی که در مخازن تحت فشار کروی مورد استفاده قرار می‌گیرند بدلیل حجم و فشار بالا، 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 کروی استاندارد
- نصب مخازن فشار طبق اصول ایمنی
- نصب وسایل حفاظتی برای مخازن تحت فشار کروی
- 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 کروی و شرایط کاری گازها را داشته باشد.
ارتباط با ما
جهت همکاری با کارشناسان ما در حوزه مخازن تحت فشار کروی 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.
