انواع ظروف تحت فشار و کاربردهای صنعتی آنها

پاسخ به سوال اصلی:انواع مخازن تحت فشار کدامند و چگونه در صنایع مختلف به کار گرفته می شوند؟مخازن تحت فشار، ظروف بسته سنگین هستند که برای نگهداری گازها، بخارات یا مایعات در فشارهایی که به طور قابل توجهی با شرایط اتمسفر محیطی متفاوت است، مهندسی شده اند.این مخازن که از ستون های تقطیر عظیم پالایشگاهی چند طبقه تا مخازن هوای فشرده صنعتی فشرده متغیر هستند، بر اساس نقش عملکردی، جهت گیری هندسی و طراحی سازه ای طبقه بندی می شوند.از آنجایی که آنها سیالات پرانرژی را تحت تنش های مکانیکی و حرارتی شدید مدیریت می کنند، ساخت و استقرار آنها به شدت توسط کدهای مهندسی بین المللی مانند کد دیگ بخار و مخزن تحت فشار ASME اداره می شود.

مخازن تحت فشار عمدتاً به گروه های عملکردی متمایز بر اساس نقشی که در یک تأسیسات فرآیند صنعتی ایفا می کنند، طبقه بندی می شوند:

• مخازن ذخیره سازی: به طور خاص برای نگهداری حجم ذخیره گازهای مایع (مانند پروپان، بوتان، آمونیاک بی آب و گاز مایع نفتی) یا محصولات شیمیایی نهایی تحت فشار کنترل شده طراحی شده اند.

• راکتورهای فرآیندی: مخازن واکنش سنگین که در آنها سنتز شیمیایی، کراکینگ کاتالیزوری یا پلیمریزاسیون تحت دمای بالا و فشار همزمان رخ می دهد، که اغلب مجهز به همزن های داخلی یا کویل های گرمایش/سرمایش هستند.

• مبدل های حرارتی: مجموعه های پوسته و لوله یا صفحه که انتقال انرژی حرارتی را بین دو یا چند سیال بدون اختلاط فیزیکی مستقیم تسهیل می کنند و گرمای اتلافی را در کارخانجات صنعتی بازیابی می کنند.

• جداسازها / درام های ضربه گیر: مخازن بالادستی نفت و گاز که برای جداسازی جریان های سر چاه به کسرهای مجزای نفت خام مایع، گاز طبیعی و آب تولیدی استفاده می شوند.

• دیگ های بخار: مخازن تحت فشار مشتعل که برای گرم کردن آب و تولید بخار پرفشار برای تولید برق و فرآیندهای گرمایش صنعتی استفاده می شوند.

شکل فیزیکی و جهت گیری فضایی یک مخزن تحت فشار، توزیع تنش، پیچیدگی ساخت و ردپای تأسیسات آن را تعیین می کند:

• مخازن تحت فشار استوانه ای (عمودی در مقابل افقی):

  • استوانه های عمودی: ردپای کف حداقل را اشغال می کنند و برای فرآیندهای تخلیه گرانشی، نسبت های بالای گاز به مایع و ستون های تقطیر چند مرحله ای ایده آل هستند.

  • استوانه های افقی: بر روی زین های سازه ای نصب می شوند تا حداکثر پایداری را برای حجم های بزرگ مایع فراهم کنند، که معمولاً به عنوان درام های فلش و جداکننده های فاز استفاده می شوند.

• مخازن تحت فشار کروی:

  • دارای انحنای دوگانه متقارن هستند که تنش داخلی را به طور مساوی در همه جهات توزیع می کند. از آنجایی که یک کره برای حجم و فشار معادل، به نصف ضخامت دیواره یک استوانه نیاز دارد، برای ذخیره سازی حجیم عظیم گازهای مایع تحت فشار بالا ترجیح داده می شوند.

مخازن تحت فشار ستون فقرات سازه ای صنایع حیاتی مدرن را تشکیل می دهند:

• استخراج و پالایش نفت و گاز: در جداسازی سر چاه بالادستی، فشرده سازی حمل و نقل میان دستی و هیدروتریتینگ و تقطیر جزئی پایین دستی به کار گرفته می شوند.

• فرآوری شیمیایی و پتروشیمی: به عنوان راکتورهای سنتز بسته، واحدهای بازیابی حلال و سیستم های ذخیره سازی گاز واکنش دهنده فشرده استفاده می شوند.

• تولید برق: به عنوان دیگ های بخار، گرمکن های آب تغذیه و پوسته های مهار راکتور هسته ای عمل می کنند.

• هوافضا و حمل و نقل: پشتیبانی از تحرک هیدروژنی انرژی پاک، ذخیره سازی گاز طبیعی فشرده (CNG) و سیلندرهای تنفس پشتیبانی از زندگی.

س: تفاوت اصلی بین مخزن ذخیره سازی و راکتور فرآیندی چیست؟

پاسخ: مخازن ذخیره سازی عمدتاً برای نگهداری مواد خام یا محصولات نهایی (مانند LPG یا آمونیاک) تحت فشار پایدار طراحی شده اند، در حالی که راکتورهای فرآیندی محیط های فعالی هستند که در آنها واکنش های شیمیایی، اختلاط و تغییرات حرارتی به طور همزمان رخ می دهد.

س: چرا از مخازن تحت فشار کروی به جای استوانه ای استفاده می شود؟

پاسخ: کره ها فشار داخلی را به طور یکنواخت در سراسر هندسه خود بدون نقاط تنش ضعیف توزیع می کنند.این امر به آنها اجازه می دهد تا دیواره های نازک تری نسبت به استوانه ها برای همان فشار و حجم استفاده کنند، که آنها را برای ذخیره سازی حجیم عظیم گاز علی رغم هزینه های تولید بالاتر ایده آل می کند.

س: در چه فشاری یک ظرف به طور قانونی به عنوان مخزن تحت فشار طبقه بندی می شود؟

پاسخ: تحت کدهای صنعتی استاندارد مانند ASME Section VIII، ظروف بسته ای که در فشارهای داخلی یا خارجی بیش از 15 پوند بر اینچ مربع گیج (psig) عمل می کنند، به عنوان مخازن تحت فشار طبقه بندی و تنظیم می شوند.

س: چه موادی بیشتر برای ساخت مخازن تحت فشار صنعتی استفاده می شوند؟

پاسخ: مخازن تحت فشار عمدتاً از فولادهای کربن با استحکام بالا، فولادهای ضد زنگ، فولادهای کروم-مولی کم آلیاژ، یا مواد آلومینیومی و کامپوزیتی تخصصی ساخته می شوند که بر اساس دما، فشار و خورندگی شیمیایی انتخاب می شوند.