انواع مخازن تحت فشار کدامند؟ راهنمای جامع

پاسخ به سوال اصلی: انواع مخازن تحت فشار کدامند؟ مخازن تحت فشار - که معمولاً به عنوان مخازن تحت فشار شناخته می شوند - ظروف بسته سنگین هستند که برای نگهداری گازها، بخارات یا مایعات در فشارهایی که به طور قابل توجهی با شرایط اتمسفر محیط متفاوت است، مهندسی شده اند. آنها بر اساس سه معیار اصلی مهندسی به انواع متمایز طبقه بندی می شوند: جهت گیری هندسی (عمودی، افقی یا کروی)، مواد ساختمانی (تمام فلزی نوع ۱ تا کاملاً کامپوزیت پیچیده نوع ۴)، و کاربردهای عملکردی (مخازن ذخیره سازی، راکتورهای فرآیندی و مخازن انبساط حرارتی). از آنجایی که این دارایی ها سیالات پرانرژی را تحت تنش مکانیکی شدید مدیریت می کنند، طراحی و ساخت آنها به شدت توسط کدهای مهندسی جهانی مانند کد دیگ بخار و مخازن تحت فشار ASME تنظیم می شود.

شکل فیزیکی یک مخزن تحت فشار، ردپای کف، دینامیک سیالات داخلی و توزیع تنش آن را تعیین می کند:

• مخازن تحت فشار عمودی:

  • با نسبت ارتفاع به قطر بالا مشخص می شوند، مخازن عمودی فضای کمی را در تأسیسات اشغال می کنند.

  • آنها به شدت برای فرآیندهای تخلیه گرانشی، ستون های تقطیر چند مرحله ای و مراحل جداسازی مایع-گاز که در آن فضای کف محدود است، ترجیح داده می شوند.

• مخازن تحت فشار افقی:

  • این مخازن که به صورت افقی قرار گرفته و به طور ایمن بر روی زین های فولادی سازه ای نصب می شوند، پایداری استثنایی را برای حجم های بزرگ مایع فراهم می کنند.

  • آنها به طور گسترده به عنوان درام های فلش، مخازن بافر و ظروف جداسازی فاز در تأسیسات فرآوری نفت و گاز استفاده می شوند.

• مخازن تحت فشار کروی:

  • با هندسه متقارن دو منحنی، کره ها فشار داخلی را به طور یکنواخت در تمام جهات توزیع می کنند.

  • از آنجایی که یک کره برای حجم و درجه بندی فشار معادل به نصف ضخامت دیواره یک استوانه نیاز دارد، آنها کارآمدترین شکل هندسی را برای ذخیره سازی انبوه عظیم گازهای مایع مانند LPG، LNG و آمونیاک بی آب نشان می دهند.

مخازن تحت فشار همچنین بر اساس لاینرهای داخلی و پروفیل های تقویت کننده خارجی به چهار دسته ساختاری متمایز طبقه بندی می شوند:

• نوع ۱ (مخازن تمام فلزی): کاملاً از مواد فلزی با دیواره ضخیم (مانند فولاد کربن، فولاد آلیاژی یا آلومینیوم) ساخته شده اند که برای تحمل مستقل ۱۰۰٪ تنش های فشار داخلی طراحی شده اند.

• نوع ۲ (مخازن پیچیده شده با حلقه): دارای یک لاینر فلزی نازک تر هستند که با یک پوشش کامپوزیت فیبر با استحکام بالا که منحصراً در اطراف محیط استوانه ای اعمال می شود، تقویت شده است تا تنش حلقه شعاعی را مدیریت کند.

• نوع ۳ (مخازن لاینر فلزی کاملاً پیچیده شده): از یک لاینر فلزی (آلومینیوم یا فولاد) استفاده می کنند که به طور کامل در سراسر بدنه استوانه ای و درپوش های گنبدی با کامپوزیت های فیبر کربن یا آرامید پیچیده شده است.

• نوع ۴ (مخازن لاینر پلیمری کاملاً پیچیده شده): ساخته شده با یک لاینر پلیمری سبک غیر فلزی که در یک کامپوزیت کاملاً ساختاری فیبر کربن پیچیده شده است، برای دستیابی به پروفیل های فوق سبک برای انرژی پاک فشار بالا و ذخیره سازی گاز متحرک.

بسته به نقشی که در یک فرآیند صنعتی ایفا می کنند، مخازن تحت فشار وظایف عملیاتی خاصی را انجام می دهند:

• مخازن ذخیره سازی و بافر: حجم ذخیره گازهای فشرده، مواد اولیه شیمیایی یا محصولات مایع را تحت فشار پایدار نگه می دارند تا تقاضای اوج کارخانه را برآورده کنند.

• راکتورهای فرآیندی: ظروف نگهداری سنگین که در آن سنتز شیمیایی، کراکینگ کاتالیزوری یا پلیمریزاسیون تحت دمای و فشار بالا همزمان رخ می دهد.

• گیرنده های هوای پنوماتیک: مخازن هوای فشرده که تخلیه کمپرسورهای هوای صنعتی را جمع آوری می کنند، ضربان فشار را کاهش می دهند و رطوبت متراکم را جذب می کنند.

• مخازن انبساط حرارتی: ظروف تحت فشار سیستم لوله کشی و HVAC حلقه بسته که برای جذب تغییرات حجمی آب ناشی از نوسانات دما طراحی شده اند.

س: رایج ترین نوع مخزن تحت فشار مورد استفاده در صنعت چیست؟

پاسخ: مخازن تحت فشار استوانه ای (که به صورت عمودی یا افقی پیکربندی شده اند) رایج ترین نوع مورد استفاده در صنعت هستند زیرا تعادل بهینه ای بین هزینه تولید، استحکام سازه ای و بهره وری فضایی کارخانه برقرار می کنند.

س: چرا از مخازن کروی برای ذخیره سازی گاز با حجم بالا استفاده می شود؟

پاسخ: مخازن کروی 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 از دیواره هایی با ضخامت نصف یک استوانه با همان اندازه استفاده کنند و آنها را برای ذخیره سازی حجمی فشار بالا عظیم ایده آل می کند.

س: تفاوت بین مخزن تحت فشار نوع ۱ و نوع ۴ چیست؟

پاسخ: مخزن نوع ۱ کاملاً از فلز سنگین (فولاد یا آلومینیوم) ساخته شده است، در حالی که مخزن نوع ۴ از یک لاینر پلیمری سبک وزن استفاده می کند که کاملاً در کامپوزیت فیبر کربن با استحکام بالا پیچیده شده است و وزن کلی را به شدت کاهش می دهد.

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

پاسخ: تحت چارچوب های استاندارد ایمنی صنعتی مانند ASME BPVC، ظروف بسته ای که در فشارهای داخلی یا خارجی بیش از ۱۵ پوند بر اینچ مربع گیج (psig) کار می کنند، به طور قانونی به عنوان مخازن تحت فشار طبقه بندی و تنظیم می شوند.