مخزن تحت فشار چیست؟
مخزن تحت فشار یا همان منبع تحت فشار، مخزنی است که برای ذخیره یک سیال با فشار بالاتر از فشار اتمسفریک، استفاده می‌شود. مخازن تحت فشار را معمولا به صورت استوانه یا کروی می‌سازند تا تحمل فشار سیال داخل خود را داشته باشند. همچنین مخزن تحت فشار برای تعادل فشاری یک سیستم استفاده می‌شود تا فشار بصورت ناگهانی در آن سیستم تغییر نکند. حجم منبع تحت فشار بر اساس مصرف سیال در سیستم و فشار تزریق و میزان سیال مصرفی محاسبه می‌گردد. انواع مخازن تحت فشار برای نگهداری مایعات و یا گازها استفاده می شوند که باید تحت فشار خاصی به سیستم شارژ شوند. بنابراین جنس بدنه این مخازن باید متناسب با آن سیال انتخاب شود.
اجزای تشکیل دهنده مخزن تحت فشار
- بدنه اصلی: به صورت استوانه‌ای توخالی که دارای قطر و ارتفاع مشخص است و حجم مورد نیاز را تامین می‌کند.
- هدها: مخزن تحت فشار استوانه ای معمولاً دارای ۲ هد یا کپ می‌باشد که به دو سر بدنه مخزن جوش شده‌اند.
- اتصالات: به صورت فلنج یا بوشن بر روی نقاط مناسب مخزن نصب می‌شوند و از آنها برای ورود و خروج سیال و نصب انواع تجهیزات اندازه‌گیری و کنترلی استفاده می‌کنند.
- دریچه بازدید یا منهول (Manhole): یک فلنج بزرگ در بدنه مخزن است تا تعمیرکار بتواند به راحتی درون مخزن را بازدید کند. بر روی این فلنج در زمان کار مخزن، یک درپوش کور نیز می‌بندند.
- هندهول (Handhole): دریچه ایست کوچکتر از منهول که برای بازدید یا تمیزکاری درون مخزن توسط دست استفاده می‌شود.
- سینی‌های داخلی: برای طبقه بندی مواد درون مخزن یا نگهداری پکینگ‌های گوناگون در درون مخزن نصب می‌شوند.
- بازوی نگهدارنده درپوش منهول (Davit): که درپوش‌های سنگین دریچه های بازدید را هنگام باز و بسته شدن، از سمت بالا یا کنار، نگاه می‌دارد.
- رینگهای نگهدارنده: در مخازن تحت فشار برای استواری بیشتر بدنه در مقابل فشار، رینگهایی از جنس انواع پروفیل در درون و بیرون مخزن تحت فشار نصب می‌کنند تا بدنه را مانند یک کمربند محکم نگه دارد.
- پایه ها: که در زیر مخزن تحت فشار برای استواری مخزن بر روی زمین، قرار دارند.
- قلابها: روی بدنه منبع تحت فشار برای حمل یا فیکس کردن مخزن در یک پلتفرم هستند.
- رنگ مخزن: یکی از مهمترین بخشهای یک مخزن تحت فشار است که از خوردگی بدنه محافظت می‌کند.
- سایت گلس: دریچه ایست شیشه ای که کاربر می تواند اتفاقات درون مخزن را ببیند.
- نردبان: برای دسترسی به بالای مخازن بلند یا رفتن به درون مخزن استفاده می‌شود.
اجزای مخزن تحت فشار مبدل سازان مبنا
طراحی مخازن تحت فشار
از مخزن تحت فشار استوانه ای برای انواع مایعات و گازها استفاده می‌کنند و آن را در دو نوع افقی (خوابیده) و عمودی (ایستاده) می سازند. این دو نوع منبع از نظر شکل فیزیکی فرق‌هایی دارند. به عنوان نمونه پایه های مخزن تحت فشار افقی را بصورت زینی یا Saddle طراحی می‌کنند، اما در مخازن تحت فشار ایستاده برای ساخت پایه از انواع پروفیل یا لوله و یا Skirt استفاده می‌کنند. حتی قلاب‌های حمل که برروی مخزن تعبیه می‌شوند، در این دو نوع مخزن تحت فشار ممکن است متفاوت باشند.
مهمترین بخش طراحی یک مخزن تحت فشار تعیین ضخامت بدنه، هدها و دیگر قسمتهای آن می‌باشد. برای تعیین ضخامت این اجزا، باید قطر مخزن، حداکثر فشار سیال داخل، خوردگی مجاز و تنش تسلیم جنس بدنه در فرمولهای محاسبه لحاظ شود تا بهینه ترین ضخامت برای مخزن بدست آید. البته یکی دیگر از پارامترهای مهم در محاسبه ضخامت، نوع اتصال یا جوشکاری دو قطعه از بدنه است.
مشخصات قطعات دیگری نیز مانند ضخامت منهول، ضخامت و نوع پایه ها، ضخامت قلابها و غیره نیز را باید محاسبه کنید. بنابراین برای محاسبه ویژگیهای قطعات، باید از فرمولهای استاندارد استفاده کرد. مهمترین استاندارد طراحی مخازن تحت فشار ASME و API می‌باشد که باید قطعات مختلف مخزن تحت فشار برحسب آنها محاسبه شوند. البته در سالهای اخیر انواع نرم افزارهای محاسبه مخزن تحت فشار به مهندسین کمک می‌کنند تا بهترین مخزن برای پروسه مَد نظر طراحی شود. نرم افزار PV-ELITE از معروفترین و کاملترین این نوع نرم افزارها می‌باشد.
جنس منبع تحت فشار
پس از طراحی ضخامت و اجزای مخزن تحت فشار، باید نقشه ای از این مخزن تهیه شود. در این نقشه ابعاد، ضخامتها، جانمایی اتصالات و مِنهول، جانمایی پایه ها، جنس هر قطعه، انواع روشهای تست مخزن، فشار و دمای کار و طراحی مخزن تحت فشار و هر آن چیزی که برای ساخت منبع تحت فشار کاربرد دارد درج می‌شود.
جنس یک منبع تحت فشار ممکن است از انواع کربن استیل، استنلس استیل یا حتی پی وی سی باشد. تعیین جنس بدنه مخزن بر اساس میزان خوردگی سیال برروی مخزن، عمر مفید و فشار و تنش های دمایی و فشاری سیستم انجام می‌پذیرد.
مراحل ساخت مخازن تحت فشار
بعد از طراحی منبع تحت فشار و اجرای نقشه، باید متریال مورد نیاز را برحسب لیست موجود در نقشه تهیه نمود. سپس آلیاژ هر قطعه را به آزمایشگاه میفرستند تا اصالت و ترکیبات آن آلیاژ توسط آزمایشگاه بررسی و تایید شود.
در مرحله بعد گسترده ورق هدها (عدسی) را برشکاری کرده و با دستگاه هد زن، فرم می‌دهند. ما مطابق با استانداردها، انواع هد را برای مخازن تحت فشار طراحی کرده و می‌سازیم که دو نوع Torrispherical و Elliptical از پرکاربردترین آنهاست. در هنگام ساخت باید منحنی هدها اندازه گیری شود و قطر هدها نیز کنترل شود.
پس از آماده کردن و کنترل ابعادی عدسی مخزن تحت فشار، اندازه گسترده ورق بدنه را با استفاده از اندازه گیری تار خنثی، محاسبه و برشکاری می‌کنند. سپس این ورق بدنه را قبل از گرد کردن، کنترل ابعادی می‌کنند، تا گونیا باشد و موارد دیگر در ابعاد آن وجود نداشته باشد. سپس بدنه منبع تحت فشار را توسط دستگاه نورد گرد کرده و دو لبه آن را به هم می‌رسانند.
لازم به یادآوری است که هر دو قطعه از دستگاه که لازم است از طریق جوشکاری بهم اتصال پیدا کنند، باید مطابق استاندارد سنگ زنی شوند و فاصله آنها توسط فیلر فیکس شود تا جوشکاری نفوذی به درستی انجام پذیرد.
سپس برروی مخزن آکس کشی انجام می شود و تمامی اتصالات مخزن برروی آن مشخص می شوند. محل اتصالات به اندازه قطر هر کدام سوراخکاری شده و لبه داخلی آنها با شیب استاندارد سنگ زنی می شوند. اتصالات و اجزای دیگر نظیر پایه ها، نازلها، دریچه ها، نردبان و … نیز با اندازه های داده شده در نقشه برشکاری شده و فرم دهی می شوند.
پس از آماده سازی قطعات، تمامی نازلها بصورت تراز برروی بدنه چهار خال می شوند تا در هنگام جوشکاری کج نشوند. پس از جوشکاری هم باید تمامی این اتصالات مطابق استاندازد توسط مهندس ناظر چک شوند تا تراز بوده و جوشکاری دور آنها ایرادی نداشته باشد. قطعات باقی مانده دیگر نیز به همین طریق باید برروی مخزن نصب و جوشکاری شوند.
جوشکاری بدنه، هدها و دیگر قطعات باید مطابق WPS و PQR مورد تایید کارفرما انجام شود و معمولا برحسب استانداردهایی نظیر ASME انجام می شود. این پروسیجر معمولا مواردی مثل نوع جوشکاری (SMAW, GTAW, …) نوع الکترود، فاصله گذاری، پیش‌گرم و پس‌گرم قطعه و الکترود، زاویه جوش، ضخامت جوش و حتی آمپر مورد نیاز جهت جوشکاری را مشخص می‌کنند.
تست‌های مخزن تحت فشار چگونه انجام می شود؟
برای اطمینان از کارکرد مخزن تحت فشار طی سالیان متمادی، آزمونهای گوناگونی بر روی مخزن انجام می‌گردد که عبارتند از:
- تست بازدید چشمی Virtual Test (VT): که مهندس ناظر، کیفیت و ظاهر جوش را کنترل می‌کند.
- تست مایعات نافذ Penetrant Test (PT): با اسپری کردن مایع مخصوص بر روی جوش انجام می‌شود. با نفوذ مایع نافذ در ترکهای داخل جوش و تغییر رنگ مایع، نقاط دارای ایراد مشخص می‌شود.
- تست هیدرو استاتیک Hydrotest (HT): در این روش درون مخزن تحت فشار را از آب پر می‌کنند و با فشاری معادل ۱/۵ برابر فشار کار، تست انجام می شود. در صورت نفوذ آب به بیرون مخزن، عقربه فشارسنج افت می‌کند و نقطه دارای ایراد به صورت چشمی مشخص می‌گردد.
- تست رادیوگرافی Radiography Test (RT): در این روش یک فیلم رادیوگرافی را در یک طرف قطعه جوشکاری شده می‌چسبانند و از طرف دیگر پرتوهای ایکس یا گاما را می‌تابانند. چنانچه جوش ایراد داشته باشد، با نفوذ در ترکهای جوش اثراتی در فیلم ایجاد می‌شود و عیوب جوش به راحتی مشخص می‌شود.
- تست آلتراسونیک Ultrasonic Test (UT): این تست دقیقتر از روشهای قبلی است و توسط امواج صوتی که می‌توانند داخل ترک جوشها نفوذ کنند و آنها را مشخص نمایند انجام می‌شود.
- تست ذرات مغناطیسی Magnetic Particle Test (MT): که توسط امواج الکتریکی در بدنه منبع تحت فشار خاصیت آهنربایی ایجاد می شود. سپس پودر فلزی مخصوص روی سطوح پاشیده می‌شود که این پودر بر روی نقاطی که دارای عیب هستند بیشتر جمع می شود و آن نقاط را مشخص می‌کنند.
رنگ آمیزی و آماده سازی مخزن
پس از آنکه از نتایج مثبت تست‌ها اطمینان حاصل شد باید منبع تحت فشار طبق مراحل زیر رنگ آمیزی شود:
- ابتدا سطوح مخزن از داخل و بیرون توسط برس سیمی تمیزکاری می‌شود.
- سپس باید توسط سندبلاست، سطوح بدنه خش دار شده و برای رنگ آمیزی آماده شود.
- پس از سندبلاست، معمولا منبع تحت فشار توسط سه لایه رنگ پوشش داده می شود. لایه آستر، لایه میانی و لایه رویه که هر کدام رنگ مخصوص به خود و ضخامت خاصی خواهند داشت. بین هر دو لایه باید زمان خاصی را برای خشک شدن آنها اختصاص داد.
- پس از رنگ آمیزی هر لایه ،توسط دستگاه ضخامت سنج، ضخامت رنگ اندازه گیری می شود تا با اسپک آن در نقشه همخوانی داشته باشد.
- در بخش نهایی، کیفیت رنگ مخزن توسط مهندس ناظر، کنترل کیفیت شده و مخزن به صورت‌های مختلف بسته بندی و حمل می شود.