به طور کلی، ساخت مخازن تحت فشار شامل سیستم های مختلفی است، که با هدف محدود کردن مقدار زیادی از سیال در یک فضای کوچک، طراحی و تولید می شوند. برخی از مخازن تحت فشار، شامل مواردی مانند راکتور های هسته ای، هواپیما ها یا حتی قوطی های دئودورانت می شود. در این مطلب، شما را با مفهوم مخازن تحت فشار، انواع، مزایا و کاربرد های آن ها آشنا می کنیم.
این مخازن، نوعی ظروف نگهداری مایعات یا گاز ها در فشار بالا هستند که می توان آن ها را، در تنظیمات مختلف مانند، دیگ های صنعتی یا مخازن غواصی جستجو کرد. این مخازن، تحت فشار بالا تنظیم شده و لازم است استاندارد ها و اصول خاصی در مورد آن ها رعایت شود، تا در برابر فشار های شدید مقاومت بالایی داشته باشند. جنس این مخازن، علاوه بر فولاد از آلومینیوم یا مواد کامپوزیت نیز بوده و به شکل کره ای یا استوانه ای تولید می شوند. ابعاد و اندازه های مخازن تحت فشار متفاوت بوده و از یک مخزن کوچک تا مخازن صنعتی بزرگ با ارتفاع چند طبقه، متغیر می باشد. تمامی انواع مختلف این مخازن، دارای یک هدف مشترک هستند و آن، نگهداری مواد و محتویات درون مخزن در فشار های بالا می باشد.
از مخازن تحت فشار، در بسیاری از صنایع مختلف استفاده شده که در ادامه، به هر کدام از این موارد اشاره می کنیم:
• صنایع نفت و گاز: در این صنایع، از یک مخزن تحت فشار به عنوان گیرنده استفاده شده که در آن، تمامی فرآیند های فیزیکی و شیمیایی، در دما و فشار بالا انجام می شود.
• صنایع شیمیایی: در این صنایع نیز، از یک مخزن تحت فشار استفاده شده که در آن، نوعی فرآیند شیمیایی برای تغییر اساسی در محتوای مخزن انجام می شود.
• صنایع انرژی: یکی از دلایل استفاده از مخازن تحت فشار در بخش انرژی، وجود گاز های مضر است. نیروگاه های هسته ای از نوعی مخازن تحت فشار ویژه، به نام مخازن تحت فشار راکتور استفاده می کنند.
به طور کلی، مخازن تحت فشار بر اساس شکل یا نحوه عملکرد، دارای انواع مختلفی هستند که در ادامه، هر کدام از آن ها را بررسی خواهیم کرد:
این نوع از مخازن تحت فشار، ظروفی هستند که مایعات، بخارات و گاز ها را درون خود ذخیره می کنند. از ویژگی های مخازن ذخیره سازی، استفاده مجدد از آن ها برای فرآیند های آینده یا ذخیره محصولات نهایی مانند گاز طبیعی فشرده و نیتروژن مایع است.
این نوع از مخازن تحت فشار،مخازن مبدل حرارتی بوده که به انتقال گرما بین چند سیال کمک می کند. از این نوع مخازن، در صنایع زیستی، صنایع غذایی، دارویی و انرژی استفاده شده و مواد درون آن ها، توسط اختلاف دمای سیالات سرد و گرم و فشار داخلی تحت فشار قرار می گیرند. تجهیزات مورد استفاده در مبدل های حرارتی، بر اساس خواص حرارتی و جریان سیالات درگیر در تبادل حرارت و ویژگی حرارتی پارتیشن رسانا طراحی خواهد شد.
نوع دیگری از مخازن تحت فشار، دیگ بخار یا بویلر ها هستند که از انواع مختلف انرژی برای تولید گرما استفاده می کنند. با استفاده از دیگ بخار، مایعات به بخار تبدیل شده و بخار تولید شده، برای اهداف دیگری استفاده می شود. دیگ های بخار، اغلب از ظروف فلزی تشکیل می شوند و گرما را از یک منبع به یک سیال انتقال می دهند. لازم است دیگ بخار جامد باشد، تا بتواند تمام فشار و گرمای موجود را تحمل کند.
یکی دیگر از انواع مختلف مخازن تحت فشار، ظروف فرآیندی هستند که ظروفی بزرگ برای انجام فرآیند های صنعتی مانند، اختلاط و هم زدن، آبپاشی، تقطیر و جداسازی مواد شیمیایی و واکنش های شیمیایی از آن می باشند. فشار موجود در ظرف، بر اساس فرآیند و مواد مورد استفاده متغیر است.
این نوع از مخازن تحت فشار، برای نگهداری مایعات تحت فشار بالا بسیار مناسب بوده و با داشتن ویژگی هایی مانند استحکام بالا و شکسته نشدن، هزینه بالایی در تولید دارند. کره ها نیز مانند تمامی اشکال دیگر مخازن تحت فشار، فضای زیادی را اشغال می کنند که در صورت هم اندازه بودن، در مقایسه با ظروف استوانه ای به مواد کمتری نیاز دارند.
نوع دیگری از مخازن تحت فشار، مخازن استوانه ای شکل هستند که دارای پوسته استوانه ای و یک یا چند سر می باشند. بدنه اصلی این مخزن، همان پوسته استوانه ای است و سر ها نیز، مانند کلاهک های انتهایی، محتویات ظرف را پوشانده و ممکن است نمایه ای صاف یا گرد داشته باشند. از این نوع مخازن تحت فشار، در موارد مختلفی استفاده شده و به همین دلیل، محبوب ترین و رایج ترین مخازن تحت فشار محسوب می شوند. هر چند، هزینه تولید مخازن استوانه ای نسبت به مخازن کروی پایین تر است با این حال، از استحکام و دوام خوبی برخوردار نیستند.
از رایج ترین و محبوب ترین مواد مورد استفاده برای مخازن تحت فشار، می توان به موارد زیر اشاره کرد:
• فولاد کربن
• فولاد ضدزنگ
• هاستلوی
• آلیاژ های نیکل
• آلومینیوم
• تیتانیوم
به منظور اطمینان از ضریب ایمنی و کیفیت مخازن تحت فشار، آزمایشات مختلفی انجام می شود که در ادامه، آن ها را بررسی خواهیم کرد:
لازم است یک بازرس معتبر و با تجربه، هر 5 سال یک بار داخل و خارج مخازن تحت فشار را، از نظر وجود ترک، تغییر شکل، تاول، نشت مایع، خوردگی یا آسیب های دیگر بررسی نماید.
در این نوع بررسی، از امواج صوتی با فرکانس بالا، برای تشخیص و یافتن عیوب سطحی یا زیر سطحی و هم چنین، اندازه گیری ضخامت دیواره مخازن استفاده می شود. این ماده، امواج صوتی اولتراسونیک را جذب کرده و آن ها را توسط یک مبدل، به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. در صورت وجود هر گونه نقص و ایراد، امواج منعکس شده دچار اختلال خواهند شد.
این نوع از بررسی ها، شامل استفاده از اشعه ایکس یا اشعه گاما، برای تشکیل تصویری از زیر سطح مخزن تحت فشار می باشد که در آن، وجود ناپیوستگی ها، سوراخ ها و تفاوت های چگالی، چگونگی انعکاس امواج را تغییر خواهد داد. از آن جایی که استفاده از این روش، نتایج ثابت و درستی دارد، به شکل گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. هر چند استفاده از این روش، بسیار هزینه بر بوده و نیاز به آموزش تخصصی نیز دارد.
در این نوع بررسی، از جریان مغناطیس برای تشخیص عیوب احتمالی مخزن تحت فشار استفاده می شود. بازرس، یک جریان مغناطیسی را توسط مخزن فشار بین دو ماده عبور داده که در صورت عدم مشکل، این جریان به راحتی عبور خواهد کرد. در غیر این صورت و با وجود ترک یا ناهنجاری، مقداری از جریان مغناطیسی به اطراف نشت خواهد کرد. در شرایطی که ذرات مغناطیسی، به شکل مایع یا پودر در قسمت بیرونی ریخته شوند، عیوب احتمالی بیشتر قابل مشاهده است.
در این روش از بازرسی ها، مقدار کمی مایع با نام نافذ، به قسمتی از درز ها یا صفحات جوش داده می شود که در صورت ته نشین شدن این ماده، مقدار اضافی از روی سطح پاک خواهد شد. به این ترتیب، هر گونه نافذی که به داخل شکاف رفته باشد، از این طریق آشکار خواهد شد.
در صورتی که قصد استفاده از مخازن تحت فشار را دارید، لازم است برای حفظ امنیت و سلامتی خود و سایر کارکنان، برخی موارد ایمنی را رعایت نمایید. در ادامه، این نکات را بررسی خواهیم کرد:
یکی از موارد مهم در زمینه ایمنی مخازن تحت فشار، خرید مخزن استاندارد است. خرید مخزن دست دو یا کهنه، هرگز کار عاقلانه ای نبوده و توصیه نمی شود. بسیاری از تولید کنندگان مخازن تحت فشار مانند کارخانه های ایتالیایی، مخازن استاندارد و با کیفیتی را تولید و عرضه می کنند. بهتر است، گران ترین و مدرن ترین مخزن تحت فشار را خریداری کرده و در این زمینه صرفه جویی نکنید.
یکی دیگر از موارد بسیار مهم در زمینه ایمنی مخازن تحت فشار، چگونگی نصب آن است. لازم است برای نصب، از یک نصاب حرفه ای استفاده کرده تا مخزن را در جای درست و بر اساس استاندارد های اولیه ایمنی نصب کند.
از آن جایی که در حین فعالیت مخزن، احتمال هر گونه خطر در اثر بالا رفتن فشار یا دما وجود دارد، لازم است در این شرایط، از وسایل و تجهیزات ایمنی و حفاظتی مانند شیر انبساط، سیستم قطع عملیات، وسایل هشدار و غیره استفاده کنید. لازم است این وسایل نیز، در شرایط خوبی نگهداری شده و با سرویس دهی دوره ای، همواره از سلامت آن ها اطمینان داشته باشید.
اپراتور مخزن تحت فشار، باید فردی متخصص و آموزش دیده بوده تا در صورت از کنترل خارج شدن مخزن و بحرانی شدن شرایط، با خونسردی، اوضاع را مدیریت نماید.
لازم است بازدید دوره ای از مخازن و تجهیزات ایمنی، در فواصل زمانی مشخصی صورت گیرد، تا طول عمر و ایمنی مخازن تحت فشار افزایش یابد.