تعریف مخازن تحت فشار
مخازن تحت فشار ظروف بسته‌ای هستند که برای نگهداری مایعات، بخارات و گازها در فشاری بالاتر یا کمتر از فشار محیط استفاده می‌شوند. در صنایع مختلف از جمله پتروشیمی، نفت و گاز، صنایع شیمیایی و صنایع غذایی و دارویی کاربرد فراوانی دارند. تجهیزاتی مانند مخازن ذخیره گازها، راکتورها، درام فلش‌ها، جداکننده‌ها و مبدل‌های حرارتی نمونه‌هایی از مخازن تحت فشار هستند. هر مخازن تحت فشار باید در دما و فشار طراحی شده خود، که حدود ایمنی مخزن تحت فشار است، کار کند. طراحی، ساخت و آزمایش مخازن تحت فشار تحت مقررات و استانداردهای مربوطه به طور گسترده توسط پرسنل آگاه انجام می‌شود زیرا انتشار تصادفی و نشت محتویات آن خطری برای محیط اطراف آن است.
یکی از شناخته‌شده‌ترین استانداردهای مورد استفاده در طراحی و ساخت مخازن تحت فشار، استاندارد انجمن مهندسین مکانیک آمریکا (ASME) می‌باشد. که در بخش هشتم آن (ASME SEC.VIII DIV.1) به طراحی بویلر و مخازن تحت فشار اشاره شده است.
انواع مخازن تحت فشار
مخازن ذخیره:
مخازن تحت فشار به صورت معمول بر اساس کاربری و هندسه تقسیم‌بندی می شوند.
تقسیم‌بندی مخازن تحت فشار بر اساس کاربری آنها – مخازن ذخیره:
مخازن ذخیره‌سازی برای نگهداری مایعات و گازها برای مقاصد صنعتی استفاده می‌شوند. این مخازن معمولا حاوی سیالاتی می‌باشند که در حین فرآیند مورد استفاده قرار می‌گیرند و یا برای نگهداری محصولات نهایی مانند گاز طبیعی فشرده (CNG) و نیتروژن مایع استفاده شود. فولاد کربنی رایج‌ترین ماده مورد استفاده برای مخازن ذخیره‌سازی است.
یکی از شناخته‌شده‌ترین استانداردهای مورد استفاده در طراحی و ساخت مخازن تحت فشار، استاندارد انجمن مهندسین مکانیک آمریکا (ASME) می‌باشد. که در بخش هشتم آن (ASME SEC.VIII DIV.1) به طراحی بویلر و مخازن تحت فشار اشاره شده است.
مخازن فرآیندی
این مخازن طبقه‌بندی گسترده‌ای از مخازن تحت فشار می‌باشند که در آنها فرآیندهای صنعتی مانند اختلاط و هم زدن، تخلیه، تقطیر و جداسازی جرم و واکنش شیمیایی رخ می‌دهد. تغییر در فشار داخلی مخزن فرآیند به ماهیت فرآیند انجام شده و تغییرات مواد درگیر بستگی دارد. از انواع مخازن فرآیند به موارد زیر می‌توان اشاره کرد:
برج‌های تقطیر
امکان جداسازی مخلوطی از مایعات را بر اساس تفاوت در فراریت آنها می‌دهند. در این فرآیند، مخلوط تا دمایی گرم می‌شود که جزء فرارتر به فاز بخار تبدیل می‌شود. ارتفاع برج به اجزای داخلی آن (Packings or Trays) بستگی دارد.
دکانتورها
اجازه جداسازی مخلوط جامد-مایع یا مایع-مایع را می‌دهند به این صورت که جزء متراکم‌تر در ته ظرف می‌نشیند. این نوع مخازن اغلب دارای سطح مقطع باریک یا ساختار افقی می‌باشند.
تقسیم‌بندی مخازن تحت فشار بر اساس هندسه آنها
مخازن تحت فشار کروی
مخازن تحت فشار کروی، به دلیل ساختار مستحکم برای سیالات پرفشار ایده آل هستند، اما ساخت آنها دشوار و پرهزینه است. تنش داخلی و خارجی به طور منظم روی سطح کره توزیع می‌شود، به این معنی که هیچ نقطه ضعفی وجود ندارد. مخازن کروی سطح کمتری در واحد حجم دارند و این بدان معنی است که با حجم یکسان در ساخت مخازن کروی نسبت به مخازن استوانه‌ای مقدار کمتری متریال به کار برده خواهد شد. با توجه به سطح کمتر این مخازن، انتقال حرارت نیز در این مخازن کمتر می‌باشد.
مخازن تحت فشار استوانه‌ای
طراحی انواع مخازن تحت فشار
پارامترهای مهم در محاسبات طراحی یک مخزن تحت فشار که در ارزیابی ضخامت پوسته و عدسی‌ها تاثیرگذار است به شرح زیر می‌باشد.
فشار طراحی، فشاری که در طراحی یک مخزن مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فشار به میزان 10 درصد یا 30psi بیشتر از فشار داخلی مخزن در نظر گرفته می‌شود. (هر کدام که بیشتر باشد)
دمای طراحی، حداکثر تنش مجاز به شدت به دما بستگی دارد، زیرا با افزایش دما استحکام کاهش می‌یابد و در دماهای بسیار خاصیت ترد شوندگی بالا می‌رود. مخزن تحت فشار نباید در دمای بالاتری که حداکثر فشار مجاز در آن ارزیابی شده است کار کند. دمای طراحی همیشه بیشتر از حداکثر دمای عملیاتی و کمتر از دمای حداقل است.
حداکثر تنش مجاز، این مقدار با ضرب یک ضریب ایمنی در حداکثر تنشی که ماده می‌تواند تحمل کند به دست می‌آید. این ضریب ایمنی به جهت انحرافات احتمالی از ساخت و عملکرد ایده‌آل مخزن در نظر گرفته می‌شود.
Joint Efficiency: نسبت استحکام ورق جوش داده شده به استحکام ورق خام می‌باشد. به طور معمول استحکام اتصال جوش داده شده کمتر می‌باشد. اتصالات جوشی بدون آزمایش رادیوگرافی ضعیف‌تر در نظر گرفته می‌شوند.
خوردگی مجاز (Corrosion Allowance)، به طور کلی میزان خوردگی مجاز با توجه به شرایط پروسسی مخزن و طول عمر آن بین 1.5 تا 5 میلی‌متر در نظر گرفته می‌شود.
