طراحی و ساخت مخازن کروی

در این مقاله؛ قصد داریم به طراحی و ساخت مخازن کروی و ویژگی انواع مخازن کروی بپردازیم. با شرکت زوبین همراه باشید….

مخزن کروی یک مخزن تحت فشار با بیشترین کارایی و بازدهی است زیرا بیشترین حجم برای کمترین سطح را عرضه می‌کند و ضخامت این مخزن‌ها نصف ضخامت مخزن‌های استوانه‌ای با قطر یکسان می‌باشد.

مخازن کروی در قالب مخازن تحت فشار ASME به منظور ذخیره‌سازی مایعات و گازها در بسیاری از صنایع از جمله صنایع میان‌دستی، پایین‌دستی، پتروشیمی، صنایع شیمیایی، پالایشگاه‌ها و غیره استفاده می‌شود. این مخازن می‌توانند محصولات زیادی مانند آمونیاک خشک، گاز مایع، NGL، بنزین، نفتا، بوتادین، اتیلن، هیدروژن، اکسیژن، ازت، آرگون، LNG، بیوگاز و گاز فاضلاب را ذخیره نماید. شکل کروی این مخازن توزیع تنش یکنواختی را در هنگام بارگذاری داخلی ایجاد می‌کند که موجب ذخیره‌سازی تحت فشار مناسب‌تری می‌شود.

مخازن کروی کمترین فضای سطح زمین را برای ذخیره‌سازی تحت فشار به خود اختصاصی می‌دهند و نسبت به گزینه‌های دیگر هزینه‌های کمتری برای ساخت فوندانسیون، پوشش‌دهی، لوازم جانبی و لوله‌کشی در بر دارند.طراحی و ساخت مخازن کروی

مزیت‌های مخازن کروی

از مزیت‌های مخازن کروی می‌توان به به‌صرفه بودن، کاهش انتقال حرارت، امکان تحمل بیشترین میزان فشار و عدم نیاز به زیرسازی کمتر نسبت به مخازن استوانه‌ای و مکعبی اشاره کرد.

مخازن تحت فشار عموما از فولاد ساخته می‌شوند. خواص مکانیکی ورق‌های فولادی بهم جوش خورده جهت تولید این نوع مخازن، بع از فرایند جوشکاری کاهش می‌یابد. که البته اقدامتی جهت رفع این مساله انجام می‌گیرد. از کاربردهای مخازن کروی تحت فشار می‌توان به ذخیره‌سازی آب، هوای فشرده، راکتور فشاری، پالایشگاه نفت و گاز، راکتور هسته‌ای، ایستگاه‌های فضایی و زیردریایی اشاره کرد.

اجزای مخازن کروی

بر روی مخزن کروی تعدادی نازل تعبیه می‌شود که وظایف مختلفی به عهده دارند از جمله:

دما سنج TEMPERATURE GAUGE

دریچه آدم‌رو بالایی و پایینی MANHOLE

و تعدادی ابزار کنترل و شیرآلات مخصوص

شیر اطمینان SAFETY VALVE معمولا دو عدد

شیر ورودی INLET VALVE

سطح‌سنج LEVEL GAUGE

فشارسنج PRESSURE GAUGE

طراحی و ساخت مخازن کروی

روش جوشکاری مخازن کروی:

اغلب مخزن کروی از ضخامت بالایی برخوردار می باشد (یعنی چیزی حدود بیشتر از ۲۵ میلیمتر) که

از فولاد با استحکام و مقاومت بالا طراحی و تولید می شوند و دارای میزان کربن قابل توجهی می باشند و

به همین دلیل هم جوشکاری این نوع مخازن بر حسب دستورالعمل های خاصی انجام می گردد

و با پیش گرم کردن آغاز می گردد و طبق دستور العمل های خاصی به اتمام خواهد رسید .

جوشکاری در مخزن استیل موجب تقسیم ناموزون تنش های پسماند جوشکاری و حرارتی می شود

که این موجب بوجود آمدن ترک و بر هم خوردن مونتاژ در برخی از قسمت های جوش و حتی موجب ترک خوردگی می شود .

پس خیلی آشکار است که با در نظر گرفتن میزان حساسیت بالای مخزن استیل کروی باید حتما با دقت تمام جوش های انجام شده تست وآزمایش شوند به این منظور که از کیفیت آنها اطمینان حاصل کنیم.

روش تست و آزمایش جوش مخزن کروی استیل به صورت : (تست التراسونیک (Ultrasonic Test، M.T)تست مغناطیسی)

و تست (رادیوگرافی Radiography) می باشد.

پس از این که عملیات و فرآیند جوشکاری انجام شد به مرحله ی Opening نازل ها می رسیم که

پیش از هر چیز محل نصب و تعبیه نازل ها را علامت گذاری می کنند و بعد به وسیله ی دستگاه مخصوص برش محل مورد نظر را برش داده و در می آوریم و نازل ها در محل خود قرار می دهیم و پس از این که ترازسنجی شد و کنترل ابعادی آن انجام شد.

در نهایت نیز به مخزن کروی استیل جوش داده می شود.

لازم به ذکر است که محل جوش ها را با U.T و M.T تست می نمایند.

روش نصب مخازن کروی

برای نصب ابتدا قسمت Column  به Stop End  ها جوش داده میشود و ستون که یک گلبرگ از Equator به آن متصل است روی فونداسیون نصب میشود. بعد از اینکه کلیه ستونها نصب شد مابقی گلبرگهای Equator که بین آنها قرار میگیرند نصب میشوند تا رینگ وسط تکمیل شود.

سپس رینگ پایین مخزن مونتاژ میشود که در مرحله‌ بعدی رینگ بالا و سپس تاجها مونتاژ میشوند.

روش جوشکاری مخازن کروی

چون اغلب این مخازن دارای ضخامت تقریبا زیاد هستند (بیشتر از 25 میلیمتر) و از فولادهای تقریبا با استحکام بالا طراحی میشوند و معادل کربن قابل توجهی دارند و در نتیجه جوشکاری آنها طبق دستورالعمل خاصی با پیشگرم کردن شروع میشود و طبق دستورالعمل خاصی نیز پایان میپذیرد و نمیتوان برای هر قسمت از مخزن به دلخواه تعدادی جوشکار عملیات جوشکاری را انجام دهند در این صورت تقسیم ناموزون تنشهای حرارتی و تنشهای پسماند جوشکاری باعث به هم خوردن مونتاژ سایر قسمتها و حتی ایجاد ترک در بعضی از قسمتهای جوش شده میگردد.

بدیهی است با توجه به حساسیت این مخزن ها تمام جوشهای انجام شده باید تست شوند تا از کیفیت آنها اطمینان حاصل نماییم. متد تست معمولا تست رادیوگرافی (Radiography Test) و تست التراسونیک (Ultrasonic Test) و M.T (تست مغناطیسی)می‌باشند.

بعد از اتمام کار جوشکاری نوبت به Opening نازلها میرسد که مطابق با نقشه‌ موجود ابتدا محل نازلها را مارک میکنند و سپس توسط دستگاه برش موضع برش داده شده را در آورده، نازل را در محل قرار میدهند و پس از کنترل ابعادی و ترازسنجی به مخزن کروی جوش داده میشود.

محل جوش نازلها را معمولا با U.T و M.T (تست مغناطیسی) تست میکنند.

تنش‌گیری مخازن کروی در طراحی و ساخت مخازن کروی

بعد از اتمام عملیات جوشکاری نازل‌ها و متعلقات چنانچه نیاز باشد مخزن را تنش‌گیری می‌کنند. نحوه‌ی تنش‌گیری به این صورت است که مخزن را عایق‌بندی می‌کنند (با پشم سنگ) و توسط چند مشعل گازوئیل سوز با دمنده‌های مناسب از پایین و بالا حرارت را به داخل مخزن دمیده و در نقاط مختلف مخزن ترمومترهایی نصب می‌شوند که همگی آنها به یک دستگاه گراف متصل می‌باشند، طبق ضوابط خاصی عملیات تنش‌گیری تا حدود 650 سانتیگراد به مدت 2 تا 3 ساعت نگهداری و سپس سرد کردن آهسته انجام می‌گیرد. عملیات تنش‌گیری به منظور آزاد شدن تنش‌های پسماند ناشی از عملیات جوشکاری و تمپر شدن فازهای سخت به وجود آمده در جریان جوشکاری و مونتاژ نمودن مخزن صورت می‌گیرد.

تست هیدرواستاتیک مخازن کروی

تست هیدرو استاتیک مخزن بعد از عملیات تنش‌گیری انجام می‌گردد چنانچه مخزن طبق استاندارد ASME ساخته شود، در هنگامی که تست هیدرواستاتیک از یک نازل آب وارد می‌شود و روی یک نازل‌سنج نصب می‌گردد و از یک نازل برای خروج آب استفاده می‌گردد.مابقی نازل‌ها را توسط Blind Flange  (فلنج کور) مسدود می‌کند. ابتدا کل مخزن پرآب می‌شود و سپس توسط یک پمپ از دریچه Inlet آب وارد می‌کنند تا عقربه فشارسنج به میزان دلخواه برسد و حدودا 24 ساعت در آن فشار باقی بماند. سپس کلیه نقاط جوشکاری شده را کنترل می‌کنند تا نشتی نداشته باشد بعد از تست هیدرواستاتیک به علت انبساطی که جداره مخزن به‌وجود می‌آید اغلب سطوح جوشکاری شده را به وسیله‌ی ذرات مغناطیسی تست می‌کنند تا چنانچه ترک میکرونی در اثر انبساط به‌وجود آمده باشد کشف و برطرف گردد.بعد از تست هیدرواستاتیک، عملیات سندبلاست و رنگ مخازن انجام می‌شود که در بعضی از موارد مخازن را عایق‌بندی می‌کنند بعد از آن نوبت به نصب شیرآلات و پیوستن مخزن به شبکه لوله گازی مجموعه‌ای می‌رسد که در آن مخزن نصب شده است.

مخزن پس از کالیبراسیون و نصب سیستم کنترل آمادۀ سرویس‌دهی می‌گردد.

طراحی و ساخت مخازن کروی

عایق کردن مخازن کروی

ممکن است مواد عایق در صورت نشتی یا ریزش، محتویات کره را جذب کنند. کره ها اغلب حاوی مایعات قابل اشتعال هستند که نقطه اشتعال پایینی دارند و خطر آتش سوزی و انفجار بزرگی دارند. استفاده از سلول های باز یا سیستم های عایق فیبری می تواند ایمنی نامطلوب شدیدی برای کره شما داشته باشد و در نتیجه باعث جذب مایعات قابل اشتعال و خطر فتیله شدن که می تواند منجر به آتش سوزی خودکار شود.

مخازن تحت فشار ظروفی برای مهار فشار داخلی یا خارجی هستند. این فشار ممکن است از یک منبع خارجی یا با اعمال گرما از یک منبع مستقیم یا غیرمستقیم در نتیجه یک فرآیند یا هر ترکیبی از آنها حاصل شود. کد ASME کد ساخت و ساز برای مخازن تحت فشار است و شامل الزامات اجباری، ممنوعیت های خاص، و راهنمایی های غیر اجباری برای مواد مخازن تحت فشار، طراحی، ساخت، بررسی، بازرسی، آزمایش و صدور گواهینامه می باشد.

مخازن تحت فشار از نظر تئوری می توانند تقریباً هر شکلی داشته باشند، اما معمولاً از اشکال ساخته شده از بخش هایی از کره، جانبینه و مخروط استفاده می شود. یک طرح متداول یک جانبینه با کلاهک های انتهایی به نام سر است. شکل سر غالباً یا نیمکره یا بشقاب (توری کروی) است. تجزیه و تحلیل اشکال پیچیده‌تر از لحاظ تاریخی برای عملیات ایمن بسیار سخت‌تر بوده و معمولاً ساختن آنها بسیار دشوارتر است.

از نظر تئوری، یک کره بهترین شکل یک مخزن تحت فشار است. متأسفانه، ساخت یک شکل کروی سخت است، بنابراین گران تر است، بنابراین بیشتر مخازن تحت فشار جانبینه ای هستند با سرهای نیمه بیضوی ۲:۱ یا کلاهک های انتهایی در هر انتها. مخازن تحت فشار کوچکتر از یک لوله و دو پوشش مونتاژ می شوند. یکی از معایب این مخزن ها این است که عرض بیشتر گران تر است.

سازنده مخازن کروی

نصب مخازن کروی

بهترین سازنده مخازن کروی

ساخت مخازن کروی نفتی

ساخت مخازن کروی گازی

ساخت مخازن کروی پتروشیمی