شناخت وطراحی انواع مخازن تحت فشار نفت و گاز

بسم الله الرحمن الرحیم

عنوان:
شناخت وطراحی انواع مخازن تحت فشار نفت و گاز

دانشکده مکانیک ساری
سال 93

مقدمه:
نَفت خام مایعی غلیظ و افروختنی به رنگ قهوه ای سیر یا سبز تیره یا سیاه است که در لایه های بالایی بخش هایی از پوسته کره زمین یافت می شود. نفت شامل آمیزه پیچیده ای از هیدروکربن هایی گوناگون است. بیش تر این هیدروکربن ها از زنجیره آلکان هستند؛ ولی ممکن است از دید ظاهر، ترکیب یاخلوص تفاوت های زیادی داشته باشند.
واژه شناسی
ریشه واژه "نفت" از واژه اوستایی "نپتا" گرفته شده است. کلدانیان و اعراب آن را از زبان مادی گرفته و "نفتا" خوانده اند در برخی منابع قدیمی به صورت "نفط" نیز آمده است. در فرانسه نیز "Naphte" گفته می شود و پیش از آن تا سال ۱۲۱۳ میلادی "Napte" گفته می شد که از واژهٔ لاتین "Naphta" برگرفته شده بود. ریشه این کلمه واژه یونانی "Naphtha" به معنی روغن شرقی می باشد.
کلمه نفت در زبان انگلیسی "پترولیوم" (Petroleum)نامیده می شود که از دو کلمه"پترا" (Petro)(معادل یونانی واژه سنگ) و کلمه "اولئوم" (Oleum)(روغن) تشکیل شده است.
نفت مایعی است که عمدتاً از دو عنصر آلی هیدروژن و کربن تشکیل شده و دارای مقادیر کم تری از عناصر سنگین مانند نیتروژن، اکسیژن و گوگرد می باشد و به صورت طبیعی در زیر زمین و به صورت استثنایی در روی زمین یافت می شود
تاریخچه
اقوام متمدن دوران باستان، به ویژه سومری ها، آشوری ها و بابلی ها، در حدود چهارهزار و پانصدسال پیش در سرزمین بین النهرین (عراق امروزی) با برخی از مواد نفتی که از دریاچه قیر به دست می آمد، آشنایی داشتند. آنان از خود قیر به عنوان ماده غیرقابل نفوذ برای عایق کاری استفاده می کردند. رومی ها و یونانی ها نیز مواد قیری را برای غیرقابل نفوذکردن بدنه کشتی ها و همچنین برای روشنایی و گرم کردن به کار می بردند. در داستان ها آمده است که نوح نیز کشتی خود را با قیر پوشاند تا آب به درون آن نفوذ نکند
اولین چاه اکتشافی نفت در سال ۱۷۴۵ در فرانسه و اولین چاه استخراج نفت توسط کلنل دریک در سال ۱۸۵۹ در پنسیلوانیا حفاری شد
با توسعه و پیشرفت تکنولوژی حفاری در اواسط قرن نوزدهم و تکنولوژی تقطیر و پالایش نفت در اواخر قرن نوزدهم و استفاده از آن در موارد غیر سوختی، جهش حیرت آوری بوجود آمد. بطوری که امروزه صنایع پتروشیمی نفش اساسی و بنیادی در رفع نیاز عمومی جامعه به عهده دارد.
منشا
بیشتر دانشمندان منشا تشکیل نفت را گیاهان و موجودات آلی موجود در اقیانوس های اولیه می دانند.
باقی مانده جانوران و گیاهانی که میلیون ها سال قبل (قبل از دایناسورها) در محیط دریا (آب) زندگی می کرده اند، طی میلیونها سال توسط لپه های گل و رسوبات مدفون شده اند و تحت فشار و دمای بالا، نبود اکسیژن و مدت زمان طولانی تبدیل به نفت گردیده و در صورت وجود این شرایط همراه با سنگ مخزن مناسب، نفت به مقدار زیاد در حوضچه نفتی جمع می گردد.
نفت خام حالت روغنی دارد و به شکل های جامد (قیرهای نفتی) و مایع دیده می شود. برخی اوقات به تمام اشکال نفت هیدروکربن نیز گفته می شود. اگر نفت در محلی جمع گردد به آن محل "حوضچه نفتی" می گویند. از مجموع چندین حوضچه نفتی، یک "میدان نفتی" حاصل می شود. به سنگ متخلخل دربرگیرنده نفت، "سنگ مخزن" می گویند.
اکتشاف

تا قبل از حفر نخستین چاه نفتی به کمک وسایل جدید حفاری، این ماده مهم فقط از چشمه های سطحی نفت، یا چاه های کم عمق که به وسیله دست حفر می شد، استخراج می گردید و موارد استفاده از نفت خام نیز محدود بود. از زمان پیدایش نفت تا امروز فعالیتهای اکتشافی برای کشف ذخایر جدید نفت و گاز و تامین تقاضای بازارهای نفت و همچنین جایگزینی حجمهای تولید شده، بصورت مستمر در جریان است. امروز با پیشرفت تکنیکهای اکتشافی جدید، دقت فعالیتهای اکتشافی بیشتر شده و شانس بیشتری برای موفقیت وجود دارد، اما با وجود این پیشرفتها، اکتشاف هنوز بصورت یک فعالیت با ریسک بالا باقی مانده است. قدیمی ترین نظریه برای اکتشاف نفت، نظریه طاقدیس (Anticline Theory) است. کاربرد این نظریه برای یافتن نفت در قله طاقدیسها ابزار موفقی بود. این نظریه به عنوان نظریه اصلی برای اکتشافات مهم نفتی در بسیاری از نقاط دنیا از جمله مسجد سلیمان ایران مورد استفاده قرار گرفت. نفت در سال ۱۸۸۰ در رسوبات دریایی پنسیلوانیا کشف شد که ارتباطی با ساختارهای طاقدیسی نداشت و تجمع نفت و ایجاد نفتگیر صرفاً ناشی از تغییر رخساره رسوبات بود؛ بنابراین مشخص شد که ذخایر نفتی می توانند در حوزه های غیر چین خورده هم وجود داشته باشند. در نتیجه مفهوم نفتگیرهای چینه ای (Stratigraphic Traps) با این کشف وارد عرصه مفاهیم نفت شد. تا اواسط دهه ۱۹۲۰، تهیه و استفاده از نقشه های سطحی و طاقدیسها ابزار اصلی اکتشافات نفتی بود و یافتن نفتگیرهای چینه ای به صورت تصادفی رخ می داد. یک منطقه انتخاب شده را با مطالعه نمونه های سنگی و لرزه نگاری مشخص می کنند. اندازه گیری ها انجام می شود و اگر مکان از نظر میزان ذخیره نفت موجود و ملاحظات اقتصادی، موفقیت آمیز باشد، حفاری آغاز می شود. بالای چاه ساختاری به نام "دکل حفاری" برای جادادن وسایل و لوله های مورد استفاده در چاه ساخته می شود. زمانی که حفاری تمام می شود، چاه حفرشده یک جریان ثابتی از نفت را به سطح زمین خواهد آورد. به سنگ هایی که غالباً از سنگ های رستی (شیل) تشکیل شده و روی مخزن نفت قرار می گیرند، "سنگ پوششی" گفته می شود.
پالایش
نفت به صورت خام نمی تواند مورد استفاده قرار گیرد و باید در پالایشگاه نفت در برج تقطیر مورد تصفیه قرار گیرد.
انواع نفت خام

بیشتر ذخایر نفتی دنیا از نفت های فوق سنگین و شن های نفتی تشکیل شده است.
نفت خام معمولاً بر اساس دو معیار وزن مخصوص و میزان گوگرد تقسیم بندی می شود. نفت هایی که وزن مخصوص، گرانروی و چگالی پایینتری دارند نفت سبک و نفت هایی که وزن مخصوص، گرانروی و چگالی بالاتری دارند نفت سنگین نامیده می شوند. نفت هایی که گوگرد آنها کمتر است نیز نفت شیرین و نفت های دارای گوگرد بیشتر نفت ترش نامیده می شوند. استخراج، جابجایی و پالایش نفت های سبک و شیرین ساده تر و کم هزینه تر است و میزان بیشتری از محصولاتی چون بنزین، نفتا، نفت سفید و سوخت های جت برگرفته از نفت سفید، و گازوئیل های مرغوب را می توان از آن ها به دست آورد، به همین دلیل این نوع نفت ها بیشتر مورد علاقه پالایشگاه ها بوده و قیمت بالاتری دارند. شاخص های بین المللی تعیین قیمت نفت یعنی وست تگزاس اینترمیدیت و برنت از نوع نفت سبک و شیرین هستند. اما میزان نفت های ترش و سنگین در ذخایر نفتی دنیا بسیار بیشتر است.
اندازه گیری
نفت را با بشکه می سنجند. هر بشکه حاوی حدود ۱۵۹ لیتر نفت می باشد.

یک سکوی نفتی دریایی
مهندسی نفت (به انگلیسی: Petroleum engineering) کاربرد دانش، فناوری، ریاضیات و اقتصاد در فرایند اکتشاف، استخراج، برآورد مخزن و توسعهٔ نفت،گاز و سایر ترکیبات هیدروکربنی از مخازن زیرزمینی و انتقال آنها به پالایشگاه، صنایع پایین دستی و مصرف کننده است. شایان توجه است که پالایش نفت در حیطه صنایع پایین دستی صنایع نفت و گاز بوده و در محدوده مهندسی شیمی قرار می گیرد.
در سال های اخیر به دنبال تغییراتی که در رویکرد سرمایه ها به سوی منابع جدید انرژی صورت گرفته است، بسیاری از دانشگاه ها همچون استنفورد ودانشگاه کالیفرنیا این رشته را به مهندسی منابع انرژی تغییر نام داده اند؛ چرا که مباحث طرح شده در انرژی زمین گرمایی و سایر انرژی های نوین کماکان بسیار نزدیک به این رشته می باشد. در مهندسی نفت دروسی همچون ریاضیات، فیزیک، مکانیک سیالات، استاتیک، ترمودینامیک، انتقال حرارت، انتقال جرم، زمین شناسی و … تدریس می شود.
گرایش های مهندسی نفت
مهندسی نفت به چندین گرایش تقسیم می شود. در زیر به معرفی این گرایش ها می پردازیم:
* مهندسی اکتشاف: این گرایش ارتباط نزدیکی با زمین شناسی دارد. در اولین مرحله کشف حوزه های نفتی انجام می گیرد. مهندسان اکتشاف با بکار بردن شیوه های مختلف (مانند لرزه نگاری) به وجود یا عدم وجود نفت پی می برند.
* مهندسی مخازن: به گونه ای عمل می کنند که محصول نفت و گاز به واسطه تعیین موقعیت مناسب چاه، سطح میزان استخراج و افزایش دادن روش های بازیافت نفت، بهینه سازی شود.
* مهندسی حفاری: از لحاظ فنی، حفاری اکتشافی، استخراج و تزریق چاه ها را مدیریت می کند.
* مهندسی بهره برداری: که شامل مهندسی زیرسطحی است که اختلال بین مخزن و چاه را مدیریت می کند. وظایف مهندس بهره برداری، پرفوراسیون، مهارکردن شن، کنترل جریان حفاری نزولی، کنترل تجهیزات حفاری نزولی، ارزیابی کردن روش های ساختگی انتقال از راه هوا و همچنین انتخاب سطح تجهیزاتی که جداکننده مایع تولید شده اند (نفت، گاز طبیعی و آب)، هستند.
گروه های مهندسی نفت در دانشگاه های ایران
مهندسی مخزن
مهندسی مخزن (به انگلیسی: Reservoir Engineering) یکی از زیر شاخه های کلیدی مهندسی نفت محسوب می شود.
پس از کشف مخازن هیدروکربن که می تواند نفت، گاز و غیره توسط تیم اکتشاف نوبت به فاز مهندسی مخزن می رسد که نقش مهمی در چرخه برداشت از مخازن را عهده دار است .پاره ای از این وظایف بصورت خلاصه در زیر آورده شده است:
شناخت مخزن (Reservoir Characterization) که شامل تکمیل مطالعات زمین شناسی و پتروفیزیک مخزن و همینطور بررسی جریان سیال در محیط متخلخل می شود.
مدلسازی واقعگرایانه با جزییات زمین شناسی از مخزن هیدروکربنی ایجاد جدول زمانی تولید برگزیدن مناسب ترین شیوه و نرخ تولید به جهت رسیدن به حداکثر برداشت سیالات نفتی انتخاب مناسب ترین شیوه ازدیاد برداشت با توجه به شبیه سازی های رایانه ای و شرایط و خصوصیات مخزن
بررسی قابلیت تولید در مخزن با بکارگیری و بهره مندی از شیوه های جدید مطالعاتی و مدلسازی. ارزیابی توزیع فشار و توجیه افت آن در مخزن و چگونگی کنترل آن. ارائه شرایط عملیاتی برای بهره برداری از مخزن با بکارگیری خصوصیات و رفتار مخزن. انتخاب و ارائه روش عملی افزایش برداشت از مخازن با احتساب ملاحظات فنی واقتصادی. ارزیابی عملیات بهره برداری و ارائه روش بهینه. مدیریت و صیانت از مخازن نفت و گاز. توانائی ارزیابی فنی – اقتصادی طرح ها و عملیات ازدیاد برداشت از مخازن و بهینه سازی آن. ارزیابی تاثیر روشهی ازدیاد برداشت از مخازن بر محیط زیست. فارغ التحصیلان این دوره می توانند نقشی موثر در مطالعات و مدلسازی مخازن و استفاده از روشهی بهینه ازدیاد برداشت و بطور کلی مدیریت بهینه مخزن داشته باشند.
رضا طاهری از مروارید تا نفت (تاریخ خلیج فارس)، نشر نخستین
* صنایع شیمایی، شیمی نفت، تاریخچه نفت.
* دو قرن سکوت (نوشته زرین کوب
* سرگذشت نفت.
* زمین شناسی نفت (نوشتهُ رضایی
درک بهتر فرآیندهای پالایش ایجاب مینماید که ابزار و ادوات نصب شده در واحدهای عملیاتی بیشتر شناخته شوند از طرفی این تجهیزات به صورتها و شکلهای مختلف در تمام صنایع حتی صنایع غیرنفتی نیز وجود دارند و شناخت آنها دید کلی برای فرد ایجاد مینماید.
بطور کلی تجهیزات مورد استفاده درصنعت به چند بخش اصلی تقسیم بندی می شوند :
الف- ظروف Vessels
Vessel نام عمومی تمام ظروف در فرآیند میباشد ولی با توجه به نوع کاربردی که دارند برای آنها نامگذاریهای متفاوتی بکار میبرند که تقسیم بندی آنها به شکل زیر است:
1- Surge Drum (ظروف نوسانگیر)
2- Flash Drum (ظروف تبخیرآنی)
3- Filter Drum, Wash Drum, Contact Drum
4- Knock out Drum (ظروف مایعگیری از گازها)
5- Coaliser (ظروف آب گیری از محصولات)
6- Separator, Receiver (دریافت کننده، جدا کننده)
7- Reactor (راکتور)
8- Tank (تانکها)
9- Tower (برجها)
ظروف نوسان گیرSurge Drum
1- ظروف نوسان گیر( Surge Drum)
معمولاً خوراک هر واحد ابتدا در مخازن ذخیره شده و سپس توسط پمپ به واحد مربوطه ارسال میگردد…….

ظروف تبخیرآنی Flash Drum
1- ظروف تبخیرآنی ( Flash Drum) :
این ظروف در مسیرهایی قرار داده میشوند که فشار عملیاتی در آن نسبت به جریان ورودی پایینتر است و جهت جدا کردن مواد سبکتر از مواد سنگین مورد استفاده قرار می گیرند…….
Filter Drum, Wash Drum, Contact Drum
a. Contact Drum (ظروف تماس دهنده) :
این ظروف جهت بالا بردن خلوص گازها و عاری کردن مایعات از گازهای حل شده در آنها مورد استفاده قرار می گیرند ……….
:Wash Drum
این ظروف معمولاً برای جذب ناخالصیها بکار میروند و مواد شوینده میتواند مواد شیمیایی یا آب باشد به عنوان مثال مرکاپتان (RSH) موجود در مواد نفتی سبک مورد استفاده قرار میگیرد……………..
Filter Drum
این ظروف معمولاً از مواد جامد نظیر شن و ماسه و زغال فعال و … پر شده اند و به عنوان صافی عمل می نمایند ………
K.O. Drum)Knockout Drum)

Coalescer

Separator, Receiver

1- Reactor
ظروفی هستند حاوی کاتالیست که جهت انجام واکنشهای شیمیایی بکار میروند و با توجه به نوع واکنش شیمیایی انجام شده در آنها دارای تجهیزات متفاوتی می باشند.
2- : Tank
ظروفی هستند که برای انبارش مواد نفتی از آنها استفاده میشود و معمولاً برای ذخیره سازی خوراک یا محصولات بکار میروند که پس از پر شدن و کنترل کیفیت در چرخه قرار می گیرند.
3- Tower:
ظروفی استوانه ای وسینی دار هستند که جهت تفکیک مواد بکار میروند که در بحث تقطیر بیشتر راجع به آنها بحث خواهد شد.
ب- تجهیزات تبخیری:
در صنعت، دو نوع اصلی تجهیزات تبخیری لوله ای وجود دارد: دیگهای بخار و مبدلهای حرارتی.

اجزاء و قسمت های خارجی مبدل حرارتی:
1- سرثابت- کانال
2- سرثابت- سرپوش
3- فلنج سرثابت- کانال یا سرپوش
4- سرپوش کانال
5- مجرای ورود و خروج پوسته
6- صفحه تیوب شناور
7- تیوب
8- پوسته
9- سرپوش پوسته
10- فلنج پوسته (طرف کانال)
11- فلنج پوسته (طرف بانت)
12- لوله های ورود و خروج پوسته
13- فلنج سرپوش پوسته (فلنج بانت)
14- اتصال انبساطی
15- صفحه تیوب شناور
16- سرپوش سرشناور
17- فلنج سرشناور
18- حلقه پشتی سرشناور
19- حلقه دو تکه
20- فلنج پشت بند
21- سرپوش سرشناور (خارجی)
22- حاشیه صفحه تیوب شناور
23- فلنج جعبه آب بندی
24- پکینگ
25- گلند پکینگ
26- حلقه فانوسی
27- میله های رابط و فاصله دهنده
28- صفحات هادی مایع و تکیه گاه تیوب ها
29- سپر ضربه گیر
30- صفحه هادی افقی
31- صفحه تقسیم کننده دهانه کانال
32- محل اتصال سر تخلیه هوا
33- محل اتصال سر تخلیه مایع
34- محل اتصال ابزارهای اندازه گیری
35- پایه مبدل های افقی
36- حلقه برای بلند کردن سرپوش
37- پایه مبدل حرارتی
38- صفحه سر ریز
39-محل اتصال مایع نما
کوره ها: Furnace
لفظ Heater در صنعت نفت به کلیه ابزار گرم کننده اطلاق می شود ولی هرگاه صحبت از کوره باشد باید Fired Heaterها را مد نظر قرار دهیم چون درون این هیترها شعله وجود دارد.
پرشر وسل, وسل (Pressure vessels)
نامهای پرشروسل :
>وسل ( vessels )
>پرشر وسل (Pressure vessels)
>هوزینگ ممبران (Membrane Housing Pressure Vessels )
>پوسته ممبران
>محفظه ممبران
شرح پرشروسل :
محفظه ای است از جنس فایبرگلاس یا استیل که توان تحمل فشار بالا را دارد و وظیفه نگهداری و محافظت از ممبران را به عهده دارد. پرشر وسل به اندازه ممبران ساخته شده و ساختار آن متناسب با شکل ممبران است. در دو انتهای آن قطعه ای به نام درب وجود دارد که مجراهای ورود و خروج آب به ممبران در آن طراحی گردیده است به طوری که ممبران را به سادگی آب بند نموده و سبب ایجاد فشار مثبت در داخل ممبران می گردد.
اجزاء پرشر وسل:
پوسته وسل Housing
درب (کپ) وسل Gap
او رینگ ها وسل O-Ring
بست ویکتالیک وسل Victaulic Clamps
سایزهای پرشر وسل:
# قطر پرشروسل :
پرشر وسل ازنظر سایز قطر داخلی در سه سایز زیرساخت می شود:
پرشر وسل 4 اینچ : مخصوص ممبران چهار اینچ
پرشر وسل 8 اینچ : مخصوص ممبران هشت اینچ
پرشر وسل16 اینچ : مخصوص ممبران شانزده اینچ
# طول پرشروسل :
پرشر وسل ازنظر سایز طول بر اساس حداکثر تعداد ممبرانی که در آن قرار می گیرد به صورت عرف به شرح زیر تقسیم بندی می شود:
پرشر وسل تک ممبران ( وسل تک المان )
پرشر وسل دو ممبران ( وسل دو المان )
پرشر وسل سه ممبران( وسل سه المان )
پرشر وسل چهار ممبران( وسل چهار المان )
پرشر وسل پنج ممبران ( وسل پنج المان )
پرشر وسل شش ممبران ( وسل شش المان )
پرشر وسل هفت ممبران ( وسل هفت المان )
وضعیت ورود و خروج آب به پرشر وسل:
پرشروسل را می توان از نظر محل ورود سیال به دو گروه تقسیم بندی کرد:
1.وسل ساید پورت Side Port (ورودی از کنار)
2. وسل اند پورت End Port (ورودی از انتها)
شرح فنی پرشر وسل ها:
حداقل فشار کاری پرشروسل 75 psi و حداکثر 1500 psi می باشد. حداقل تحمل دمای پرشروسل 20 درجه فارنهایت معادل 6 – درجه سانتیگراد و حداکثر 190 درجه فارنهایت معادل 87 درجه سانتیگراد است. پرشر وسل ها می تواند دارای استاندارد ASME – Section X,CE,NSF-61,ISO 9001 -2008 هستند. محدوده تحمل پ هاش 3 الی 10 است.
کاربرد پرشر وسل:
•صنعت خودرو
•فرآیندهای صنعتی به ویژه در صنعت تولید نیرو
•بهداشت و درمان
•تصفیه ی آب شهری و آب شیرین کن
•نمک زدایی از آب دریا
•تصفیه آب صنعتی
•صنعت داروسازی
•صنایع مواد غذایی و آشامیدنی
•صنایع الکترونیکی
* دستگاه تصفیه آب در کرج
پرشر وسل چیست

پرشر وسل یا مخزن تحت فشار ، محفظه ای برای قرار دادن ممبران است. از پرشر وسل می توان در موارد زیر استفاده کرد:
سیستم تصفیه آب اسمز معکوس ، صنایع و واحد های نمک زدایی ، اولترافیلتراسیون ، نانوفیلتراسیون
تفاوت پرشر وسل ها در جنس پوسته ، ورودی و خروجی مواد ، محدوده عملکرد فشار ، محدوده عملکرد دما ، محدوده عملکرد PH ، اندازه و محل قرارگیری پورت های ورودی و خروجی می باشد.
انواع پرشر وسل های موجود بر اساس سایز:
4 اینچ و 8اینچ
انواع پرشر وسل بر اساس محل قرارگیری پورت:
پرشر وسل ساید پورت (side port)
پرشر وسل اند پورت (end port)
انواع پرشر وسل بر اساس برند :
پرشر وسل کد لاین ، پرشر وسل مستر لاین ، پرشر وسل وتک ، پرشر وسل آر او پی وی ، پرشر وسل پایرو
پرشروسل محفظه ای برای قرار گرفتن ممبرین و دارای کاربرد وسیع و مهمی در صنایع نمک زدایی، سیستم اسمز معکوس، نانوفیلتراسیون، و اولترافیلتراسیون می باشد.
تفاوت وسل ها در جنس پوسته، ورودی و خروجی خوراک، محدوده عملکرد فشاری، محدوده عملکرد دمایی، محدوده عملکرد (pH)، و اندازه مختلف پورت های ورودی و خروجی می باشد.
شرکت عمران سازان مهاب واردکننده وسل های Codeline و VETEC می باشد. تمامی پرشروسل ها دارای سطح داخلی صاف به منظور آب بندی بهتر ممبرین و سهولت جابجایی آن درون وسل ، پوسته از جنس کامپوزیت اپوکسی تقویت شده با الیاف شیشه (FRP)، ورودی خوراک از انتها ( End Entry ) یا از کنار ( Side Entry )، اندازه مختلف پورت های ورودی و خروجی آب تصفیه شده، خوراک و پساب ، و دارای گواهی و استاندارد های جهانی می باشند.
فروش انواع پرشر وسل, وسل, پرشر وسل, پرشر وسل اند پورت, پرشر وسل ساید پورت, پرشر وسل 4 اینچ, پرشر وسل 8 اینچ, پرشر وسل کد لاین, پرشر وسل مستر لاین, پرشر وسل وتک, پرشر وسل آر او پی وی, پرشر وسل پایرو, مخزن تحت فشار, نانوفیلتراسیون, نمک زدایی
پرشروسل یا مخزن تحت فشار محفظه ای است از جنس فایبرگلاس یا استیل که توان تحمل فشار بالا را دارد و وظیفه آن نگهداری و محافظت از ممبران است. ساختار و اندازه پرشر وسل متاثراز نوع ممبران است. در دو انتهای آن قطعه ای به نام درب وجود دارد که مجراهای ورود و خروج آب به ممبران در آن طراحی گردیده است به طوری که ممبران را به سادگی آب بند نموده و سبب ایجاد فشار مثبت در داخل ممبران می گردد. تفاوت وسل ها در جنس پوسته، ورودی و خروجی خوراک، محدوده عملکرد فشاری، محدوده عملکرد دمایی، محدوده عملکرد PH، و اندازه مختلف پورت های ورودی و خروجی می باشد. پرشر وسل و دارای کاربرد وسیع و مهمی در صنایع نمک زدایی، سیستم اسمز معکوس، نانو فیلتراسیون، و اولترافیلتراسیون می باشد. خوب است در اینجا به توضیح مختصری درباره اصطلاح های اسمز معکوس، نانو فیلتراسیون، و اولترافیلتراسیون بپردازیم که در حوزه تصفیه آب بسیار به کار گرفته میشوند.

اسمز معکوس
اسمز معکوس عبارت است از فرآیندی که آب در اثر اختلاف فشار از یک غشای نازک عبور می کند تا محتویات و مواد معدنی شامل نمک، ویروس ها، سموم و سایر ترکیبات آلوده غیر آلی، اتم‎ها و مولکول هایی در مقیاس کوچکتر از یک هزارم میکرون را در محدوده یونی جدا کند. اسمز معکوس در واقع همان تکنیکی است که در دیالیز طبی از آن استفاده میشود.
نانوفیلتراسیون
در نانوفیلتراسیون جداسازی بر اساس اندازه مولکول صورت می گیرد. و عمدتا جهت حذف اجزای آلی نظیر آلوده کننده هایی در اندازه میکرونی و یون های چند ظرفیتی به کار گرفته میشود. نانوفیلتراسیون حتی قادراست تا مواد شیمیایی را که به منظور کشتن موجودات مضر به آب اضافه شده اند نیز حذف نماید . از دیگر کاربرد های این روش میتوان به حذف فلزات سنگین مانند جیوه، تصفیه ی آب های مصرفی، رنگ زدایی و حذف آلوده کننده ها اشاره کرد.در واقع نانوفیلتراسیون قادر است تقریباً از هر منبع آبی، آب پاک به وجود آورد و تمام باکتری های موجود در آب را حذف کند.
اولترافیلتراسیون
در آلترافیلتراسیون مولکول هایی بزرگ تر از پنج هزارم میکرون جدا می شوند. ابعاد حفره های فیلتر بین ۲ تا ۵۰ نانومتر است. این فرآیند برای جداسازی و تغلیظ مواد کلوئیدی و سوسپانسیونی به کار می رود.

انواع پرشروسل

پرشروسل ازنظر سایز قطر داخلی در سه سایز ۴ اینچی: مخصوص ممبران چهار اینچ
۸ اینچی: مخصوص ممبران هشت اینچ
۱۶ اینچی: مخصوص ممبران شانزده اینچ ساخته میشود.
ازنظر سایز طول بر اساس حداکثر تعداد ممبرانی که در آن قرار می گیرد به انواع تک ممبران، دو ممبران، سه ممبران، چهار ممبران، پنج ممبران، شش ممبران و هفت ممبران طبقه بندی میشود.
علاوه بر این پرشروسل را می توان از نظر محل ورود مایع به دو گروه ساید پورت یا ورودی از کنار(Side Port) و اند پورت یا ورودی از انتها (End Port) تقسیم بندی کرد.

اجزاء تشکیل دهنده پرشر وسل
اجزاء تشکیل دهنده پرشروسل عبارتند از: پوسته Housing، درب (گپ) Gap، او رینگ ها O-Ring و بست ویکتالیک Victaulic Clamps.

ویژگی های فنی پرشر وسل ها:
حداقل فشار کاری پرشروسل ۷۵ psi و حداکثر ۱۵۰۰ psi می باشد.
حداقل تحمل دمای پرشروسل ۲۰ درجه فارنهایت معادل ۶ – درجه سانتیگراد و حداکثر ۱۹۰ درجه فارنهایت معادل ۸۷ درجه سانتیگراد است.
پرشر وسل ها از استاندارد هایی از قبیل ASME – Section X,CE,NSF-61,ISO 9001 -2008 بهره میبرند.
محدوده تحمل PH در آن ها ۳ الی ۱۰ است.
کاربرد پرشر وسل:
•صنعت خودرو
•فرآیندهای صنعتی به ویژه در صنعت تولید نیرو
•بهداشت و درمان
•تصفیه ی آب شهری و آب شیرین کن
•نمک زدایی از آب دریا
•تصفیه آب صنعتی
•صنعت داروسازی
•صنایع مواد غذایی و آشامیدنی
•صنایع الکترونیکی
برندهای پرشروسل:
از انواع برند های پرشر وسل میتوان به برند کد لاین (Pentair Code line)، مستر لاین (Master-line) ، پرشر وسل وی تک ( Vetec)، پرشر وسل آر او پی وی (Ropv) و پرشر وسل پایرو (Pyro) اشاره کرد.
راهنمای کاربران پرشروسل
پرشر وسل های هیدرولاین به عنوان محفظه ممبران در دستگاه های اسمز معکوس استفاده می شوند. مدل های 300و 450برای این کار طراحی شده اند. حد مجاز دمای محیط بین 7- تا 49 درجه سانتی گراد است. تمام انواع ممبران های 8 اینچ به راحتی درون وسل قرار می گیرند.
پوسته وسل از رشته های به هم تنیده FRP ساخته شده است. رزین اپوکسی در ساخت ترکیبات فایبرگلاسی وسل نقش مهمی را ایفا می کند. حد مجاز PH در شرایط کاری معمولی بین 3-10 و در هنگام تمیز کردن وسل بین 2-12 است. بعدازاین که تمیز کردن دوره ای وسل به پایان رسید مواد پاک کننده را از سطح وسل پاک کنید. برای مشاهده لیست مواد سازنده وسل به نقشه مهندسی مراجعه کنید.
در دستگاه های اسمز معکوس همیشه خطر منفجرشدن سر وسل و زخمی شدن و حتی مرگ افراد وجود دارد. هنگام انتخاب وسل به این نکات ایمنی و مهم توجه کنید.
* مایع داخل وسل ازنظر شیمیایی و دما آسیبی به وسل نزند.
* وسل را از عوامل محیط خارجی مانند هوای خورنده و هوایی که به پلاستیک آسیب می زند، دورنگه دارید.
* فشار برگشتی غیرعادی، فشاری بیش از 125 PSI را بر پورت آب تصفیه شده وارد می کند. (در این حالت می توانید از مواد جایگزین استفاده کنید.)
* برای تعمیرات صحیح وسل باید از کاربران ماهر و دوره دیده کمک گرفت.
* در بعضی موارد نیاز است که مقاومت وسل بیشتر شود (برای مثال استفاده از مواد PVC در پورت آب تصفیه شده.)
وسل های برای کار با فشار مثبت طراحی شده اند. به هیچ عنوان وسل را تحت فشار منفی یا خلا قرار ندهید. فشار منفی به او رینگ ها آسیب می رساند.
کارشناسان در هنگام انتخاب و خرید وسل متناسب با شرایط کاری، راهنمایی های لازم را به خریدار ارائه می کنند. برای شرایط غیراستاندارد، مواد جایگزین در اختیار مشتری قرار خواهد گرفت. درهرصورت تصمیم نهایی برای انتخاب وسل متناسب با شرایط کاری بر عهده خریدار است.
مخازن تحت فشار
مخازن تحت فشار مخازن فلزی معمولاً استوانه ای یا کروی برای نگه داری و یا انجام فرایند های شیمیایی مایعات و یا گازها می باشند که توانایی مقاومت در برابر بارگذاری های مختلف (فشار داخلی، و یا فشار خارجی و خلا در داخل) را دارا می باشند. استاندارد اصلی برای طراحی این مخازن ASME Section VIII می باشد که توسط انجمن مهندسان مکانیک آمریکا تدوین شده و هر چهار سال یکبار مورد بازنگری قرار می گیرد. کاربرد عمده این مخازن در صنایعنفت و گاز می باشد.
مخازن پر فشار برای ذخیره سازی گاز هایی مانند O۲ , Co۲ و گاز های طبیعی می باشد.
روش تولید این مخازن مختلف است، از جمله روش های متداول که فعلا در ایران رایج است دو گونه است :
استفاه از ورق های خاص با روش های منحصر فرد و استفاده از لوله های بدون درز با آلیاژهای مختلف، برای ظرفیت، فشار و کاربری های مختلف طراحی می شود.
متداول ترین مخازن در حال تولید در ایران :
مخزن ذخیره سازی اکسیژن ، مخزن گاز طبیعی ، با فشار کاری حداکثر ۲۲۰ bar
و مخازن مورد نیاز برای گاز طبیعی هم در جایگاههای توزیع و هم در داخل خودرو های دو گانه سوز وجود دارد.
این شرکت توانایی تولید این دو نوع مخازن در ظرفیتهای ۰,۷ لیتر تا ۱۱۳ لیتری را دارد.

نحوه ساخت شل مخازن تحت فشار :
مرحله رل کردن ورقها :
با توجه به نوع ورق مورد استفاده در ساخت شل، نوع رل کردن متفاوت است .اگر شل از ورقهای کربن استیل معمولی باشد، با توجه به شعاع مورد نظر، فشار اعمالی از سوی غلطک های دستگاه به صورت متوالی روی محیط شل اعمال می شود.

نحوه برشکاری و رل کردن ورقهای کلد شده:
ورقهای کلد شده در اندازه های استاندارد وجود دارد که از کشورهای خارجی خریداری شدهو ممکن است برای یک شل از چندین ورق کلد شده استفاده شود. که این ورقها توسط دستگاه برشکاری CNC، bevel ( پخ زنی ) شده. باید توجه داشت چون در عملیات کلد کاری ورقها در ناحیه امتزاج بین فلز پایه 387 و کلد استنلس استیل تنش زیاد وارد شده و برای جلوگیری از افزایش تنش و محار کردن آنها قبل از عملیات beveling در دمای 150 درجه سانتیگراد و در عرض 10 سانتیمتر از طول ورق و پس از آن سنگ زده شده و تکه های بریده شده به هم مونتاژ شده و در مرحله بعدی برای گرد کردن کامل به طرف دستگاه رل هدایت می شود.

البته باید توجه داشت که از دو روش برای جلوگیری از تاثیر غلطک ها به ورق استفاده می شود:
1. چسباندن موکت داخل شل روی کلد
2. چسباندن ورق روی غلطکی که به قسمت داخلی یعنی کلد، فشار اعمال می کند. البته بیشتر روش دوم استفاده می شود. برای جلوگیری از تاثیر لرزشها و تکان ها به ورق استنلس استیل کلد شده، توسط جرثقیل و غلطکی از قسمت بالا قطعه را مهار کرده و به صورت آرام و طی فشارهای مناسب توسط غلطک متحرک، قطعه رل شده و به قطر مناسب در می آید.
علت اینکه ورق کلد شده پیش گرم میشود این است که در اثر اعمال نیروی انفجار در زمان کلدینگ ،فلز پایه ماهیت اولیه خود را ازدست داده و همین امر ایجاب میکند که برای بهبود یا کاهش آن پیش گرم در دمای 150درجه برای فولاد 387انجام شود.

نحوه رل کردن ورقهای کلد شده توسط دستگاه رل

ساخت شل:
1. در مرحله ابتدایی ورق شل به اندازه قطر مناسب و طول شل بریده می شود.
2. پخ سازی ورق توسط برش گاز به صورت x جناغی دوطرفه نامتقارن به صورت نیمه اتومات انجام می شود. برای مخازنی که مایع خورنده از آنها عبور می کند، ورق کلد از کشورهای خارجی نظیر آلمان و هند وارد و توسط ماشین های تراش مقداری از لبه کلد برداشته می شود تا بتوانیم جنس یک تکه داشته باشیم در جهت تسهیل جوشکاری ( پخ بیشتر داخل شل و از طرف ورق کلد شده می باشد.).
3. سپس شل به طرف دستگاه نورد هدایت شده و در آنجا عمل نوردکاری روی آن انجام می شود.
4. پس از انجام نورد و رل کاری، شل به صورت استوانه در آمده و آماده جوشکاری می باشد. قبل از جوشکاری محل مورد نظر قطعه را تا دمای 175 درجه سانتیگراد با توجه به WPS مورد نظر پیشگرم نموده سپس این ورقها بوسیله جرثقیل های ورق گیر به هم فیت شده و توسط خال جوش و ساپورت ها نگهداری و برای جوشکاری آماده می شود.
5. در مرحله بعدی توسط الکترودهای مورد نظر با توجه به WPS مربوطه پاس اول را با الکترود 3.25 و دمای Interpass 250 درجه سانتیگراد و پاسهای بعدی را از داخل شل با الکترودهای با قطر بیشتر جوشکاری می کنیم. پس از آن شل را از بیرون backgoug نموده و 100 درصد تست PT روی آن انجام می دهیم. که این عملیات برای نفوذ کامل پاس ریشه و برطرف نمودن گل باقیمانده صورت می گیرد.
6. پس از جوشکاری طولی، شل باید دوباره رل شود. به دلیل استاندارد بودن عرض ورقها شل ها را نمی توانیم به صورت یک تکه ساخته، در چند کورس ساخته می شوند.
7. در این مرحله شل های مورد نظر را باید به صورت محیطی به هم مونتاژ می شوند. در این عملیات باید این نکته بسیار مهم را مد نظر قرار دهیم و آن هم این است که جوشهای طولی به دلیل تمرکر تنش در راستای هم قرار نگیرند. به همین منظور فاصله ای باید بین جوشهای طولی در زمان عملیات جوش محیطی انجام شود که این اندازه از طریق استاندارد و روشهای تجربی بدست آمده که حداقل آن t 3 ( t ضخامت شل ) می باشد و مقدار زاویه و طول قوس بین دو جوش را بدست آورده و سپس عملیات مونتاژ را انجام می دهیم.
شل ها توسط جرثقیل روی هم قرار گرفته: باید توجه داشت که کورس شل ها مقداری Ofset ( اختلاف اندازه بین محیط شل ها ) داشته و باید برطرف شوند. برای برطرف کردن این عیب از جک های هیدرولیکی استفاده نموده و مقدار Ofset را روی محیط 360 درجه شل تقسیم نموده. سپس از بیرون برای مونتاژ روی محیط شل ها خط جوشهایی به طول 10 سانتیمتر بدون پیشگرم با فواصل مساوی زده می شوند.

برای جلوگیری از ترک خوردن جوشها از داخل خط جوشهای مورد نظر را محکم کاری نموده و علت آن این است که در اثر جوشکاری تنش هایی به جوشها به دلیل عدم پیشگرم وارد شده و اگر مستقیما از داخل جوشکاری کنیم باعث ترک شده به همین علت از داخل 70 درجه سانتیگراد پیشگرم نموده و جوشها را محکم نموده و بعد از آن دمای پیشگرم را بالا برده تا 175 درجه سانتیگراد و توسط چند جوشکار به طور همزمان برای جلوگیری از اعوجاج، جوشکاری انجام می شود.
در مرحله بعدی از بیرون شل عملیات Backgouging انجام شده تا مقداری از پاس ریشه برداشته شود به دلیل نفوذ کامل. محل Backgouging را سنگ زده و 100 درصد PT می نماییم. سپس پاس اول را با الکترودهای قطر کمتر و پاسهای بعدی را با الکترودهای قطر بالاتر جوشکاری می نماییم.
با توجه به جنس، شرایط کاری، دمای طراحی و غیره، نوع الکترود مورد استفاده متفاوت است. مثلا در دماهای پایین باید مقاومت به ضربه مخزن تامین شود.
8. برای جلوگیری از بیضی شدن در اثر وزن شل عملیات اوال گیری انجام می شود. در دو یا سه قسمت شل با توجه به قطر به این صورت که روی زوایای اصلی ( 0،90،180،270،360 ) تیر آهنهایی از داخل شل به یک پلیت دایره ای کوچک در مرکز شل تراز شده و جوشکاری می کنیم.

ساخت عدسی:
این عدسیها از گلبرگ و عرقچین تشکیل شده است. توسط دستگاه هیدرولیکی، عدسیها در قطد تعیین شده بریده شده و در محل، قرار داده شده و ماتریس دستگاه که کلگی قوسی شکل دارد با فشار تقریبا psi 5700 به صورت سرد بدون حرارت فشاری در مرکز عدسی وارد می کند و در مرحله دوم از قطر داخلی به خارج فشار دیگری اعمال می شود.
اگر ضخامت گلبرگها و عرقچین بالاتر از 30 میلیمتر باشد از کشورهای خارجی خریداری شده و داخل شرکت، فقط عملیات مونتاژکاری انجام می شود.

عملیات سوراخکاری و اتصال نازل و خروجیها:

پس از ساخت عدسی مونتاژ عدسی به شل انجام می شود. باید توجه شود قبل از اینکه دو طرف شل توسط عدسیها بسته شود متعلقات داخلی مثل فشار شکن و اجزایی که مربوط به پروسه کاری مخزن در محل مورد نظر می باشد داخل مخزن اتصال داده شود و پس از آن جهت اتصال نازل و خروجیها به مخزن انجام می شود. باید توجه داشت openingعملیات
مقدار اضافی نازل را بعد از فیت کردن در سوراخ مورد نظر علامت زده و توسط دستگاه برشکاری بریده و سپس جوشکاری نازل انجام می شود. برای اتصال نازل ها از Pad استفاده می شود تا مقدار سطح کم شده توسط Opening جبران شود، یا می توان از سلف که دارای ضخامت زیادی است استفاده می شود
همانطور که می دانیم مخازن تحت فشار از جمله تجهیزاتی هستند که نه تنها در شاخه نفت و پتروشیمی بلکه در اغلب صنایع اصلی نظیر نیروگاه و حمل و نقل از کاربرد ویژه و قابل توجهی برخوردار بوده و از اینرو توجه به مقوله طراحی و ساخت آنها از اهمیت ویژه ای برخوردار است .
آنچه در این مقاله بدان پرداخته شده است, بیشتر جنبه راهنمائی داشته و هدف ارائه مطالبی است که به نظر نویسنده برای طراحی و ساخت یک مخزن تحت فشار با توجه به استاندارد
ASME BOILER& PRESSURE VESSLES CODE(SEC.VIII, DIV.1)
لازم و ضروری بوده و طبعا نمی تواند تمامی نکته ها و مسائل حاشیه ای این موضوع را در بر داشته باشد . مطالب ارائه شده به ترتیب شامل آشنائی با تعاریف اولیه, انتخاب مواد, و نکات مهم در فرآیند ساخت یک مخزن تحت فشار از نگاه تولید و مسائل مربوط به آن است .
جهت آشنائی بیشتر با سرفصلهای مندرج در استاندارد ASME و امکان مراجعه به مباحث تکمیلی در هر زمینه در اینجا به معرفی عناوین مزبور میپردازیم :
U – Introduction
UG – General requirements for all methods of construction and all materials
UW – Requirements for pressure vessels fabricated by welding
UF – Requirements for pressure vessels fabricated by forging
UB – Requirements for pressure vessels fabricated by brazing
UCS – Requirements for pressure vessels constructed of carbon and low alloy steels
UNF – Requirements for pressure vessels constructed of nonferrous materials
UHA – Requirements for pressure vessels constructed of alloy steel
UCI – Requirements for pressure vessels constructed of cast iron
UCL – Requirements for welded pressure vessels constructed of material with corrosion resistant integral cladding , weld metal overlay cladding , or with applied lining
UHL – Requirements for pressure vessels constructed of ferritic steels with tensile properties enhanced by heat treatment
ULW – Requirements for pressure vessels constructed by layered construction
ULT – Alternative rules for pressure vessels constructed of materials having higher allowable stresses at low temperature .
تعاریف اولیه :
مخزن تحت فشار : بطور کلی هر مخزنی که اختلاف فشار داخلی و خارجی آن برابر و یا بیشتر از 15 psi ( و کمتر از 3000 psi ) بوده , قطر داخلی آن از 6 in بیشتر و دارای حجم 120 گالن باشد یک مخزن تحت فشار نامیده می شود و شامل مقررات مندرج در ASME SEC. VIII DIV.1 میگردد ( جهت کسب اطلاعات بیشتر به پاراگراف U-1 مراجعه شود ) .
در عین حال یادآور می شود که توجه به شرایط عملکردی و محیطی مخزن ( اعم از قرار گرفتن در سرویسهای خطرساز و یا آتش گیر ) میتواند در نحوه طراحی، ساخت ، آزمایشات و نهایتا کیفیت کاری مورد نیاز جهت تعیین عملکرد مخزن در سرویسهای خاص بهره برداری تاثیر به سزائی داشته باشد .
فشار و دمای کاری : فشار و دمایی است که مخزن تحت آنها به عملکرد عادی خود می پردازد .
فشار طراحی ( UG-21 ) : فشاری است که جهت تعیین حداقل ضخامت مجاز برای اجزاء مختلف مخزن تحت فشار در نظر گرفته می شود و معمولا 10% و یا 30 psi ( هر کدام که بزرگتر باشد) بیشتر از فشار عملیاتی آن می بشد . چنانچه مخزن دارای ارتفاع قابل توجهی باشد ( بیشتر از 10 متر ) لازم است که فشار استاتیکی ناشی از وزن سیال نیز به رقم مزبور اشافه گردد . در مورد مخازنی که بطور معمول در شرایط خلاء کار می کنند و یا اینکه امکان خلاء برای آنها محتمل است باید طراحی با در نظر گرفتن پدیده خلاء کامل صورت پذیرد .
درجه حرارت طراحی ( UG-20) : این پارامتر نقش مهمی در طراحی یک مخزن تحت فشار ایفا می کند چرا که مستقیما با مقدار تنش مجاز فلز بکار رفته در ساخت مخزن ارتباط دارد . به عنوان یک پیشنهاد می توان برای مخازنی که فعالیت آنها در محدوده قرار دارد بر اساس RATING فلنجهای بکار رفته در آنها اقدام به تعیین درجه حرارت طراحی نمود چرا که حداکثر تنش مجاز برای فولادهای کربنی و کم آلیاژ در محدوده فوق عمدتا ثابت است . برای مخازن با فولاد کربنی که شرایط دمائی بهره برداری از آنها نزدیک به محیط اطراف می باشد تعیین حداقل درجه حرارت شکست ترد همواره وجود خواهد داشت . یادآوری میشود که آیین نامه در هیچ حالتی اجازه استفاده از درجه حرارت بالاتر از 1000 برای فولادهای کربنی و 1200 برای فولادهای کم آلیاژ را نمی دهد .
حداکثر فشار کاری مجاز[1] (UG-98 ) : فشاری است که تحت آن فشار ، ضعیفترین عضو مجموعه به نقطه نهائی تنش تسلیم خود می رسد و این در حالی است که مخزن در شرایط ذیل قرار داشته باشد :
خوردگی ، دمای طراحی ، وضعیت جغرافیائی طبیعی ، تاثیر بار گذارهای گوناگون از قبیل باد ، فشار خارجی و فشار هیدرواستاتیک .
معمولا سازندگان مخازن تحت فشار مقدار M.A.W.P را با توجه به مقاومت عدسی و یا پوسته مخزن تخمین می زنند و اجزاء کوچک مثل فلنج یا دریچه ها را مبنای محاسبه قرار نمی دهند .
عبارت MAWP (new & cold) یکی از رایج ترین اصطلاحات در این زمینه بوده و اشاره به شرایط ذیل دارد :
· New ( بدون خوردگی )
· Cold ( فاقد شرایط دمای طراحی – در دمای اتاق )
بنابراین با توجه به تعریف اصلی MAWP خواهیم داشت :
MAWP < MAWP
فشار تست هیدرواستاتیک ( UG-99) : فشار این تست 5/1 برابر فشار طراحی و یا مساوی با MAWP در نظر گرفته میشود . البته با احراز شرایط Addenda 99 میتوان فشار مورد نظر را 3/1 برابر فشار طراحی نیز در نظر گرفت :
ماکزیمم تنش مجاز ( UG-23) : مقدار این کمیت بستگی به جنس ماده بکار رفته در ساخت مخزن داشته و مستقیما با خواص مکانیکی ماده تشکیل دهنده مخزن در ارتباط است . به عنوان مثال ، کمیت مورد نظر برای ماده SA 516 Gr. 70 بابر با 17500 psi ( psi 20000 با توجه به شرایط Addenda 99 ) می باشد .
استحکام اتصالات ( UW-12) : مقداراین پارامتر (E) بستگی به نحوه اتصالات و درصد رادیوگرافی آنها دارد . در مورد مخزنی که قرار است بطور کامل[2] رادیوگرافی شود ( فشار طراحی بالاتر از 50 psi برای بویلر بخار، حاوی مواد سمی و یا ضخامت بیشتر از برای C.S و برای S.S) ، لازم است تا کلیه خطوط A و D بصورت صد در صد و خطوط C و B ( به شرط اینکه از لوله 10in و یا ضخامت فراتر رفته باشد ) رادیوگرافی شوند . اما اگر قرار باشد که مخزنی بصورت موضعی[3] رادیوگرافی شود ، آنگاه محلهای اتصال خطوط B و C با خطوط دسته A ( شامل نازلهای با قطر بیش از از 10 in و ضخامت 1in ) و محل تماس مقاطع بدون درز مخزن یا عدسی ها وقتیکه طراحی جوشهای A و D بر مبنای استحکام 1.00 یا 0.9 صورت میپذیرد ، باید بطور موضعی رادیوگرافی شوند . ( شکل 1)
چنانچه مخزنی فاقد هرگونه رادیوگرافی طراحی شده باشد آنگاه باید حائز یکی از شرایط زیر باشد :
الف – تنها فشار خارجی وجود داشته باشد .
ب- طراحی اتصالات بدون در نظر گرفتن تست رادیوگرافی صورت پذیرفته باشد .
شکل ( 1) نام گذاری انواع جوشهای طولی و عرضی بر روی یک مخزن

در اینجا لازم است تا با انواع بارگذاریهای ممکن بر روی یک مخزن تحت فشار آشنا شده و از این راه اهداف طراحی و چگونگی آن جهت نیل به مقاصد اصلی را شناسائی کنیم . خلاصه ای از انواع بارگذاریهائی که میتواند بر مخزن تحت فشار اعمال شود در زیر مشاهده میگردد :
1- فشار داخلی ( یا خارجی )
2- وزن مخزن
3- بارهای استاتیکی ناشی از لوله های اتصال ، تجهیزات متصل به مخزن ، ادوات داخلی و …
4- بارهای دینامیکی مربوط به تغییرات فشار یا دمای مخزن
5- نیروهای ناشی از اثرات باد و زمین لرزه
6- بارهای ضربه ای ناشی از پدیده ضربه قوچ[4]
7- تنش ناشی از گرادیان دمائی وابسته به زمان (اثر خزش[5])
معمولا در فرآیند طراحی یک مخزن تحت فشار ، چنانچه مخزن درشرایط خاصی قرار نداشته باشد میتوان برای راحتی کار ، اثرات بارهای استاتیکی ، دینامیکی، ضربه ای و همچنین پدیده خزش را نادیده گرفته و بدین ترتیب فقط تنش ناشی از فشار داخلی ( یا خارجی و نیز وزن مخزن به همراه اثرات باد و زمین لرزه در طراحی یک مخزن تحت فشار نقش اساسی ایفا می کنند .
با توجه به گوناگونی شرایط بارگذاری و همچنین فرآیندهای تولید ورق و دیگر اجزاء مورد نیاز یک مخزن تحت فشار ، تنشهای ایجاد شده را میتوان به 3 گروه عمده دسته بندی نمود :
1- تنش کششی
2- تنش فشاری
3- تنش پوسته ای اولیه ( تنش پسماند )
با این مقدمه ، هدف از طراحی یک مخزن تحت فشار را می توان بطور خیلی ساده غلبه بر انواع تنشهای ایجاد شده با توجه به شرایط عملکردی آن دانست به گونه ای که شکل فیزیکی مخزن از قابلیتهای عملکردی مطلوب برخوردار باشد
انتخاب مواد :
یکی از مهمترین مسائل در طراحی مخازن تحت فشار انتخاب صحیح مواد اولیه بکار رفته در آنها می باشد چرا که این امر تاثیر به سزائی در تعیین ضخامتها، ابعاد و نهایتا شرایط عملکردی مخزن دارد . اطلاعات مهم برای انتخاب مناسب مواد شامل تعیین مشخصه ها و مقادیر ( و تغییرات تاثیر گذار) سیال در اجزاء مختلف مخزن می گردد .
بعلاوه ، PH سیال ، درجه هوازنی و درجه حرارت ( با پیش بینی دامنه ) می باید لیست شود .
متداولترین مواد برای ساخت مخازن تحت فشار ، فولاد کربنی و کم آلیاژ می باشد . این فولادها در گسترده وسیعی از درجه حرارتهای مختلف ( )کاربرد داشته و آیین نامه کاربرد بیش از 34 گرید از فولادهای کربنی و 44 گرید از فولادهای آلیاژی را بعنوان ورقهای با کیفیت مناسب برای ساخت مخازن تحت فشار مورد تایید قرار داده است . انتخاب هر یک از این مواد عموماً بر اساس معیارهای زیر صورت می پذیرد .
· در دسترس بودن ورق در ضخامتهای مورد نیاز
· دارا بودن چقرمگی مورد نیاز برای درجه حرارتهای پایین
· دارا بودن استحکام لازم در درجه حرارتهای بالا
· مقاومت در درجه حرارتهای بالا در برابر اکسیداسیون و یا خوردگی
معیارها اضافی دیگر که معمولا برای انتخاب مواد در صنعت نفت و پتروشیمی مورد توجه قرار میگیرد . مقاومت فلز در مقابل اثر تخریبی هیدروژن ( ایجاد شکنندگی هیدروژن و تاولهای هیدروژنی) در درجه حرارتها و فشارهای بالا است . یادآور میشود یکی از ملاحظات عمده در انتخاب مواد ، خطر احتمالی شکست ترد در بعضی فولادهای کربنی است که معمولا در محدوده ( بسته به ضخامت و گرید فولاد) از اهمیت خاصی برخوردار می باشد ( به ASME , DIV.2 , AM-218 ) رجوع شود .
انتخاب دیگر در رابطه به مواد اولیه ساخت مخازن تحت فشار استفاده از فولادهای آلیاژی به دلیل کنترل خوردگی و یا جلوگیری از آلودگی سیال در اثر حل نمودن آهن می باشد . فولادهای ضد زنگ آستنیتی همپنین می توانند برای شرایط کاری با درجه حرارتهای بالا تا بکار گرفته شوند . مشخصه های فرآیندی لازم برای انتخاب آلیاژهای مناسب در شرایط عملیاتی خاص مشابه با آنچه که برای مخازن ساخته شده از فولاد کربنی بیان شد می باشد . ازآنجائیکه قیمت تمام شده برای ورق آلیاژی تفاوت قابل ملاحظه ای با ورق کربنی دارد لذا معمولا در مورادی که نیاز به استفاده از فولادهای آلیاژی احساس می شود از ترکیب آنها به نام ورق روکش دار بهره می گیرند . این ورق با پایه اصلی فولاد کربنی و روکشی از جنس فولاد آلیاژی ( به ضخامت تا ) علاوه بر مقامت زیاد در برابر خوردگی از هزینه پایین تری نسبت به فولاد تمام آلیاژی برخوردار است . پیشنهاد زیر در رابطه با انتخاب بین آلیاژ و روکش آلیاژی از لحاظ قیمت تمام شده توصیه می گردد :
: فولاد آلیاژی
: فولاد آلیاژی یا روکش آلیاژی
: روکش آلیاژی
در اینجا لازم است که اشاره ای به استاندارد NACE در رابطه با نحوه انتخاب مواد برای فولادهای کربنی و کم آلیاژ که بیشترین کاربرد را در صنعت نفت و گاز دارند بنماییم . این استاندارد صرفا با هدف تعیین شرایط لازم برای ایجاد مقاومت در مقابل پدیده S.S.C تدوین گردیده و سایر اثرات تخربی ناشی از هیدروژن در سرویسهای اصطلاحا " ترش " میبایست جداگانه مورد توجه قرار گیرد . خلاصه نیازهای مورد نظر برای فولادهای مزبور بند 3.2 از استاندارد به شرح زیر است :
· درصد نیکل در فولاد باید کمتر از %1 باشد .
· سختی فولاد باید کمتر از RC22 باشد .
· شرایط حرارتی محصول مطابق با یکی از موارد زیر باشد :
a) Hot rolled (C.S only )
b) Annealed
c) Normalized
d) Normalized & Tempered
e) Normalized , Austenitized & Tempered
f) Austenitized , counched & tempered
· فولادهای آهنگری شده[11] با شرایط ASTM-A105 و محدودیت سختی 187 برینل قابل قبول هستند .
· فولادهای کار شده[12] در اشکال نورد , اکستروژن ، فورجینگ و غیره با سختی بیش از RC22 به شرط انجام تست صلاحیت طبق ملزومات استاندارد قابل قبول هستند .
· اتصالات ساخته شده از لوله های ASTM-A53/A106 به شرط انجام کار سردی کمتر از %15 و سختی حداکثر 190 برینل قابل قبول هستند
· لوله های لیست شده در جدول شماره 3 استاندارد با در نظر داشتن زیر نویس های مربوطه که مهمترین آن رعایت سختی زیر RC22 و ملزومات ساخت می باشد قابل قبول هستند .

طراحی SHELL و (UG-27 , 28 , 32, 33, ) HEAD :
با توجه به روابط موجود ( از مقاومت مصالح) در رابطه با محاسبه ضخامت مورد نیاز جهت پوسته و عدسی یک مخزن تحت فشار استوانه ای شکل , می توان از روابط زیر بهره گرفت :
که در آنها :
t: Shell Thickness (in)
p: Pressure (psi)
R: Internal Radius
S: Stress Value (psi)
E: Joint Efficiency
کنترل ورق های ورودی
هر ورقی که تولید می شود بایستی از شرکت تولید کننده آن یک گواهی نامه داشته باشد . در این گواهینامه یکسری اطلاعات مربوط به ورق درج شده است هر ورقی یک Heat number دارد که از طریق این Heat Number می توان ورق را ردیابی کرد و یک سری اطلاعات مربوط به ورق را از جمله خواص مکانیکی و ترکیبات شیمیایی و . . . بدست آورد بعضی مواقع در کارخانه یک سری ورق وارد می شود که دارای Heat Number نیستند و یا به عبارتی پاک شده اند یا قابل دیدن نیستند . در حالت ایده آل کارخانه یک تیکه از ورق مورد نظر را بریده و به آزمایشگاه می دهد . تا یک سری آزمایشات و تست هایی روی ورق انجام گیرد بعد از دریافت جواب آزمایشگاه پارامترهایی که آزمایشگاه بدست آورده را با پارامترهای موجود در گواهینامه ورق ها مقایسه می کنیم تا ببینیم حدس ما در مورد آن ورقی که می خواستیم درست است یا نه .
به طور مثال ما سفارش ورق A516 G70 دادیم و ورق های دریافتی هیچ گونه Heat Number ندارد برای صحت کار خود مراحل بالا را بایستی انجام دهیم .
و پارامترهایی که در کنترل ورق بایستی توجه شود یکی تمیزی ورق، ضخامت ورق می باشد که ضخامت ورق ها را معمولاً باکولیس اندازه می گیرند.
کنترل لوله های ورودی :
لوله ها مانند ورق ها نیز دارای یک سری مشخصات فنی مانند Heat Number و Schedule و قطر ( سایز لوله) و جنس لوله می باشد که معمولاً Heat Number ها در ابتدا و انتهای لوله ها درج می شود .
Schedule : به عبارت عامیانه به گوشت لوله و یا ضخامت دیواره های لوله معروف می باشد .
Scheduleها متنوع می باشند که می توانند
SCH(10,20,30,40,60,80,100,120,140,160)
و همچنین XXSTRANG کهSchedule40 به
Schedule استاندارد معروف است . Schedule80 به Extra Strang معروف می باشد.
یک سری جداول وجود دارند که با فرض معلوم بون سایز لوله و Schedule آن می توان ضخامت دیواره لوله را از روی جداول بدست آورد . اطلاعات بدست آمده از جدول را با اطلاعاتی که خود با اندازه گیری دیواره لوله با کولیس انجام دادیم مقایسه کرد .تا مطمئن شویم که لوله مورد نظر درست است .
کنترل فلنج ها و زانویی ها و دیگر اتصالات ورودی به کارخانه :
مامور کنترل کیفیت با داشتن درخواست سفارش کارخانه برای کنترل اتصالات اقدام می کند هر یک از اتصالات ورودی به کارخانه دارای یک سری مشخصات است که روی اتصالات حک شده است وظیفه مامور چک کردن کالای ورودی کارخانه با دستور سفارش می باشد و بعد از چک کردن تحویل انباردار کارخانه می دهد .
ابعاد و اندازه ورق ها
1510

6012
معمولاً ورق های استاندارد ایرانی به طول 6 متر و عرض 5/1 متر می باشد در صورتیکه ورق های خاری به طول 6 متر و عرض 2 متر می باشد معمولاً ورق هایی که تولید شده اند به همان اندازه واقعی که گفته شده نیستند معمولاً 10 الی 15 میلیمتر بزرگتر از اندازه اسمی می باشد .
دستور برش ورق :
هر پروژه تولید مخزن شامل یکسری اسناد و مدارک می باشد از جمله این اسناد نقشه ساخت مخزن می باشد که این نقشه در برنامه Auto CADE ( اتوکد) طراحی شده است که دارای اطلاعاتی در مورد طول و ضخامت و قطر داخلی و تعداد نازل ها و فلنج ها و اندازه قرارگیری نازل ها بر روی SHELL و . . . می باشد .
دستور برش ورق این گونه می باشد که با داشتن قطر دخلی مخزن و ضخامت ورق بایستی محاسبات بر مبنای تار خنثی مخزن انجام شود پس داریم :
به طور مثال اگر قطر داخلی مخزنی 1500 و ضخامت ورق mm14 باشد :
عدد بدست آمده را ضرب در 14/3 می کنیم تا طول ورق که بایتی برش بخورد معلوم شود .
9/4753=14/3×1514
عرض ورق که مشخص است طول ورق را این اندازه در نظر میگیریم .
حال بر اساس طول کلی مخزن تعداد شل هایی که نیاز است تا این طول کلی مخزن را در نظر بگیرد را تهیه می کنیم با فرض اینکه طول کلی مخزن 5/9 متر باشد و از آنجا که عرض ورق ها متغیر می باشد ( بیشتر از 5/1 متر )
و با در نظر گرفتن GAP ( فاصله بین هر دو شل) بایستی این افزایش و کاهش اندازه ها را در نظر گرفت تا طول کلی مخزن مطایق با نقشه باشد .
پارامترهای کنترل ورق های بریده شده
بعد از بریدن ورق ها به اندازه های محاسبه شده بایستی مجدداً توسط مامور کنترل کیفیت این ورق ها اندازه گیری و بعد با گونیا از قائمه بودن و صاف بریده شدن ورق ها اطمینان حاصل شود .
پارامترهای اندازه گیری شامل طول و عرض و قطر آن مستطیل می باشد .
طول

قطر

عرض
اندازه گیری قطر به منظور این است که ورق ما مستطیل بریده شود یا به عبارتی اطمینان از صاف بریده شدن عرض ورق . قطرهای مستطیل می توانند تا 3 سانتیمتر تلرانس داشته باشند .
بعد از تایید از درست بودن اندازه ها، ورق ها را به قسمت نورد (رول کردن) منتقل می کنند .
در قسمت نورد با باردهی توسط دستگاه نورد ورق را رول میکند و در بیشتر ورق خود را می اندازد .
بعد از رول کردن ورق بایستی ورق رول شده جوش شود . هر جوشی که روی ورق ها صورت می گیرد بایستی مطابق با WPS باشد که ممکن است الکترود دستی یا جوش زیر پودری باشد .
پس از جوش دادن ورق های رول شده بایستی قطر این ورق ها توسط مامور کنترل کیفیت اندازه گیری شود معمولاً بایستی 4 قطر و دو محیط خارجی شل ها اندازه گیری شود. در اندازه گیری قطرها معیار برای ما اندازه بزرگتر می باشد .
d1

d2

d3

d3

min قطر داخلی- max قطر داخلی
01/0>
قطر داخلی طراحی
در اندازه گیری قطرها معمولاً یک قطر بزرگ و یک قطر کوچک بدست می آید . که بایستی برای تایید از رول بودن ورق ها در رابطه زیر صدق کند.
اگر در فرمول بالا صدق کرد . ورق از قسمت رول کردن مورد تایید بیرون می آید .
پس از این مرحله نوبت به مونتاژ شل ها به هم می شود . در نقشه ساخت زاویه بین خط جوش ها داده شده است به عبارتی هر شل دارای یک خط جوش طولی می باشد هنگامی که دوشل به هم مونتاژ می شود بایستی خط جوش های طولی آنها مطابق با نقشه قرار گرفته باشد .
برای محاسبه زاویه بین دو خط جوش که در نقشه آمده به میلیمتر بایستی به این صورت عمل کرد که مطابق نقشه محیط خارجی شل ها را اندازه گرفته در زاویه مورد نظر ضرب کرده و بعد به 360تقسیم می کند تا زاویه مورد نظر بر حسب میلیمتر بدست آید .
بعد از مونتاژ شل ها بایستی مطابق با WPS شل ها به هم جوش شوند . ابتدا از داخل با جوش الکترود دستی یک پاس ریشه می زنند و بعد از بیرون شل قسمت جوش شده را سنگ می زنند تا ریشه جوش کاملا مشخص شود بعد روی ریشه جوش تست PT انجام می گیرد . بعد از انجام تست PT از سالم بودن جوش اطمینان حاصل شد شروع به جوشکاری از بیرون می کنیم که می تواند جوش الکترود دستی یا زیر پودری باشد . بعد از این که شل ها کاملاً جوش خوردن بایستی تست رادیوگرافی روی آنها انجام گیرد .
مونتاژ شل به Head :
معمولاً ضخامت Head را بزرگتر یا حداقل برابر با ضخامت ورق شل در نظر میگیرند و بعد توسط نوعی گیج مخصوصی بایستی از هالویی نداشتن به سمت داخل اطمینان حاصل گردد . معمولاً اختلاف ضخامت را به بیرون شل می اندازند داخل شل بایستی کاملاً هم امتداد هم باشد .
طریقه محور بندی کردن مخزن ( اکس بندی کردن)
بعد از اینکه شل ها به هم مونتاژ شد مطابق نقشه معمولاً سوراخ manhole ( opening) در زاویه 180 درجه یا 90 درجه با خط محور مخزن قرار دارد . پس ابتدا بایستی از روی نقشه زاویه خط جوش طولی نزدیک به manhole را از نقشه بر حسب زاویه داده شده است را تبدیل به میلیمتر کرده و بر روی شل با سنبه زدن ایجاد کنیم و بعد توسط هوا برش دایره ای مطابق با نقشه به روی شل ایجاد می کنیم .
در واقع همانطور که گفته شد معمولاً manhole در زاویه 90, 180 و 270 قرار دارد . از روی همان خط سنبه محیط را به چهار قسمت مساوی تقسیم می کنیم و بعد از تقسیم محیط توسط خط کشی خط محور را در طول مخزن امتداد می دهیم این کار را در هر چهار طرف مخزن انجام می دهمی . این خطوط محور بطور عامیانه به خطوط آکس معروف می باشد .
دلیل آکس بندی کردن مخزن بخاطر مونتاژ نازل ها و اتصالاتی است که روی مخزن سوار می شوند چون مطابق با نقشه اندازه نازل ها را تا خط اکس مخزن می دهند که به projection معروف است .
قبل از هر گونه مونتاژ نازل بایستی از تراز بودن خود مخزن اطمینان حاصل کرد . معمولاً برای تراز کردن مخزن از شلینگ تراز استفاده می کنند شلینگ تراز شیلنگی است که درون آن به میزان مشخصی آب وجود دارد فقط بایستی در هنگام پر کردن آب در داخل شیلنگ مراقب باشیم که هوا داخل شیلنگ وجود نداشته باشد چون هوای موجود در آب باعث می شود که معیار تراز بودن ما صحیح نگردد .
طریقه استفاده از شیلنگ تراز :
لبه شیلنگ را روی ابتدا محور در ابتدا مخزن قرار می دهیم و بعد انتهای شیلنگ را در انتهای محور در انتهای مخزن قرار می دهیم بایستی آب موجود در شیلنگ دقیقاً روی خط محور در ابتدا و انتها قرار گیرد اگر این طور شد که مخزن تراز است و اگر این طور نبود که مخزن تراز نیست بایستی تراز شود.
این کار را معمولاً در دو یا سه طرف مخزن بطور قطری یا عرضی و یا طولی انجام می دهند که کاملاً از تراز بودن مخزن اطمینان حاصل شود .
نازل: نازل ترکیبی از فلنج و لوله است که هر دو آنها در هنگام مونتاژ بایستی دارای یک مشخصات باشد مثلاً از یک Schedule باشند .
از آنجایی که Schedule فلنج با Schedule لوله یکی است بعضی مواقع پیش می آید که یک میزان مشخصی از لحاظ ضخامت اختلاف داشته باشند در این مواقع بایستی به نسبت 3 به 1 فلنج یا لوله را tapere زد .
در هنگام مونتاژ نازل ها بایستی یکسری مراحل را رعایت کرد از جمله فاصله معینی بین لوله و فلنج در نظر گرفته شود (GAP) و بعد توسط گونیا از ساف مونتاژ شدن فلنج به لوله اطمینان حاصل شود و بعد توسط مامور کنترل کیفیت بازدید شود . و مامور کنترل کیفیت با داشتن گیج مخصوصی از هم امتداد بودن لوله و فلنج در یک راستا اطمینان حاصل کند و بعد مطابق با WPS که دارد نازل های مونتاژ شده جوش می شوند که معمولاٌ پاس ریشه در نازل ها با جوش آرگن و پاس های بعدی با الکترود E7018 صورت می گیرد و بعد از جوش مجدداً مامور کنترل کیفیت توسط چراغی از لحاظ چشمی جوش داخل و لوله را بازدید می کند تا اطمینان حاصل که جوش کاملاً نفوذ کرده و یا بدون هیچ گونه شورگی باشد . پس از تایید از لحاظ چشی بسته به نوع نازل تست غیره مخرب می شود که معمولاً RT است .
انواع فلنج ها :
1- welding Neck
2- Slip on
3- Long welding Neck
4-Blind
نکته : برای فلنج welding Neck نیاز به تسهای RT و VT می باشد .
نکته : برای فلنج Slip on نیاز به تسهای PT وVT می باشد .
نکته : برای فلنج Long welding neck نیازی به تست نمی باشد .
نکته : فلنج Blind برای کور کردن فلنج استفاده می شود .
مونتاژ کردن نازل به شل :
هر نازل مطابق با نقشه معمولاً در یک زاویه و در یک فاصله مشخصی از خط آکس قرار دارد . معمولاً در هنگام مونتاژ نازل به شل به اندازه 2 میلیمتر یا بیشتر بر اساس سایز فلنج ارتفاع نازل را تا خط آکس بیشتر می گیرند این mm2 را به عنوان اینکه جوش خود را می کشد می باشد.
در هنگام مونتاژ نازل به شل ابتدا بایستی از تراز بودن مخزن اطمینان داشته باشیم بعد توسط یک شمشه و یک تراز از تراز بودن و همچنین توسط یک ریسمان یا به عبارتی شاقول خط اکس فلنج نازل را در امتداد خط آکس مخزن کنترل می کنیم و بعد ارتفاع از Face فلنج را از دو طرف فلنج تا شل اندازه گرفته و از مساوی بودن آن اطمینان حاصل می کنیم . و بعد مطابق با WPS که دارد آن را جوش می دهند .
لازم به ذکر است که projection هر نازلی با نازل دیگر می تواند از لحاظ موقعیت فرق داشته باشد که بایستی به نقشه مراجعه شود .
تستی که در هنگام جوش نازل به شل بایستی انجام شود UT می باشد که معمولاً تست UT و RT خود کارخانه انجام نمی داد بلکه از بیرون افرادی می آمدند و این کار را انجام می دادند و یکسری نازل ها دارای pad می باشند و یکسری ها هم بدون Pad به شل مونتاژ می شدند معمولاً تستی که روی Pad دور نازل ها صورت می گیرد تست PT می باشد .
Saddle یا پایه مخزن
پایه مخزن معمولاً بر اساس حجم و وزن مخازن و تنش هایی که از مخزن به آن اعمال می شود طراحی می شود . تمام جوش هایی که در پایه بکار می رود جوش گوشه است و تستی که بایستی روی آن انجام گیرد تست PT و VT است به عبارتی هر جا که جوش گوشه در مخزن داشته باشیم بایستی تست PT روی آن انجام گیرد.
عدسی یا Head
عرسی ها انواع مختلفی دارند از جمله بیضوی , کروی , تخت , مخروطی .

SPHERE and HEMISPHERICAL HEAD

2:1 ELLIPSOIDAL HEAD
FLAT HEADS
پارامترهایی که بایستی در اندازه گیری یک عدسی رعایت شود :
1- عمق یا ارتفاع عدسی
2- اندازه قسمت صاف یا راست عدسی
3- معمولاً هر عدسی شامل 4 ناحیه یا به عبارتی دارای 4 شعاع می باشد که بایستی کنترل شود
4- ضخامت این چهار ناحیه بایستی توسط ضخامت سنج اندازه گیری شود و نبایستی این ضخامت ها از ضخامت ورق شل کمتر باشد .
برای کنترل عدسی ها به صورت صحیح معمولاً از یک شابلون که در کارخانه ساخته شده است استفاده می کنند .
تست هیدرواستاتیک :
بعد از اینکه همه مراحل ساخت مخزن انجام گرفت نوبت به تست هیدرواستاتیک می رسد که فشاری در حدود 5/1 برابر فشار طراحی باید به به مخزن اعمال کرد .
رنگ آمیزی :
قبل از اینکه مخزن را رنگ کنند ابتدا کاملاً مخزن را شسته و بعد به قسمت سند پلاست می فرستند و بعد از قسمت سند بلاست نوبت به رنگ آمیزی می شود. که بایستی ضخامت رنگ بین 50 تا 120 میکرون باشد که این اندازه ضخامت رنگ را معمولاً با ضخامت سنج می سنجند .
کالیبره کردن کولیس :
برای کالیبره کردن کولیس از 5 عدد میله استاندارد به اندازه های 10 و 15 و 20 و 5/22 و 25 میلیمتر استفاده می کنند به طوری که ببینند کولیس ها این میله های استاندارد را چه اندازه نشان می دهند ( مثلاً وقتی کولیس را با لوله 25 میلیمتر اندازه گیری می کنند باید عدد 25 را نشان دهد )
معمولاً میزان خطای کولیس را روی خود کولیس درج میکنند و معمولاً هر 6 ماه یکبار کولیس ها بایستی کالیبره شوند .
انواع طرح اتصال های نازل با پد به شل

انواع طرح اتصال های نازل بدون پد به شل

[1] – maximum allowable working pressure (M.A.W.P)
[2] – Full Radiography
[3]- Spot Radiography
[4]- Water Hamer
[5] – Creep
[6] -Aeration
[7] – Toughness
[8] – Hydrogen induced cracking
[9] – Brittle Fracture
[10] – Sulfide stress cracking
[11] – Forged steels
[12] – Wrought steels
مخازن استوانه ای اغلب دارای سطح مقطع یکسان هستند که انواع آن با ابعاد مختلف در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند. اندازه این مخازن حتی به قطر صدمتر و طول چندین ده متر هم می رسد. یک مخزن ذخیره معمولاً از اجزای زیر تشکیل می شود.
الف- پوسته استوانه ای که از رول کردن ورق ساخته می شود. ب- سقف مخزن که دارای انواع زیر است:1- سقف شناور 2- سقف ثابت که خود به دو نوع کروی و مثلثی تقسیم می شود. 3- سقف ثابت و سقف شناور
در طراحی قسمت های مختلف مخازن، پارامترهای متعددی مورد استفاده قرار می گیرد؛ از جمله این پارامترها می توان به طول، قطر یا حجم مخزن، فشار طراحی مخزن، تعداد نازلهای، طریقه اتصال و غیره اشاره کرد. برای داشتن یک مخزن مناسب باید تمام پارامترهای آن به طور صحیح بررسی شوند. علاوه بر آن پارامترهای دیگری نیز وجود دارند که باید به طور دقیق لحاظ شوند از جمله این پارامترها می توان به محل کار مخزن، نوع ماده مورد استفاده در مخزن، عوامل جغرافیایی مثل باد، زلزله و غیره اشاره کرد. همچنین قیمت مخزن مورد نظر با توجه به سرویس دهی و عمر مفید آن از جمله پارامترهای مهم در طراحی یک مخزن است.
مخازن ذخیره براساس ملاک های مختلف، تقسیم بندی های متفاوتی دارند:
الف- سیستم بندی براساس فشار طراحی و استاندارد مورد استفاده: مخازن ذخیره و مخازه تحت فشار
همانطور که می دانیم مخازن تحت فشار از جمله تجهیزاتی هستند که در شاخه نفت و پتروشیمی و در اغلب صنایع اصلی نظیر نیروگاه و حمل و نقل از کاربرد ویژه و قابل توجهی برخوردار بوده و از اینرو توجه به مقوله طراحی و ساخت آنها از اهمیت ویژه ای برخوردار است .

مخازن تحت فشارچیست
مخزن تحت فشار طبق استاندارد ASME SEC VIII به مخازنی گفته می شود که فشار طراحی داخل آن بیش از psi 15 ) و کمتر از psi 3111 ( باشد .این مخازن فلزی معمولاً استوانه ای یا کروی برای نگه داری و یا انجام فرآیند های شیمیایی مایعات و یا گازها می باشند که توانایی مقاومت در برابر بارگذاری های مختلف )فشار داخلی، و یا فشار خارجی و خلا در داخل( را دارامی باشند.استاندارد اصلی برای طراحی این مخازن ASME SECTION VIII می باشد که توسط انجمن مهندسین مکانیک آمریکا تدوین شده و هر چهار سال یکبار مورد بازنگری قرار می گیرد. معیار تبعیت از این استاندارد بیشتر بودن فشار داخلی مخزن از psi 15 میباشد.کاربرد عمده این مخازن در صنایع نفت و گاز می باشد.

مخازن تحت فشار برای اینکه کارکردی ایمن داشته باشند در فشار و دمای ویژه ای طراحی میشوند که اصطلاحا فشار طراحی و دمای طراحی گفته می شود. طراحی و ساخت اینگونه تجهیزات تحت فشار بدون اصول و استفاده از کدها و استانداردهای طراحی بسیار خطرناک و حادثه آفرین خواهد بود.

روش ساخت مخازن تحت فشار
طبق استاندارد ASMEVIII (Division1) روش های ساخت مخازن تحت فشار به سه دسته زیر طبقه بندی میشوند،که به توضیح مختصری از برخی از آنها می پردازیم.

* جوشکاری
* فورجینگ
* لحیم کاری سخت
روش جوشکاری در ساخت مخازن تحت فشار
در ساخت مخازن تحت فشار به روش جوشکاری از روش های متعددی متناسب با متریال فلز پایه ، نوع کاربری ، میزان حساسیت در ساخت مخزن و تجهیزات کارگاه می
توان استفاده کرد. که از آن جمله می توان به روش جوشکاری الکترود دستی ، جوشکاری میگ ،جوشکاری زیر پودری و جوشکاری تیگ اشاره کرد . در این روش پس از رول کردن بدنه ی مخزن و ساختن کلاهک آن،آن ها را به هم جوش می دهند.

روش فورجینگ در ساخت مخازن تحت فشار
ساخت مخازن تحت فشار به روش فورجینگ قابل اجرا برای مخازنی خواهد بود که در
آن ها جوش های طولی وجود ندارد همچنین این روش قابل اجرا در فولادهای کم کربن ، فولادهای کم آلیاژ است.

مواد مورد استفاده برای ساخت مخازن
در تئوری هر ماده ای با تحمل تنش کششی بالا وخاصیت های کششی مناسب میتواند در ساخت مخازن به کار گرفته شود اما استاندارد های ساخت ASME BPVC SECTION II لیستی از بهترین مواد و محدودیت دما و فشار آن ها را مشخص کرده است .
بسیاری از منابع تحت فشار از آهن تشکیل شده اند که ورق های آهنی به صورت رول در آمده و به عدسی ها و به همدیگر جوش داده میشوند. اما این جوش ممکن است بر بسیاری از خواص آ هن رول شده تاثیر منفی بگذارد مگر اینکه توجه هایی قبل از جوش کاری صورت بگیرد .
علاوه بر استحکام مکانیکی مناسب ،استاندارد های حال حاضر دنیا ، شرکت ها را موظف می کند تا از آهنی با مقاومت بالایی در مقابل ضربه استفاده شود و همچنین برای محیط ها و سیالاتی که موجب خوردگی کربن استیل می شوند لازم است که از موادی با قابلیت مقاومت در برابر خوردگی استفاده کرد .
برخی از منابع تحت فشار از کمپوزیت ها ساخته شده اند مانند فیبر های کربن با توجه به استحکام بالای فیبر کربن در برابر کشش، این نوع از مخازن تحت فشار میتوانند بسیار سبک باشند اما ساخت آن ها بسیار بسیار سخت می با شد .
منابع تحت فشار برای جلوگیری از خرابی می توانند با پلیمر ها یا سرامیک ها محافظت بشوند، علاوه بر این ، این پوشش خودش می تواند میزان زیادی از فشار را تحمل کند و یک پشتیبان خوب برای لایه ی اصلی می باشد.

دسته بندی مخازن تحت فشار

الف – مخازن استوانه ای
اغلب به صورت یک استوانه ای با دو سر عدسی ساخته می شوند.این نوع مخازن رایج
ترین نوع مخازن هستند.مخازن استوانه ای بلند ممکن است عمودی یا افقی باشند.اصولا نیاز عملیاتی یک برج تعیین کننده نوع افقی یا عمودی بودن آن است.برای مثال برج ها که نیاز به ثقل جهت جداسازی فازها دارند به صورت عمودی نصب می شوند در حالیکه مبدلهای حرارتی هم می توانند به صورت افقی و هم عمودی نصب گردند.در مورد مبدلهای حرارتی این انتخاب عموما بوسیله روش انتقال گرما وسیر سیال صورت می گیرد.در مخازن ذخیره محل نصب عمدتا عامل انتخاب می باشد.

ب – مخازن کروی
به علت استحکام ذاتی شکل کروی این مخازن اصولا برای فشارهای بالا بکار می روند.مخازن ذخیره بزرگ که تحت فشار متوسط قرار دارند معمولا شکل کروی یا شبه
کروی دارند
طبقه بندی بر اساس فشار
الف – مخزن تحت فشار داخلی
در این نوع مخزن معمولا سیالی با فشار بالاتر از فشار اتمسفر وجود دارد.
ب – مخزن تحت فشار خارجی
مخازن تحت فشاری که با شرایط خلاء مرتبط هستند باید برای فشار خارجی طراحی شوند در غیر این صورت متلاشی خواهند شد.

طبقه بندی بر اساس ضخامت جداره
الف – مخازن جدار نازک
یکی از متداولترین انواع مخازن است.در این مخازن نسبت ضخامت پوسته به قطر کمتر

از 11 % است.
ب – مخازن جدار ضخیم

در این نوع مخازن نسبت ضخامت پوسته به قطر بیشتر از 11 % است.
کاربردها

مخازن تحت فشار درانواع کاربردهای گوناگون هم در بخش صنعتی و هم در بخش خصوصی استفاده می شود.این مخازن برای ذخیره هوای فشرده ومخازن آب داغ خانگی
کاربرد دارد.نمونه های دیگر از کاربرد آن می توان مخازن تحت فشاراستوانه غواصی،برج های تقطیر، اتوکلاو، درپالایشگاه های نفت و پتروشیمی، راکتورهای هسته ای، زیر دریایی وکشتی فضایی،مخازن پنوماتیکی وهیدرولیکی تحت فشار، مخازن کیسه هوای خودرو و مخازن ذخیره سازی گازمایع، مانند آمونیاک،کلر،پروپان، بوتان و LPG نام برد.
فصل دوم
روش اجزاء محدود

مقدمه

افزایش روز افزون نیازهای بشر و تلاش برای برآورده ساختن آنها، منجر به خلق مسائل تازه و پیچیده ای در همه زمینه های علمی و فنی شده که حوزه مهندسی مکانیک و سازه نیز از این امر مستثنی نبوده است. در اغلب موارد ، نیاز به طراحی و تحلیل قطعات با هندسه و اخیرا خواص پیچیده تحت بار گذاری های نامنظم است که بکار گیری روشهای کلاسیک موجود منجر به یافتن معادلات حاکم بسیار پیچیده با شرایط مرزی و اولیه متنوع است که عملا حل این معادلات از روش تحلیلی را غیر ممکن می سازد .
از همین روست که روشهای عددی متنوعی برای حل معادلات دیفرانسیل حاکم به سیستم ها ایجاد و امروزه به طرز وسیعی مورد استفاده قرار می گیرند. بسته به نوع روش عددی مورد استفاده و نوع المان بندی، روشهای مختلفی نظیر حجم محدود ، اجزاء محدود ، تفاضل محدود و … حاصل شده است .
هر کدام از روشهای فوق الذکر، در قالب نرم افزارهای متنوع به کاربران عرضه می شوند.

روشی که در اغلب مسائل مکانیک جامدات مورد استفاده قرار می گیرد روش اجزاء محدود است که در قالب نرم افزارهایی چون Nastran ، Abaqus ، Ansys و … قابل استفاده است.

آشنایی با روش اجزاء محدود

معمولا مهندسان و فیزیکدان ها یک پدیده فیزیکی را به وسیله دستگاهی از معادلات دیفرانسیل معمولی و یا جزئی که در محدوده خاصی صادق است و شرایط مرزی و آغازین مناسبی را تامین می کند توصیف می کنند. در واقع یک معادله دیفرانسیل با شرایط مرزی و اولیه مورد نیاز خود یک مدل ریاضی کامل از یک پدیده است. برای یافتن توزیع متغیر های مورد نظر که ارتباط آنها در فرم دیفرانسیلی توسط معادله حاکم بیان می گردد، می بایست معادله مذکور حل گردد تا بتوان مقادیر عددی هر کمیت مرتبط را در نقاط دلخواه بدست آورد. اما با توجه به اینکه تنها می توان اشکال بسیار ساده این معادلات آن هم در ناحیه های هندسی بسیار ساده را با روشهای تحلیلی حل نمود، در حل اغلب معادلات حاکم به روش تحلیلی با مشکل بزرگی مواجه هستیم .
برای مقابله با چنین مشکلاتی و نیز جهت استفاده از قدرتمند ترین وسیله موجود در قرن حاضر یعنی کامپیوتر، ضروری است که مساله مورد نظر در یک قالب کاملا جبری
ریخته شود تا حل آنها تنها نیازمند عملیات جبری باشد. برای دستیابی به چنین هدفی می توان از انواع مختلف روشهای گسسته سازی یک مساله پیوسته تعریف شده به وسیله معادلات دیفرانسیل استفاده نمود. در این روشها تابع و یا توابع مجهول که می توان آنها را با مجموعه ای نا متناهی از اعداد نشان داد، به وسیله تعداد متناهی از پارامتر های مجهول جایگزین می گردند که طبیعتا در حالت کلی نوعی تقریب را در بر دارد.
روش اجزاء محدود یک دستورالعمل عددی جهت حل مسایل فیزیکی می باشد که توسط معادله دیفراانسیل توصیف می شوند.این روش دارای دو ویژگی است که آن را از
سایر روشهای عددی متمایز می سازد :
-1 در این روش از یک فرمولبندی انتگرالی جهت ایجاد یک دستگاه معادلات جبری استفاده می شود .

-2 در این روش از توابع هموار به طور قطعه ای پیوسته جهت تقریب کمیات مجهول استفاده می شود .

روش اجزاء محدودرا می توان به پنج مرحله اصلی تقسیم کرد :
-1 تقسیم ناحیه مورد بحث به تعداد زیادی زیر ناحیه کوچک موسوم به المان، نقاط اتصال المانها به یکدیگر گره نامیده می شود .
-2 تعیین تقریب اولیه برای حل به صورت یک تابع با ضرایب ثابت مجهول که همواره یا خطی است و یا مرتبه دوم. پس از تعیین شدن مرتبه تقریب اولیه، معادله حاکم در هر گره نوشته می شود .
-3 استخراج دستگاه معادلات جبری، تابع وزنی برای هر گره مشخص شده و سپس انتگرال باقیمانده وزنی تشکیل می گردد. با انتگرال گیری، برای هر گره یک معادله جبری ایجاد می گردد که پس استخراج معادلات همه گره ها، دستگاه معادلات بوجود می آید .
-4 حل دستگاه معادلات ایجاد شده .
-5 محاسبه سایر کمیات از روی مقادیر گرهی .

معرفی نرم افزار انسیس

نرم افزار ANSYS از دسته نرم افزارهای تحلیلی است که از روش اجزای محدود برای مدلسازی و تحلیل در آن استفاده می شود.
برتری تحلیل مسائل متنوع از یک طرف و ارتقاء تجهیزات کامپیوتری از طرف دیگر باعث شده است که کاربرد روش اجزای محدود و در نتیجه نرم افزارهای بر پایه آن رواج یابد.
ابزارهای پیش بینی شده در ANSYS امکان تحلیل انواع مختلف سازه ها مانند قاب، مخزن، سد، پل … و اجزای سازه ای مانند اتصالات فولادی، اعضای فولادی یا بتنی… را به روشهای مختلف فراهم ساخته است. از آن جمله می توان به تحلیل های استاتیکی، بارگذاری رفت و برگشتی، مودال و … اشاره کرد. برای شبیه سازی شرایط مختلف تکیه
گاهی گزینه های متعددی بصورت شتاب، جابجایی، نیرو و یا لنگر با الگوهای مختلف در دسترس هستند که بطور ثابت یا متغیر با زمان قابل استفاده اند. همچنین مدلهای رفتاری مختلفی از مصالح شکل پذیر و ترد مانند مدلهای دو و چند خطی فولاد و مدل شکست بتن در آن پیش بینی شده است که در حوزه رفتار غیر خطی بکار می روند.
وجود المانهای مختلف با قابلیتهای خاص از ویژگیهای ANSYS است. دسته های مختلف المانها مانند المانهای خطی Beam ، Link و Pipe بصورت دو و سه بعدی، المانهای پوسته ای )انواع Shell ها، یک لایه، چند لایه، غشایی، خمشی(، المانهای حجمی )انواعSolid ها( با رفتار خطی و غیر خطی، المانهای تماسی با فاصله اولیه و فاقد سختی کششی( Contact (، فنرهای غیر خطی ) Combin (، کابل، المان کنترلی، المان صلب، جرم متمرکز و … انعطاف پذیری ویژه ای برای مدلسازی حوزه وسیعی از سازه ها و اجزای سازه ای در این نرم افزار فراهم ساخته اند.
با وجود ویژگیهای فراوان نرم افزار ANSYS و نرم افزارهای مشابه در مدلسازی و تحلیل، همواره باید به خاطر سپرد که در بررسی تحلیلی یک مدل، دیدگاه مهندسی و
ذکاوت کاربر در فرآیند ساخت، تحلیل و کنترل نتایج، مهمترین نقطه اتکاء برای تایید صحت نتایج است و بکارگیری چنین نرم افزارهایی صرفاً به عنوان ابزاری برای ساده تر
کردن و سرعت بخشیدن به فرآیند طراحی است.
به همین دلیل قبل از بکارگیری هر ویژگی یا گزینه تحلیلی، مناسب است که مطالعات کافی درباره نحوه کارکرد و تئوری های وابسته به روش تحلیلی، نوع المان و مشخصات
مصالح صورت گیرد.

فصل سوم

تعریف مساله و حل آن

مراحل تحلیل یک مخزن تحت فشار جدار ضخیم استوانه ای از جنس فولاد به کمک نرم افزار ANSYS

با استفاده از نرم افزار ANSYS یک مخزن با فشار داخلی MPa 35 و مدول الاستیک GPa 211 و ضریب پوواسن 1 3 / و استحکام تسلیم Mpa 2را مورد – 331 و با ابعاد بررسی قرار می دهیم.برای آزمایش درستی نتایج ، شرایط اولیه مخزن برای این تحلیل از کتاب ansys workbench tutorial نوشته Kent L. Lawrence گرفته شده که فصل مربوط به آن در پیوست انتهای این پروژه آورده شده است.

برای این تحلیل از نسخه 12 نرم افزار انسیس استفاده می کنیم.
انتخاب واحدها
برای این کار گزینه SI را از مسیر زیر انتخاب می کنیم تا محاسبات بر اساس واحد SI
انجام شود.
Main Menu/ preferences/ preprocessor/Material props/Material library/select units

انتخاب نوع المان
با توجه به این نکته که مخزن دارای شکلی متقارن است برای افزایش سرعت در انجام محاسبات المان را دو بعدی و رفتار آن را متقارن انتخاب می کنیم که در ادامه طریقه انجام این کار را توضیح می دهیم.
از مسیر زیر المان مورد نظر را انتخاب می کنیم:
Main Menu/preferences/preprocessor/Element Type/Add..
برای این تحلیل می توانیم از المان دو بعدی چهار گوشه ای با 4 گره یا 8 گره و یا همچنین المان مثلثی استفاده کنیم.
المان دو بعدی solid183 نیز در صورتی که Elemet behavior را Axisymmetric)متقارن( انتخاب کنیم برای این تحلیل مناسب است.این المان دارای دو درجه آزادی در هر گره در راستای X و Y می باشد . ازاین المان صفحه ای می توان به عنوان تنش صفحه ای،کرنش صفحه ای و یا یک المان متقارن استفاده کرد.

با توجه به توضیحات ذکر شده المان SOLID183 برای این تحلیل مناسب است،باید توجه داشت که پس از انتخاب این المان از قسمت option گزینه Elemet behavior را روی axisymmetric قرار می دهیم.

تعریف خواص ماده Material Properties
برای اینکار مسیر زیر را دنبل می کنیم:
MainMenu/preferences/preprocessor/Materialprops/MaterialModels/Structural/linear/elastic/Isotropic
و در این قسمت مقادیر مدول کشسانی و ضریب پواسون را وارد می کنیم.

مدل سازی (modeling)
در این قسمت مخزن را مدل سازی می کنیم باید توجه داشت چون المان را دو بعدی و2 مدل سازی می کنیم – رفتار المان را متقارن در نظر گرفتیم مخزن را حول محور Y گسترش می دهیم این کار در افزایش سرعت محاسبات بسیار موثر است.

برای مدل سازی مسیر زیر را دنبای می کنیم و با توجه به دستورات موجود در Create مدل را رسم می کنیم.در ANSYS همیشه ابتدا نقاط وسپس خطوط و بعد از آنها صفحه و در آخر حجم را رسم می کنیم.)واحد ابعاد میلیمتر می باشد(
Main Menu/preferences/preprocessor/Modeling/Create

مش بندی Meshing
با اجرای دستور
Main Menu/preferences/preprocessor/Meshing/Mesh Tool
با انتخاب گزینه Quad و Free و فشار دادن Mesh و با انتخاب سطح،مش بندی انجام می شود.

مش بندی اولیه
تعیین قیدها
مقید – با توجه به تقارن هندسی شکل مخزن را مانند شکل از دو ناحیه مانند شکل 3
می کنیم.
این کار را با استفاده از دستور زیر انجام می دهیم:
MainMenu/preferences/Solution/DefineLoads/Apply/structural/
Displacement/On lines
و با انتخاب خطوط تقارن بالا و پایین گزینه DOFs to be constrained را برای خط
بالا روی X وبرای خط پایین روی Y قرار می دهیم.

بارگذاری
با اجرای دستور زیر
MainMenu/Preferences/Solution/DefineLoads/Apply/structural/
Pressure/On Lines
و انتخاب خط داخلی مخزن مقدار گزینه VALUE load PRES value را روی
35111111 قرار می دهیم تا فشار داخلی مخزن برابر با MPa 35 گردد.

حل مساله
Main/Solution/Solve/Current LS
با اجرای این دستور عمل محاسبات توسط نرم افزار المان محدود ANSYS صورت می
گیرد و نتایج در خروجی ثبت می شود.
پس از انتخاب General Postproc نتایج حاصل از تحلیل را می توان از طریق
List/Results و Plot/Results به صورت قابل مشاهده برای کاربر مثل کانتور،فیلم،جدول،فایل متنی بدست آورد.

فصل چهارم

نتایج و بحث :
برای بررسی نتایج حاصل از تحلیل این مخزن تحت فشار از مسیر زیر خروجی های مختلف را به صورت کانتور می گیریم:
Plot/Results/Contour plot/ elem solution
2نمایش داده شد .این نتایج – 1 تا 4 – نتایج حاصل از این تحلیل که در از نیمه بالایی مخزن مدل شده است. 1/4 برای1 تنش فون مایسز را نشان می دهد که در ناحیه داخلی روی فیلر بحرانی است و برابر با 211 MPa است که با استحکام تسلیم متریال سازنده مخزن که Mpa 331 می باشد 1 دارا می باشد با / مقایسه می شود بنابراین ضزیب اطمینانی تقریبا برابر با 65 توجه به این نکته که ضریب اطمینان به عوامل متعددی بستگی دارد و مقدار آن برای 3 یا 4 است،پس ناحیه ای که در آن تنش ماکزیمم اتفاق می / مخازن تحت فشار معمولا 5افتد بحرانی است و احتمال شکست در آن وجود دارد.برای محاسبه مقدار دقیق تر تنش در این ناحیه می توانیم مش بندی را در نزدیک نقطه بحرانی refine کنیم.
ماکزیمم تنش عمودی x در قسمت بالای آن روی کلاهک مخزن σمشخص شده و مانند شکل قبل ناحیه فیلر نیز تنش زیادی را تحمل می کند که برابر با MPa 187 می باشد.همچنین برای بقیه مناطق مخزن که بیشتر با رنگ سبز و آبی مشخص شده مشاهده می کنیم مقدار تنش تقریبا ثابت است.
ماکزیمم تنش – در شکل 4 y در قسمت داخلی مخزن روی فیلر رخ می دهد که σ
برابر با MPa 161 است.مقدار این تنش روی کلاهک مخزن تقریبا ثابت و کم است،در
قسمت استوانه ای نیز تغییرات کمی دارد.

ماکزیمم تنش – در شکل 4 z σ در قسمت بیرونی و بالای مخزن با رنگ قرمز مشخص شده که مقدار آن برابر MPa 187 است،دلیل تمرکز تنش در آن ناحیه می تواند وجود قید در راستای محور X باشد که در هنگام قید گذاری قرار دادیم،مقدار این تنش در قسمت استوانه ای آن از بالا با نزدیک شدن به مرکز مخزن افزایش می یابد.

ماکزیمم تنش برشی – در xy برابر با τ MPa 1104 و با رنگ قرمز مشخص شده است،مقدار این تنش در قسمت استوانه ای و قسمت بیرونی کلاهک آن زیاد و نزدیک
به مقدار بحرانی است.
را نشان می دهد بیشترین مقدار آن در شکل با رنگ قرمز مشخص ɛشده که در ناحیه بالای کلاهک و روی فیلر حداکثر است،یعنی در این نواحی بیشترین تغییر ضخامت در راستای محور X را داریم.
7 : کرنش مکانیکی در راستای – شکل 4 Y
7 – شکل 4 y را نشان می دهد ومشاهده می شود روی کلاهک به دلیل وجود قیود ɛ
کمترین مقدار را دارد و در ناحیه فیلر حداکثر کرنش در راستای Y را داریم .
8 : کرنش مکانیکی در راستای – شکل 4 Z
8 – شکل 4 z رانشان می دهد مقدار این کرنش در اکثر نواحی مخزن زیاد است ɛ
یعنی مخزن در راستای Z جابجایی زیادی دارد همچنین بیشترین جابجایی در قسمت
بیرونی کلاهک مشخص شده است .
9 : کرنش برشی در صفحه – شکل 4 XY
2 – شکل 4 xy ɛ را نشان می دهد و بر خلاف حالت های قبل مشاهده می شودمقدار کرنش برشی در صفحه xy در نواحی اطراف فیلر حداقل است.
مخازن تحت فشار از سازه های مهم در دنیای مهندسی مکانیک هستند. مهمترین کاربرد این مخزن ها در هوافضا، مربوط به مخازن ذخیره سوخت در موشک های سوخت جامد و سوخت مایع است. همونطور که از اسم این سازه های مهم پیداست، وظیفه تحمل فشارهای بسیار زیاد رو برعهده دارند و تحت تنش های اصطلاحا حلقه ای و طولی بزرگی قرار دارند. یعنی در همه جهت به آنها نیرو وارد می شه، هم در طول مخزن و هم در حلقه یا محیط مخزن. اگرچه مخازن موشک های سوخت مایع نسبت به سوخت جامدها تحت فشارهای بالا قرار ندارند اما قسمت محفظه احتراقشون که سوخت و اکسید کننده در اونجا باهم محترق می شوند تحت فشارهای خیلی بالا قرار دارند. بنابراین مهندس های سازه باید با دقت خیلی زیادی این مخزن ها رو طراحی کنند چون هرگونه اشکال هر چند کوچک می تونه باعث انفجار مخزن بشه و حادثه های زیادی هم به همین دلیل برای موشک های نظامی و غیر نظامی در هنگام تست ها و حتی در حین پرتاب های عملیاتی پیش اومده.

تست راکت شرکت آرمادیلو

مخزن تحت فشار یک موتور موشک که در قسمت ابتدایی نازل قرار دارد
موضوع دیگری که در مخازن پرفشار خیلی اهمیت داره نوع مواد به کار رفته در ساختشونه. این موضوع از جنبه های مختلفی مثل استحکام بالا و همچنین عدم واکنش با مواد شیمیایی و سوخت موشک مورد توجه مهندس های سازه ست. البته نوع فلز یا ماده بکار رفته ارتباط مستقیمی با کاربردشون داره. معمولا مخزن های فلزی جنسشون از فولادهای مستحکمه و مخزن های غیر فلزی یا کامپوزیتی هم از نخ های کربن و به روش رشته پیچی ساخته می شوند.

مخزن کامپوزیتی در حال رشته پیچی با نخ های کربن
مراحل ساخت ونصب مخزن تحت فشار

مقدمه:
مخزن تحت فشار محفظه یا ظرفی است که مطابق تعاریف و محدوده کاری ASME SEC VIII بوده که بر اساس فشار داخلی یا فشار خارجی طراحی می گردد. معیار تبعیت از این استاندارد بیشتر بودن فشار داخلی مخزن ازpounds/in215 یا Kilo Pascal3/1 میباشد. در مخازن تحت فشار خارجی این فشار میتواند ناشی از خلا بین جاکت و دیواره مخزن باشد.
برجهای فرآیندی، مخازن، محفظههای کروی، راکتورها، مبدلهای حرارتی و… از انواع مخازن تحت فشار میباشند.
این نوع مخازن از لحاظ ظاهری به اشکال مختلف طراحی میشوند. بطور مثال ممکن است استوانهای با عدسیهای مختلف از قبیل (Hemispherical، Ellipsoidal،Torispherical و Flat) و یا کروی ساخته شوند.
مخازن از لحاظ موقعیت نصب به دو نوع افقی(با استفاده از Saddle) و عمودی (با استفاده از Lug، Leg، Skirt) دستهبندی میشوند.

کلیات
2-1- هدف و دامنه کاربرد
هدف از بازرسی و ارزیابی تجهیزات تطابق مشخصات ساخت با درخواست موردنظر مشتری میباشد. برای نیل به این هدف میبایست بازرسیها بموقع و از محلهای مناسب صورت پذیرد. معمولاً در انجام پروژههای بزرگ از شرکتها و زیرمجموعههای مختلفی جهت ساخت و بازرسی مخازن استفاده میشود. بدین ترتیب که معمولاً شرکتهای طراحی بندرت سازنده تجهیزات نیز میباشند. لذا این مسئله باعث ایجاد مسئولیتهای تجاری و قانونی مختلف در یک پروژه میگردد. برای اطمینان از تطابق تجهیزات با نیازمندیهای استاندارد و خواستههای موردنظر، انجام بازرسی و کنترل نمودن تجهیزات امری اجتنابناپذیر است که این مسئولیت بر عهده شرکتهای معتبر بازرسی میباشد.این شرکتها با توجه به استاندارد ISO 17020 به اشکال مختلف قابل تعریف میباشند.
دامنه کاربرد این دستورالعمل مطابق با تعاریف و محدوده ذکر شده در ASME SEC.VIII میباشد.

2-2- مدارک مرتبط (مراجع و منابع)

*Pressure Vessel Handbook (Sixth Edition) by Eugene F. Megyesy
*API RP 572," Inspection of Pressure Vessel"
* Guidebook for the Design of ASME Section VIII (Second Edition) by James R. Farr
* AWS (D10.4), "Recommended Practice for Welding Austenitic Chromium-Nickel Stainless Steel Piping & Tubing".
*AWS (CM CH-2), "Welding Inspector Responsibilities".
*AWS (B1.11), "Guide for the Visual Examination of Welds".
*ASME SEC.VIII, "Rules for Construction of Pressure Vessels".
* ASME SEC.V, "Nondestructive Examination".
*DIN28011, "Torispherical Dished Ends" ِِ
* ANSI Z49.1, "Safety in Welding, Cutting and Allied Processes".
*ASTM A380," Standard Practice for Cleaning, Decaling, and Passivation of Stainless Steel Parts".
*ASTM A967," Standard Specification for Chemical Passivation Treatments for Stainless Steel Parts".
*ASTM D3359," Standard Test Methods for Measuring Adhesion by Tape Test"

2-3- مسئولیتها و اختیارات

2-3-1 مسئولیت بازرس
اجرای بازرسی مطابق با دستورالعمل و رعایت کلیه موارد بر طبق استاندارد

2-3-2 مسئولیت مدیر بخش بازرسی فنی
در اختیار قراردادن لوازم و تجهیزات بازرسی و فراهم کردن امکانات جهت اجرای بازرسی

تعاریف
3-1- اصطلاحات

– فشار کاری(Operating Pressure): فشار کاری مخزن در حین کار کردن را گویند.
– فشار طراحی (ِDesign Pressure): این فشار حدود %10 یا psi 30(هر کدام که بزرگتر باشند) بیشتر از فشار کاری در نظر گرفته میشود.
– ماکزیمم فشار کاری مجاز(Maximum Allowable Working Pressure): به ماکزیمم فشار قابل تحمل جهت ضعیفترین قسمت مخزن اطلاق میشود.

– فشار هیدروتست(Hydrostatic Test Pressure): 5/1 برابر ماکزیمم فشار مجاز کاری یا فشار طراحی (در صورتی که نتوان ماکزیمم فشار مجاز کاری را تعیین کرد) اطلاق میشود.

– کلاسه بندی اتصالات جوش((Weld Joint Category:
کلاسه بندی اتصالات جوش بر اساسUW-3 و ASME SEC.VIII مدنظر میباشد. این کلاسهبندی در ساخت تجهیزات بکار میرود و منظور نوع جوش(Butt, Fillet, Lap Joint) نمیباشد. از این تعریف در مشخص نمودن درجه بازرسی و موقعیت جوش وتعیین میزان NDT استفاده میشود. در این دستهبندی از 4 گروه نام برده میشود که عبارتند از:
– گروه A: این دسته شامل تمامی جوشهای طولی(Longitudinal Weld) بر روی مخزن یا اتصالاتی نظیر نازلها و جوش پوسته به عدسی(Circumferential) میباشد.
– گروه B: این دسته تمامی جوشهای محیطی (بغیر از جوش محل اتصال پوسته به عدسی) را شامل میشود.
– گروه C: تمامی جوشهای فلنج به نازل یا فلنج به پوسته در این گروه جای میگیرند.
– گروه D: این گروه جوشهای محل اتصال نازل به تجهیز را شامل میشود.

– Joint Efficiency(UW-12)

این اصطلاح که با علامت E نشان داده شده، جهت اتصالات جوشی با نفوذ کامل(CJP) که توسط روشهای قوسی و یا گازی انجام میشود که وابسته به طرح جوش و میزان تست(رادیوگرافی) است. حداکثر مقدار آن برابر با 1 میباشد. مهمترین کاربرد آن در تعیین ضخامت تجهیزمیباشد.

– روشهای ساخت(API RP 572)
قبل از توسعه فرآیند جوشکاری، مرسومترین روش ساخت توسط پرچ بود که در این روش درزها بصورت Lap joint پرچ میگردیدند و بمنظور جلوگیری از نشتی از بتونه استفاده میشد. این مسئله در دماهای بالا مشکلآفرین بود. بعد از توسعه روشهای جوشکاری، این روش جایگزین روش پرچ و بتونه گردید و اکنون مرسومترین روش ساخت مخازن استفاده از جوشکاری میباشد.

QC Plan

ITP یا QCP مدرکی است که توسط سازندگان، مشتریان و لایههای مختلف بازرسی استفاده میشود که فعالیتهای ساخت، بازرسی و تستها در آن مشخص میگردد.

3-2- اختصارات و کلید واژهها

تعاریف اختصارات آورده شده شامل:
ASNT: American Society for Non-Destructive Testing
ASME: American Society of Mechanical Engineers
ASTM: American Society of Testing and Materials
DIN: Dutch's Institute for Nurmung
API: American Petroleum Institute
NDT: Non-Destructive Testing
OSHA: Occupational Safety and Health Administration
ANSI: American National Standards Institute
ITP: Inspection Test Plan
QCP: Quality Control Plan
VT: Visual Examination
PWHT: Post Weld Heat Treatment
MAWP: Maximum Allowable Working Pressure

پیشنیازها
4-1- ایمنی
از آنجائیکه محیط کاری بازرسین جوش مشابه محیطهای کاری جوشکاران میباشد، این افراد نیز ممکن است در معرض خطرات زیادی قرار گیرند. این خطرات عبارتند از شوک الکتریکی، سقوط از ارتفاع، خطراتی که چشم و سیستم بینایی را تهدید میکنند، از جمله اشعه ماوراء بنفش، ذرات موجود در هوا، دود و بخار و در نهایت اشیائی که از ارتفاع سقوط میکنند.
بازرسین ممکن است هر لحظه در معرض این خطرات قرار بگیرند، بنابراین نباید ایمنی نادیده گرفته شود. بازرسین در چنین شرایطی میبایست تدابیر ایمنی از جمله استفاده از عینک و کلاه ایمنی، لباس کار مناسب و سایر تجهیزات ایمنی را مدنظر قرار دهد.
عملیات جوشکاری و برشکاری میباید در مناطق امن صورت گیرد و چنانچه نیاز به اجرای کار در مناطق غیرامن باشد، باید دستورالعملهای ویژه مورد استفاده قرار گیرد.
جهت کسب اطلاعات بیشتر به استاندارد ایمنی در جوشکاری، برشکاری و فرآیندهای وابسته(ANSI Z49.1) که توسط انجمن جوشکاری آمریکا منتشر شده و همچنین سازمان ایمنی و سلامت شغلی آمریکا (OSHA) مراجعه شود.

4-2- اسناد و مدارک مورد نیاز

بازرسی جوش جهت انجام فعالیتهای بازرسی به دستهای از اطلاعات، اسناد و مدارک مرتبط نیاز دارد اگر چه عملیات بازرسی جوش در صنایع گوناگون از جنبههای مختلف دارای اشتراک است، ولی در هر صنعتی الزامات ویژهای وجود دارد که آنرا از دیدگاه بازرسی منحصربفرد نموده است. بازرسین جوش بدون کسب اطلاع کافی از طراح و یا مهندس جوش قادر به ارزیابی دقیق سازهها و تجهیزات جوشی نیستند.
بسیاری از اسناد، خود دارای معیار پذیرش میباشند. تعدادی از اسنادی که در ارتباط با فعالیت بازرسی مورد استفاده قرار میگیرند شامل: نقشهها، کدها، استانداردها و مشخصات(Specification) میباشند. همچنین اسناد مربوط به قرارداد نیز در این رابطه حائز اهمیت میباشند زیرا در قرارداد نوع استاندارد و یا کد، مشخص میباشد.
این اطلاعات به شرح ذیل میباشند:
سایز و شکل هندسی قطعه
جنس فلز پایه و انتخاب فلز پرکننده
جزئیات فرآیند ساخت محصول
فرآیند جوشکاری
آزمایشات غیرمخرب مورد استفاده
میزان و درصد بازرسی
محدوده پذیرش عیوب
ملزومات تایید صلاحیت پرسنل
دستورالعمل جوشکاری و تایید آن
ملزومات کنترل مواد

4-3- ابزار مورد نیاز AWS (B1.11)
انجام بازرسی و کیفیت آن متکی به تجهیزات و ابزارآلات بازرسی میباشد. برای مثال برخی از این وسایل در ذیل آمده است:
1- متر
2- کولیس و ریزسنج
3- آمپرمتر و ولتمتر
4- گیجهای حرارتی یا تجهیزات نشاندهنده حرارتی دیجیتال
5- گیجهای جوشکاری
6- فایبراسکوپ و بروسکوپ
7- ذرهبین
8- چراغ قوه

بازرسی مخازن تحت فشار

5-1- QCP
QCP سندی است که در آن برای کلیه فعالیتهای تست و بازرسی برنامهریزی شده است و در آن نقش کلیه سازمانهای بازرسی، نوع تست و فعالیتها، معیار و استاندارد مرجع آنها، مدارک لازم و گاهاً مسئولیتها و چارتسازمانی پروژه مشخص شده است. در پیوست(1) نمونهای از QCP آورده شده است.

5-2- بازرسی مواد اولیه، قطعات و اجزاء
آزمایشات مختلف و متنوعی بر روی مواد مهندسی صورت میگیرد. برای اینکه بازرسی موفقیتآمیز باشد میبایست با روشهای تست و آزمون مطابق استانداردهای مواد آشنا بود. بخش UG4 و UG10 مواد مجاز مصرفی در تجهیزات تحت فشار را مشخص نموده است. بمنظور تستهای مورد نیاز میتوان از استاندارد ASME SEC II Part A استفاده کرد. با مطابقت نتایج حاصله از تست و مراجعه به استاندارد مربوطه میتوان نسبت به پذیرش یا رد مواد اقدام نمود.
– برای بازرسی مواد میبایست پس از بازرسی چشمی(VT)، مدارکی نظیر گواهینامهها (Certificate) و نتایج مدرک Mill Test بررسی شوند. در صورت ارائه مستندات کافی، بازرس میتواند تا %10 از محموله را به عنوان نمونههای تست بمنظور آزمایشات مورد نیاز مطابق استاندارد انتخاب نماید.(UG-10)
– در صورتی که نمونههای یک محموله(Lot) مساوی یا کمتر از 3 عدد باشد، همگی باید تست شوند.
– ورقهای فلزی که جهت ساخت مورد استفاده واقع میشوند که جهت نورد در آنها قابل تشخیص نمیباشد، بایستی دو نمونه طولی و عرضی از هر محموله انتخاب شود. نتیجه تست بایستی نیازهای حداقل مشخص شده در Spec. را تامین نماید.
– برای تمامی نمونهها از کد مناسب جهت شناسایی آنها استفاده شود.
– جدایش متریالها از یکدیگر، باید انجام گیرد. برای مثال عدم تداخل فولادهای کربنی ساده با فولادهای زنگنزن ((Stainless Steel چه در حالت خام وچه در حین عملیات نورد و فرمدهی باید مدنظر قرار گیرد.
– ورقهای فولادی منطبق باSA36 و SA283 نمیبایست در فرآیند Lethal (مواد سمی یا شیمیایی که برای موجودات زنده مضر میباشد) بکار گرفته شود. (UCS-6b)
– حداقل ضخامت ورقهای بکار رفته در ساخت تجهیز برابر با 6mm میباشد (Pressure vessel H.B Page 158).
– تمامی ورقهای موردنظر برای ساخت میبایست توسط روش فراصوتی تست تورق(Lamination) شوند.
– اتصالات 2" و کوچکتر میبایست از کلاس 6000 انتخاب شوند(Pressure vessel H.B Page 157)
– کلیه فلنجهای مورد استفاده در ساخت میبایست مطابق با استاندارد ANSI B16.5 بوده و مطابق ذیل بکار رود:( Pressure vessel H.B Page 157)
1- جهت Rating زیر 600Lb از فلنج Raised face استفاده شود.
2- جهت Rating600Lb و لولههای 3" و زیر آن از فلنج Raised face استفاده شود.
3- جهت Rating600Lb و لولههای 4" و بالاتر از فلنج Ring Type Joint استفاده شود.
4- جهت Ratingهای بیشتر از 600Lb از فلنج Ring Type Joint استفاده شود.

5-3- بازرسی جوشها

بازرسی جوش از مهترین مراحل بازرسی ساخت مخازن به حساب میآید. این مرحله پس از انجام کارهای قطعهزنی، فرمدهی و ماشینکاری انجام میشود. به طورکلی میتوان گفت عمدهترین بخش کار بازرسی در این مرحله میباشد.

– قبل از شروع کار میبایست WPS و صلاحیت جوشکار به تایید بازرس رسیده باشند (ASME SEC IX).
– هیچگونه عملیات جوشکاری نباید قبل از تایید WPSهای جوشکاری صورت پذیرد (UW-26C).
– هر جوشکار یا اپراتور دستگاه جوش میبایست دارای کد شناسایی منحصر به فرد باشد.(UW-37)
– قبل از مونتاژ قطعات به یکدیگر و انجام جوشکاری میبایست لبهسازی قطعات و طرح اتصال مطابق نقشههای مربوطه باشد.
– مطابقت طرح اتصال با موارد قابل قبول در استاندارد ASME SEC. VIII (UW-16.1،UW-13.2 ,13.1UW-16.2).
– کلیه جوشکارانی که قطعاتی که تحت فشار نیستند نظیر قلابهای مخزن، ساپورتها و غیره را به قطعات تحت فشار جوشکاری میکنند میبایست مانند جوشکارانی که قطعات تحت فشار را جوشکاری مینمایند طبق استاندارد ASME SEC IX تایید شده باشند (UW-29).
– حداقل سایز گلویی در جوشهای نبشی (Fillet) نمیبایست از مقدار 6mm یا 0.7 t min کمتر باشد (UW-16.1).
– ماکزیمم مقدار گرده جوشها(Reinforcement) نمیبایست از مقادیر ذکر شده در ASME بیشتر باشد (UW-35).
– طول ناحیه Tapper شده، که در زمان یکسان نبودن ضخامتها و اصلاح آن بکار میرود بایستی حداقل 3برابر اختلاف سطح دو قطعه باشد (UW-13.3) .
– انجام عملیات جوشکاری از هر نوعی زمانیکه دمای قطعه پایینتر از c˚18- باشد مجاز نیست و در مواقعی که دما مابین c˚-18 و c˚0 میباشد، باید دمای قطعه قبل از جوشکاری حداقل به دمای 16˚c رسانده شود (UW-30) .
– توصیه میشود در محوطههایی که سطح قطعات مرطوب و یا پوشیده از یخ ودر هنگام بارش برف یا در جریان باد شدید میباشند جوشکاری انجام نشود. مگر اینکه جوشکار و محل جوشکاری به نحوه مناسبی محافظت شوند (UW-30) .
– زمانیکه برای مونتاژ قطعات از خال جوش استفاده میشود، خال جوش میبایست بطور کامل از منطقه جوش حذف گردد (UW-31).
– محل شروع و پایان هر خط جوش میبایست بوسیله سنگزنی یا دیگر روشهای مناسب آماده شود. خال جوشها چه برداشته شوند و چه در محل خود باقی بمانند باید توسط یک روش تایید شده مطابق ASME SEC. IX انجام گیرد. در حالیکه خال جوشها در محل باقی میمانند، این خال جوشها باید بتوسط جوشکار دارای صلاحیت مطابق با ASME SEC. IX جوشکاری شوند و بازرسی چشمی از این خال جوشها باید انجام گیرد و اگر دارای عیوب هستند باید برطرف شوند (UW-31).
– سطوحی که جوشکاری میشوند باید کاملاً تمیز و عاری از هرگونه سرباره، زنگ، روغن، گریس و دیگر مواد خارجی باشد (UW-32a).
– میزان همپوشانی ورقها در جوشهای Lap Joint حداقل معادل 4 برابر ضخامت نازکترین ورق میباشد.(UW-9-e)
– لبههای Opening در متریالهای با ضخامت38mm و کمتر نمیبایست نزدیکتر از 13mm به جوشهای نوع A، B و نوع C قرار گرفته باشد در غیر اینصورت باید مطابق بند UW-14d عملیات پرتونگاری انجام گیرد.
– زمانی که جوش طولی با جوش محیطی در تلاقی میباشد میبایست جوش طولی به میزان "4 از هر طرف از محل تلاقی رادیوگرافی شود. در بقیه حالتها محور جوشهای طولی میبایست بهصورت زیگزاگی بوده یا به میزان 5 برابر ضخامت ورق ضخیمتراز یگدیگر فاصله داشته باشند (UW-9-d).
– جهت Openingهای منفرد که در موقعیتهای اتصال جوش پوسته به عدسی، یا در موقعیت جوشهای نوع B یا C باشند، میبایست مطابق با استاندارد به طول 3 برابر قطر Opening از مرکز سوراخ مورد نظر رادیوگرافی انجام شود.( UW-14b)
– در صورت استفاده از متریالهای فولاد زنگ نزن در ساخت مخزن، بمنظور جلوگیری از تشکیل اکسید در حین جوشکاری باید حتماً از گاز Purge استفاده شود (AWS D10.4).
– بعد از برداشتن عیوب، بایستی شیار توسط روش ذرات مغناطیسی و یا روش مایعات نافذ تست شود(UCS-56f-3).
– بمنظور تعمیر و اصلاح جوشها بر روی متریالهای P-NO.1 Group NOs.1,2,3 منطقه تعمیر باید مینیمم تا دمای C˚93 پیشگرم شود و در حین جوشکاری در این دما باشد. بمنظور تعمیر و اصلاح جوش بر روی متریالهای PN-NO-3 Group NO.1,2,3 منطقه تعمیر باید مینیمم تا دمایc˚177 پیشگرم و ماکزیمم دمای بین پاسی نیز c˚232 باشد(UCS-56f-4).

5-4 تلرانسهای ابعادی

– تلرانس ساخت نمیبایست خارج از مقادیر اعلام شده در پیوست 1 باشد.(Pressure Vessel Page160)
– حداکثر میزان حالت تخت در داخل عدسیها ( Ellipsoidal، Torispherical) در محدوده شعاع rcrown برابر %15 طول rcrown میباشد (28011ِِDIN ).
– مقدار ناترازی محورهای مرکزی(عدم هممحوری) پوسته و عدسی نمیبایست از نصفاختلاف ضخامت عدسی و پوسته بیشتر باشد(UW-13.3).

برای اطلاع از تلرانسهای ساخت به پیوست 2 مراجعه شود.

5-5 عملیات حرارتی(PWHT)

عملیات حرارتی یا تنشگیری بعد از اتمام جوشکاری مخزن، بمنظور کاهش تنشهای حاصله از جوشکاری انجام میگیرد. این عملیات قبل از انجام تست هیدروستاتیک و بعد از اتمام کلیه تعمیرات انجام میشود.(UW-40 e)
قبل از انجام عملیات حرارتی میبایست روش و سرعت سرد و گرم کردن قطعه در هنگام انجام عملیات حرارتی مطالعه و بررسی شود.
نیاز به عملیات حرارتی بعد از جوشکاری در بخشهای UCS-56, UW-2, UCS-68 ازASME SEC.IIIVآورده شده است.
– بمنظور بررسی و اطمینان از انجام صحیح تنشزدایی میتوان از تست سختی کمک گرفت.
-پس از انجام عملیات حرارتی انجام جوشکاری مجاز نمیباشد مگر در مواردیکه انجام تعمیرات اجتنابناپذیر باشد. در این صورت پس از تعمیرات، عملیات حرارتی بصورت موضعی انجام میگیرد.
برای اطلاع از درجه حرارت و زمان عملیات حرارتی(با توجه به جنس مخزن) به جدول UCS-56 مراجعه شود.

5-6-تستهای غیر مخرب(ASME SEC. V)

جهت بازرسی جوش روشهای مختلفی وجود دارد که با توجه به مزایا و محدودیت آنها قابل کاربرد در بازرسی جوش میباشند.
به غیر از روش چشمی (Visual Inspection) که معیار مشاهده عیب و محدود به عیوب قابل مشاهده به توسط حس بینایی میباشد مابقی روشها به دو دسته سطحی و حجمی دستهبندی میشوند. که عبارتند از:

5-6-1- روش آشکارسازی عیوب سطحی
عیوبی که به سطح راه دارند و یا نزدیک به سطح میباشند در این گروه جای دارند و میبایست از روشهای زیر در تشخیص عیب اقدام نمود:

الف- روش :MT
با استفاده از خصوصیت میدان مغناطیسی جهت مواد فرومگنت میتوان موقعیت عیوب سطحی و نزدیک به سطح را مشخص نمود. در این حالت اختلال در میدان مغناطیسی تشکیل یافته نشانگر وجود عیب است.

ب- روش PT(مایعات نافذ):
در این روش با استفاده از اصل مویینگی میتوان عیوبی که به سطح راه دارند را آشکار ساخت. در این روش محدودیت جنس و ماده وجود ندارد ولی عیب میبایست حتماٌ به سطح راه داشته باشد.

5-6-2- روش آشکارسازی عیوب حجمی
تستهای غیرمخرب حجمی به آن دسته از تستها اطلاق میشود که موقعیت عیوب داخل قطعه را آشکار میسازد. دو روش مرسوم که در این دستهبندی قرار دارند عبارتند از تست پرتونگاری و فراصوتی

الف- تست فراصوتی (UT)
در این روش با استفاده از امواج فراصوتی و ارسال امواج و برگشت آنها قابلیت تشخیص و موقعیت عیوب را دارد.

ب- تست پرتونگاری (RT)
در این روش با استفاده از پرتو گاما یا X و گسیل آن به سمت قطعه و ثبت عیوب بر روی فیلم پرتونگاری حضور عیب در قطعه آشکار میگردد. در فرآیند ساخت با توجه به نظر طراح و محاسبات انجام شده در طراحی از دو رویه بمنظور پرتونگاری استفاده میشود.

روش پرتونگاری کامل:
در این رویه کلیه اتصالات جوشی توسط پرتو گاما یا X تحت آزمون قرار میگیرد.

روش Spot:
در این روش با توجه به نظر طراح میزان رادیوگرافی از قطعه مشخص میگردد. در این روش مطابق پاراگراف341.3.4 از کد ASME B31.3 که به صورت چارت ذیل درآمده است بر روی جوشکاری و میزان پرتونگاری تصمیم گرفته میشود.(قانون پنالتی)
جهت اطلاع بیشتر از روشهای آزمونهای غیر مخرب و معیارهای پذیرش آنها، به استانداردASME SEC. V & VIII مراجعه شود.

5-7- تست نشتی:

این تست بمنظور حصول اطمینان از درستی اتصالات و کیفیت جوشهای انجام شده بر روی مخزن میباشد. که به دو دسته Hydrostatic &Pneumatic تقسیم میشود.
این تست پس از انجام مراحل زیر اجرا میشود (UG-99):

– تکمیل تمامی اتصالات و پس از انجام تعمیرات
– انجام کلیه تستهای مخرب و غیرمخرب
– انجام عملیات حرارتی(PWHT) و تنشگیری

نکته: توصیه میگردد عملیات سندبلاست و رنگ و عایقکاری پس از انجام و تایید تست هیدروستاتیک صورت پذیرد.

5-7-1- تست هیدروستاتیک:

برای انجام این تست میبایست مراحل ذیل فراهم شود.

– تامین فشارسنجهای مورد نیاز و کنترل نمودن مدارک کالیبراسیون آنها (UW-102)
– رنج یا محدوده مندرج در فشارسنج میبایست دو برابر ماکزیمم فشار اعمالی در تست باشد. ضمناً در هیچ شرایطی نمیبایست محدوده فشارسنجها از 5/1 برابر فشار تست کمتر و از 4 برابر فشار تست بیشتر باشد (UG-102 b).
– فراهم نمودن Vent و Drain بترتیب در بالاترین و در پایینترین نقطه مخزن جهت خارج نمودن هوا قبل از تست و تخلیه مخزن پس از اجرای تست (UG-99-4).
– تعبیه شیر اطمینان بمنظور جلوگیری از افزایش فشار غیر مجاز بر روی مخزن(میبایست شیر زمانی عمل نمایید که فشار از 33/1 برابر فشار تست تجاوز نماید. این مسئله میتواند زمانیکه مخزن در مکان روباز قرار دارد و گرمای محیط باعث بالا رفتن فشار داخل مخزن از میزان مجاز میگردد، اتفاق افتد (UG99-4).
– قبل از اعمال فشار میبایست تمامی قطعات بر روی مخزن بررسی و کنترل شوند.
– فشار ناشی از تست هیدروستاتیک حداکثر برابر با 3/1 فشار کاری ماکزیمم میباشد(UG-99-b)
– مخازن تک جداره یا چند جداره که جهت خلا یا فشار جزئی خلا طراحی شدهاند میبایست توسط تست هیدروستاتیک و در صورت عدم امکان از تست نیوماتیک استفاده نمود بطوریکه فشار اعمالی نباید از 3/1 برابر تفاوت فشار اتمسفر و مینیمم فشار طراحی داخلی کمتر باشد.
– تایید این تست منوط به عدم مشاهده نشتی و افت فشار میباشد.
– مدت زمان نگهداشتن مخزن زیر تست میبایست حداقل 30 دقیقه باشد.(Pressure Vessel Handbook page 158)
– در صورتی که دمای طراحی کمتر از دمای تست هیدروستاتیک باشد، میبایست جهت تعیین فشار تست از فرمول ذیل استفاده نمود:(Pressure Vessel Handbook)
1.3* Max. Allow. W. Press.*(Stress Value AT Test Temp. / Stress Value AT Design Temp.
5-7-2- تست هوا(Pneumatic Test):

در برخی مواقع میتوان از تست هوا بجای تست هیدروستاتیک استفاده نمود. این موارد عبارتند از(UG-100a):
– مخزن طوری طراحی شده یا ساپورت شده که نتوان آنرا توسط آب پر نمود.
– نتوان به آسانی آن را خشک و رطوبتگیری نمود.

درجه حرارت مخزن در هنگام تست باید C˚ 17 بالاتر از حداقل دمای طراحی فلز که مخزن با آن ساخته شده است باشد تا احتمال شکست ترد کاهش یابد(UG-100C).
حداکثر فشار اعمالی در این تست، 1/1 برابر فشار طراحی میباشد.

5-8- عملیات اسیدشویی و رویینسازی
این عملیات جهت شستشوی شیمیایی رسوبات، اکسیدها و چربیهای باقیمانده در تجهیز و همچنین تشکیل لایه محافظ بر روی سطح قطعه اجرا میشود (بیشتر برای جنسهای فولادی ضدزنگ، مونل و غیره بکار گرفته میشود). زمانی میبایست این پروسه انجام شود که تمام عملیات ساخت نظیر جوشکاری، سنگزدن و غیره به پایان رسیده باشد.

مراحل این فرآیند بشکل ذیل میباشد:

– چربیزدایی(Degreasing)
– اسید شویی(شامل Acid Cleaning, Pickling)
– تشکیل لایه خنثی(Passivation)

لازم به ذکر است در بین هر مرحله مخزن میبایست توسط آب با کمترین مقدار TDS شستشو شود. و در پایان، مخزن توسط هوای گرم خشک گردد.
برای اطلاع بیشتر در رابطه با عملیات اسیدشویی و رویینسازی فولاد ضد زنگ به استانداردهای ASTM A380, A967 مراجعه شود.

5-9- عملیات رنگ و سندبلاست

بعد از انجام کلیه مراحل ساخت، بازرسی، و انجام تست هیدروستاتیک، مخزن جهت سندبلاست و رنگ آماده میشود. مراحل انجام عبارتست از:
آماده سازی مناسب قطعه (سندبلاست و نظایر آن)
انتخاب سیستم رنگ متناسب با شرایط سرویس (فشار و دمای کاری) و رعایت ترتیب اجرای لایههای رنگ(Primer, Mid Coat, Top Coat)
اعمال صحیح رنگ از لحاظ ترتیب اجرا، ضخامت لایهها

در مرحله آمادهسازی و قبل از اجرای سندبلاست میبایست موارد ذیل را مدنظر قرارداد:
– کلیه سطوح ماشینکاری شده مانند سطح فلنجها، اتصالات رزوهای با پوشش یا درپوش مناسب پوشانده شود.
– کلیه مجراهای باز به داخل مخزن با درپوش مناسب پوشانده شود.
– سوراخهایی که بر روی ورقهای تقویتی تعبیه شده، میبایست بتوسط موادی نظیر گریس پر شوند.
جهت اعمال عملیات سندبلاست 4 سطح مطابق با استاندارد سوئدی جهت سندبلاست موجود است که به قرار ذیل میباشند:
Sa1, Sa2, Sa2 1/2, Sa3
– بمنظور بررسی چسبندگی مناسب رنگ میتوان از استانداردهای مربوطه از جمله ASTM D3359 (تست شطرنجی) استفاده نمود.
– بمنظور اطمینان از درستی ضخامت لایه رنگ اعمالی از ضخامت سنجی در مراحل تر و خشک استفاده میشود.

5-10- مدارک نهایی جهت تحویل تجهیز

این مدرک به نام Final Book شناخته میشود. در این سند موارد ذیل میبایست گنجانده شوند:
– قبل از آماده شدن تجهیز بمنظور حمل به مقصد، سازنده میبایست حداقل مدارک ذیل را جهت خریدار تهیه نماید:
– کلیه گزارشات اطلاعاتی در رابطه با تجهیز ساخته شده
– نقشههای ساخت تجهیز به همراه ابعاد مندرج در آن(As built)
– تهیه چارت یا نمودار فشار در حین هیدرو تست
– تهیه چارت یا نمودار عملیات حرارتی بعد از جوشکاری

5-11- آمادهسازی جهت حمل

– بعد از پایان هیدرو تست، تجهیز میبایست کاملاً خشک و تمیز و عاری از هرگونه اکسید، گریس، چربی و غیره باشد.
– Openingهایی که توسط فلنج کور بسته نشدهاند میبایست توسط پوشش محافظ و ایمن پوشیده شوند.
– Openingهایی که بصورت رزوهای میباشند، میبایست بمنظور ممانعت از خراب شدن دندههای داخلی با درپوش مناسب Plug شوند.
– برای قطعات داخلی بمنظور جلوگیری از تخریب آنها از حفاظ مناسب استفاده شود.
– سطوح پیچ و مهرهها توسط گریس یا روغن ضدآب پوشانده شود.
– قطعات کوچک باید در جعبه یا کیسه حمل شده و متناسب با شماره مخزن و شماره درخواست دارای کد شناسایی باشند.
– هنگام بلند نمودن و حمل مخزن اقدامات احتیاطی رعایت شود.

5-12- گارانتی و تضمین
سازنده تضمین مینماید که تجهیز مطابق Spec و بدور از هرگونه اشتباه در حین طراحی، ساخت و متریال میباشد. و هر گونه ایراد و عیبی که در طول سالهای نخست در حین سرویس بوجود آید بدون دریافت هرگونه وجهی تعمیر یا جایگزین مینماید.

5-13- تعهدات(UG-90,AWS CMW CH2)

آیتم
نوع تعهدات
متعهد
شماره پیگیری در استاندارد ASME SEC. VIII

پیمانکار(سازنده)
کارفرما(خریدار)
شرکت بازرسی

1
تایید نقشهها

√

Pressure vessel H.B
2
ارائه مدرک QC Plan
√

3
تهیه مدارکWPS, PQR,WQT
√

(UW-18-a)
4
جوشکاری نمونهها و مسئولیت انجام تست و ثبت نتایج(WPS ,PQR)
√

√
(UW-28-d)
5
تایید یا رد نتایج حاصله از آیتم 4

√

6
انجام کلیه تستهای غیرمخرب و تاییدیه آنها
√

√
(UW-51-2)
7
انجام بازرسی و تایید فعالیتهای انجام شده
√

√
Pressure vessel H.B
8
تهیه مدارک Shop Drawingبرای تایید کارفرما
√

Pressure vessel H.B
9
تهیه Final Book
√

Pressure vessel H.B
10
گارانتی و تضمین ساخت
√

Pressure vessel H.B

منابع و مواخذ

1- طراحی مبدل های صنعتی با ASPEN B-JAC
نویسندگان : مهندس غلامرضا باغمیشه ، مهندس معصومه مراد زاده ، مهندس رضا درستی ، مهندس سید مهدی هدایت زاده

2- طراحی مبدل های حرارتی با + ASPEN HHFS
تالیف : مهندس ابوالفضل جاوونی

3- مبادله کن های گرما
تالیف : Sadik Kakac , Hongtan Liu
ترجمه : دکتر سپهر صنایع

4- Fundamentals of Heat Exchanger Design
تالیف : Ramesh K.Shah , Dusan P.Sekulic

5- Heat Exchanger Design Handbook
تالیف : E U Schlunder

6- سایت باشگاه مهندسان ایران www.iran_eng.com

7- سایت انجمن علمی تامین مقالات رایگان www. gigapaper.com

8- سایت مرجع متخصصین ایران www.irexpert.ir

شناخت وطراحی انواع مخازن تحت فشار نفت و گاز

دانشکده مکانیک0Page 79