اجزاي مخازن تحت فشار
اهداف مقاله
• معرفي اجزاي اصلي مخازن تحت فشار
• شناخت انواع عدسيها و عوامل موثر در انتخاب نوع عدسي
عدسي هاي ظروف تحت فشار
ظروف و برجهاي استوانه اي با عدسيهاي پيش ساخته ، كاربرد وسيعي در مواردي كه استفاده ازبرجهاي استوانه اي با كف صاف امكان پذير نمي باشد، پيدا كردند . اين موارد عموماً به سه دسته زير تقسيم مي شوند:
- استفاده عملياتي
- شرايط و محدوديت فشار
- محدوديت اندازه
دستگاههاي فرآيندي از جمله برجهاي تقطير، برجهاي دفع، برجهاي packed تبخير كننده ها، كريستال كننده ها و مبدلهاي حرارتي بطور عمده در يكي از اين سه دسته بندي قرار مي گيرند. اگر شرايط فشار عملياتي بالاتر از فشار اتمسفريك باشد نيز عموماً عدسيهاي پيش ساخته مورداستفاده قرار مي گيرند.
عدسيهاي مخازن تحت فشار
قرينه سازي ظرف با عدسي هاي پيش ساخته
عموماًهزينه ساخت يك مخزن ، متناسب با وزن فولاد بكار رفته در ساخت آن مي باشد و به نظرمي رسد كه براي ذخيره يك مايع، تحت فشار يكنواخت ، يك ظرف با حداقل سطح و حداقل ضخامت در حجم اقتصادي ترين حالت است . مخزن كروي داراي حداقل سطح در واحد حجم و حداقل ضخامت پوسته براي فشار و حجم داده شده است.
اگرهزينه ساخت عامل مهم نباشد ، شكل كروي اقتصادي ترين شكل عدسي مي باشد . درحاليكه بالا بودن هزينه ساخت مخزن كروي كاربرد آنرا محدودمي كند ، مخازن استوانه اي به راحتي ساخته ونصب مي گردندوحمل ونقل آنها نيزساده تر است . اين مخازن استفاده وسيعي درصنايع فرآيندي دارند. براي يك مخزن استوانه اي ساده باعدسيهاي پيش ساخته نسبت مطلوب ارتفاع به قطر تابعي ازهزينه درواحدسطح عدسيهامي باشد . براي مخازن پيچيده مثل برجهاي تقطير ومبدلهاي حرارتي جهت تعيين مطلوب اين نسبت قطعات اضافي مانند سيني و باندل هم بايددرنظرگرفته شوند. قرينه سازي براي يك مخزن ساده يابراساس هزينه در هرپوندمواد، يا هزينه در واحدسطح انجام مي گيرد. مخازن استوانه اي باعدسيهاي پيش ساخته براي فشارهاي مختلف كاري تنوع ضخامت دارندوهزينه در واحدسطح هركدام متفاوت است . هزينه زمين و فونداسيون عموماًبراي اينگونه مخازن اهميت كمتري دارد . بنابراين به صرفه است كه هزينه ساخت پوسته وعدسي رانسبت به واحدوزن بجاي واحدسطح بكارببريم.
انواع عدسي ها
براي جوشكاري عدسي به بدنه انواع مختلف شكل لبه هاي ماشين كاري شده مورد استفاده قرارمي گيرد. در زير به برخي از انواع مختلف شكل عدسيها اشاره مي شود.
- عدسي هاي فلنجي (flanged only heads)
- عدسي هاي بشقابي (flanged STD.dished & flanged shallow dished)
- عدسي هاي بشقابي مطابق با كد ASME
- عدسي هاي بيضوي مطابق با ASME ، API
- عدسي هاي نيم كروي (hemispherial heads)
- عدسي هاي مخروطي ونيم مخروطي (conical & toriconical heads)
انواع مختلف شكل عدسيها
عدسي هاي فلنجي
اين عدسي نوعي عدسي تخت است كه تغيير تدريجي در لبه ها باعث كاهش در تنش موضعي آن شده است . ساخت اين عدسي بسيار اقتصادي است و در واقع ارزانترين نوع عدسيها نوع فلنجي آن است. اين نوع عدسي بطور وسيعي براي سرپوش مخازن ذخيره در فشار اتمسفريك و براي مايعاتي كه فشار بخار كمي دارند ( مانند نفت، بنزين،…) بكار مي رود.
عدسي هاي بشقابي
اگر شعاع عدسي بزرگتر از قطر خارجي اش باشد اين نوع عدسي بشقابي ناميده مي شود. اين نوع عدسي مطابق با كد ساخته نمي شود و از ورق بصورت بشقابي در آورده مي شود. استفاده عمده آنها در ساخت مخازن ذخيره مي باشد. در اين نوع عدسي دو شعاع وجود دارد.
Knuckle: شعاع گوشه اي ، كه براي كم كردن تنشهاي موضعي در اتصال عدسي به پوسته در نظر گرفته مي شود.
Crown: شعاع اصلي يا شعاع پروفيل عدسي
نمايش شعاع Knuckle و Crown
عدسي هاي بشقابي مطابق با كد ASME
با كم كردن تنشهاي موضعي در گوشه ها ، مي توان ميزان تحمل فشار را براي عدسي هاي بشقابي افزايش داد . اين كار با شكل دادن عدسي بطريقي كه شعاع گوشه حداقل دو برابر ضخامت عدسي باشد امكان پذير است . اين نوع عدسي ها براي مخازن تحت فشار در محدوده ۱۵ الی ۲۰۰ پوند بر اينچ مربع استفاده مي شوند. در فشارهاي بالاتر از۲۰۰ پوند عدسي هاي نوع بيضوي از نقطه نظر اقتصادي كاربرد بهتري دارند.
عدسي هاي بيضوي مطابق با ASME ، API
اين نوع عدسي نسبت به نوع بشقابي براي ساخت مخازن با فشار ۲۰۰ پوند ترجيح داده مي شوند. اين عدسيها توسط پرس و در قالبهايي با شكل بيضوي فرم داده مي شوند . در صورتي كه نسبت قطر بزرگ به كوچك ۲:۱ باشد مقاومت عدسي تقريباً برابر با مقاومت استوانه بدون درز با قطر مشابه است . به همين دليل اغلب سازندگان اين نسبت قطري را رعايت مي كنند . عمق بيضي نصف قطر كوچك وبرابر۱/۴ قطر داخلي عدسي است.
عدسي هاي نيم كروي
براي يك ضخامت يكسان اين نوع عدسي در بين عدسيهاي فرم دار قويترين نوع است . اين عدسيها مي توانند در برابر فشاري تا ۲ برابر فشاري كه يك عدسي بيضوي با همان ضخامت ميتواند تحمل كند مقاومت كنند . هزينه فرم دهي اين نوع عدسي از انواع ديگر بيشتر است . انواع كوچك به روش spining و انواع بزرگتر به روش forging ساخته مي شوند . اندازه هاي بزرگ اين نوع عدسي با تكه تكه ساختن و جوش دادن در محل نصب ساخته مي شوند . عدسي هاي كروي بطور وسيعي براي ساخت مخازن تحت فشار سنگين بكار مي روند.
عدسي هاي مخروطي ونيم مخروطي
عدسيهاي مخروطي بطور وسيعي در تجهيزات فرآيندي مثل Evaporators، Spray driers و…بكار مي روند . خاصيت ويژه اين نوع عدسي در انباشت و تخليه مواد جامد است . كاربرد رايج ديگر سرهاي مخروطي مسير ساختن تغيير قطر آرام بين دو بخش با قطرهاي متفاوت در مخازن فرآيندي است . روش ساخت اين نوع عدسي رول كردن ورق مطابق با زاويه مخروط است. اين عدسي ها به دليل اينكه از ورق صاف تهيه شده و تنش ها ي ايجاد شده در گوشه ها يكنواختند استفاده زيادي در ساخت مخازن تحت فشار دارند.
انواع ديگر
سه نوع ديگرعدسي مطابق با آنچه در شكل ديده ميشود ساخته ميشوند.
- نوع (a) اكثراً در سرپوش پائيني برجها استفاده مي شوند.
- نوع (b) بعنوان قطعه مياني عدسيهاي كروي استفاده مي شود وگاهي نيز براي مخازني كه استفاده از فلنج درآنها عملي نيست كاربرد دارد.
- نوع (c) بعنوان سرپوش مخازن اتمسفري بكار گرفته مي شود و در اندازه هاي ۱۸ الی ۱۳۲ اينچ ساخته مي شود.
انواع ديگر عدسي
مراحل ساخت يك عدسي
ساير اجزاي مخزن تحت فشار
تكيه گاهها
طراحي يك مخزن تحت فشار بدون طراحي و انتخاب تكيه گاه مناسب و نيز آزمايش اثر تكيه گاه كامل نمي شود . مخازن با توجه به الزامات فرآيندي ممكن است بصورت عمودي يا افقي قرارگيرند. براي مخازن عمودي تكيه گاههاي زير رايج هستند:
- Skirt support
- Bracket or lug support
- Leg support
- Ring support
براي مخازن افقي تكيه گاههاي رايج عبارتند از:
- Saddle support
- Leg support
- Ring support
انتخاب نوع خاصي از تكيه گاهها درمخازن افقي وعمودي بستگي به اندازه ، شكل و وزن مخزن،دما و فشار طراحي، موقعيت اتصالات مختلف به مخزن و آرايش ساختمان داخلي وخارجي مخزن دارد. هنگام انتخاب تكيه گاهها بايد توجه شود كه تكيه گاهها بتوانند در برابر نيروها مقاومت كنند بدون اينكه باعث تغيير شكل ديواره مخزن شوند و يا تنش هاي موضعي را بيش از حد افزايش داده و باعث عدم ثبات مخزن شوند.
طراحي تكيه گاهها بايد مطابق با كدي باشد كه مخزن طبق آن طراحي مي شود. تكيه گاهها بايد اجازه حركت مخزن در اثر تغييرات دمايي را بدهند و طوري طراحي شوند كه از انباشت آب درزير مخزن جلوگيري شود. مخزن و تكيه گاه بايد بر فونداسيون محكم نصب شوند.
تكيه گاه skirt
يكي از رايج ترين روشهاي نگهداري مخازن عمودي توسط يك پوسته رول شده به شكل استوانه يا مخروط ناقص است كه skirt ناميده مي شود.
تكيه گاه lug
اين نوع تكيه گاه يكي از كم خرج ترين راههاي نگهداري يك مخزن عمودي است كه با حداقل مقدار جوش به مخزن متصل مي شود.
تكيه گاه saddle
يكي از روشهاي رايج نگهداري مخازن افقي با ابزاري زيني شكل بنام saddle است . بيشتر مخازن استوانه اي بزرگ توسط دو تكيه گاه نگهداري مي شوند كه زاويه تماس در آنها ترجيحاً ۱۲۰تا۱۵۰ درجه است.
درشکل انواع تكيه گاههاي رايج براي مخازن تحت فشار نشان داده شده است.
انواع مختلف تكيه گاههاي مخازن
رينگ هاي تقويتي
رينگ هاي تقويتي از پروفيل هاي استاندارد ساختماني يا از ورق كه بصورت يك رينگ در مي آيدساخته مي شود. اين اجزا براي جلوگيري از كمانش مخزن تحت فشار اضافه مي شوند. اتصال آنها مي تواند هم در داخل پوسته استوانه اي و هم در خارج ان باشد ولي اتصال خارجي اين رينگ ها معمول تر است. همچنين اين رينگ ها مي توانند به عنوان تقويت براي تكيه گاههاي مخازن افقي نيز استفاده قرار گيرند.
رينگ تقويتي
دريچه ها (Openings)
در مخازن تحت فشار، بسته به نيازي كه فرآيند مشخص مي كند، يكسري اتصالات بايد به مخزن وصل شود. عمده اين اتصالات لوله هاي استانداردي هستند كه اغلب براي ورود و خروج ماده، مورد استفاده قرار مي گيرند براي جايگذاري اين اتصالات ، نياز به سوراخ كردن پوسته مخزن است. به دليل وجود اين سوراخها در مخزن و وجود جوش در اين نقاط، احتمال گسيختگي آنها ازساير قسمتها بيشتر است. به همين خاطر در پاره اي اوقات نياز به تقويت اين اتصالات است كه معمولاً اين امر با يك ورق دايروي تو خالي كه قطر داخلي آن قطر خارجي لوله است صورت مي گيرد. دريچه ها مي توانند در قسمتهاي سيلندري يا مخروطي مخازن قرار گيرند و به شكلهاي دايروي، بيضوي يا obround وجود دارند. دريچه دريچه اي مستطيلي است كه دو انتهاي آن دايروي است.
فلنج ها (flanges)
فلنج ها در اتصالات مخازن بكا ر رفته و امكان جدا كردن قطعات از يكديگر به منظور تعمير ،تعويض و تغييرات در سيستم را مي دهند . همچنين فلنج ها باعث تسهيل در عمليات مونتاژمجموعه مي گردند.
انواع فلنج ها
- فلنج هاي (integral or welding neck)
- فلنج هاي (loose type or slip-on )
- فلنج هاي معكوس (reverse flanges)
- فلنج هاي رينگي(ring flanges)
- فلنج هاي كور(blind flanges)
چند نمونه از انواع فلنجها
دستگاههاي حفاظتي (در مخازن تحت فشار)
تمام مخازن تحت فشار بايد مجهز به ابزارهاي فشار شكن باشند كه اجازه بالارفتن فشار بيشتر از۱۰۰ درصد فشار طراحي را ندهد . در مورد مخازن حرارتي، دستگاههاي فشار شكن نبايد اجازه بالا رفتن فشار بيشتر از۱۲۱ درصد فشار طراحي را بدهند.
انواع رايج دستگاههاي فشار شكن در زير آمده اند:
شير ايمني (Safety Valve)
شير ايمني هنگامي كه فشار از فشار تعيين شده بالاتر رود سيال را به جو تخليه مي كند و بعد ازرسيدن به شرايط نرمال بسته مي شود . اين شير براي سيال هاي تراكم پذير كه نياز به پائين آوردن سريع فشار اضافي دارند، بكار مي رود.
شير ايمني
شير فشار شكن (Relief Valve)
اين شير سيال را بصورت اتوماتيك به داخل جو تخليه مي كند با اين تفاوت كه براي مايعات بكارمي رود.
صفحات انفجار (Bursting Discs)
در جايي بكار مي روند كه افزايش فشار خيلي سريع است.
Fusible Plugs
از فلزات با نقطه ذوب پائين ساخته مي شود و ممكن است در شيرهاي ايمني ، فشار شكن يا صفحات انفجاري نيز بكار رود. كاربرد Fusible Plug اين است كه اگر مخزن در معرض آتش قرار گيرد و افزايش فشار ناگهاني پيدا كند، عمل كند.