مخازن تحت فشار تجهیزاتی هستند که نه‌تنها در صنایع نفت و پتروشیمی، بلکه در بسیاری از صنایع اصلی نظیر نیروگاه‌ها و حمل‌ونقل کاربرد ویژه‌ای دارند. ازاین‌رو، توجه به طراحی و ساخت آن‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است. در این نوشته از وبلاگ شرکت بازرسی بین الملل پویا پرتو قصد داریم به اصول ساخت مخازن تحت فشار بپردازیم.
قبل از هر چیزی لازم است با مفاهیم اولیه مرتبط با مخازن تحت فشار آشنا شویم که عبارتند از:
مخازن تحت فشار، محفظه‌های بسته‌ای هستند که برای نگهداری یا انجام فرآیندهای شیمیایی مایعات یا گازها در فشاری متفاوت از فشار محیط طراحی می‌شوند. این مخازن معمولاً به شکل استوانه‌ای یا کروی ساخته می‌شوند و در صنایع مختلفی مانند نفت، گاز، پتروشیمی و نیروگاه‌ها کاربرد دارند. بر اساس استاندارد ASME Section VIII Division 1، هر مخزنی که اختلاف فشار داخلی و خارجی آن برابر یا بیشتر از 15 psi و کمتر از 3000 psi باشد و قطر داخلی آن بیش از ۶ اینچ باشد، به‌عنوان مخزن تحت فشار شناخته می‌شود. این استاندارد شامل مقرراتی برای طراحی، ساخت، بازرسی و تست این مخازن است.
فشار و دمای کاری به شرایطی اطلاق می‌شود که مخزن تحت آن‌ها به عملکرد عادی خود می‌پردازد. این مقادیر باید در محدوده‌ای باشند که ایمنی و کارایی مخزن تضمین شود. انتخاب مواد مناسب برای ساخت مخزن و طراحی صحیح آن، به‌طور مستقیم به فشار و دمای کاری بستگی دارد.
فشار طراحی، فشاری است که برای تعیین حداقل ضخامت مجاز برای اجزای مختلف مخزن در نظر گرفته می‌شود. معمولاً این فشار ۱۰٪ یا 30 psi (هرکدام که بزرگ‌تر باشد) بیشتر از فشار عملیاتی است. در صورت ارتفاع قابل‌توجه مخزن (بیش از ۱۰ متر)، فشار استاتیکی ناشی از وزن سیال نیز به این مقدار اضافه می‌گردد. برای مخازنی که در شرایط خلأ کار می‌کنند یا امکان خلأ برای آن‌ها محتمل است، طراحی باید با در نظر گرفتن پدیده خلأ کامل صورت پذیرد.
دمای طراحی، حداکثر یا حداقل دمایی است که مخزن تحت آن به عملکرد ایمن خود ادامه می‌دهد. این دما مستقیماً بر خواص مکانیکی مواد سازنده مخزن، مانند تنش مجاز، تأثیر می‌گذارد. به‌عنوان مثال، با افزایش دما، تنش مجاز مواد کاهش می‌یابد. استاندارد ASME Section VIII Division 1 محدودیت‌هایی را برای دمای طراحی تعیین می‌کند؛ به‌طوری‌که برای فولادهای کربنی، دمای طراحی نباید از 1000°F (537°C) و برای فولادهای کم‌آلیاژ نباید از 1200°F (649°C) تجاوز کند. انتخاب دمای طراحی مناسب، با در نظر گرفتن شرایط عملیاتی و خواص مواد، از اهمیت بالایی برخوردار است.
حداکثر فشار کاری مجاز (Maximum Allowable Working Pressure – MAWP)، بیشترین فشاری است که مخزن می‌تواند در بالاترین نقطه خود و در شرایط عادی کاری تحمل کند. این مقدار بر اساس حداقل ضخامت اجزای مخزن و خواص مکانیکی مواد تعیین می‌شود. در تعیین MAWP، ضعیف‌ترین بخش مخزن، مانند پوسته یا عدسی، مورد بررسی قرار می‌گیرد. سازندگان معمولاً MAWP را با توجه به مقاومت این اجزا محاسبه می‌کنند و اجزای کوچکتری مانند فلنج‌ها یا دریچه‌ها را در نظر نمی‌گیرند. توجه به این نکته ضروری است که MAWP باید کمتر یا مساوی فشار طراحی باشد. محاسبه دقیق MAWP برای اطمینان از ایمنی و عملکرد صحیح مخزن ضروری است.
فشار این تست ۱.۵ برابر فشار طراحی یا مساوی با MAWP در نظر گرفته می‌شود. این تست برای اطمینان از استحکام و عدم وجود نشتی در مخزن انجام می‌پذیرد. در این آزمون، مخزن با آب یا سیال دیگری پر شده و تحت فشار قرار می‌گیرد تا هرگونه ضعف ساختاری یا نشتی مشخص شود.
مقدار این کمیت بستگی به جنس ماده مورد استفاده در ساخت مخزن داشته و با خواص مکانیکی ماده تشکیل‌دهنده مخزن در ارتباط است. تنش مجاز معمولاً بر اساس استانداردهای مربوطه و با در نظر گرفتن ضرایب اطمینان تعیین می‌گردد. این مقدار باید به‌گونه‌ای باشد که مخزن در شرایط کاری مختلف، ایمنی و پایداری خود را حفظ کند.
انتخاب مواد مناسب برای ساخت مخازن تحت فشار از اهمیت بالایی برخوردار است، زیرا تأثیر مستقیم بر ضخامت، ابعاد و شرایط عملکردی مخزن دارد. مواد باید دارای خواص مکانیکی مناسب، مقاومت در برابر خوردگی و سازگاری با شرایط دما و فشار کاری باشند. به‌عنوان مثال، فولادهای کربنی به دلیل استحکام بالا و قیمت مناسب، یکی از پرکاربردترین مواد برای ساخت مخازن تحت فشار هستند؛ با این حال، در محیط‌های خورنده نیاز به پوشش‌های محافظتی دارند. فولادهای ضدزنگ به دلیل مقاومت بالای خود در برابر خوردگی، انتخاب مناسبی برای مخازنی هستند که در معرض مواد شیمیایی خورنده قرار دارند. همچنین، آلیاژهای نیکل به دلیل مقاومت بالا در برابر دما و فشار زیاد، در صنایع خاص مانند هوافضا و نفت و گاز استفاده می‌شوند.
هر ورق مورد استفاده در ساخت مخازن باید دارای گواهی‌نامه‌ای از شرکت تولیدکننده باشد که اطلاعاتی نظیر خواص مکانیکی و ترکیب شیمیایی را شامل می‌شود. هر ورق دارای یک شماره ذوب (Heat Number) است که امکان ردیابی و دسترسی به اطلاعات تولید را فراهم می‌کند. در صورت عدم وجود شماره ذوب، نمونه‌ای از ورق به آزمایشگاه ارسال می‌شود تا آزمایش‌های لازم انجام و نتایج با گواهینامه مقایسه گردد. این فرآیند تضمین می‌کند که مواد ورودی با مشخصات فنی مورد نیاز مطابقت دارند و کیفیت ساخت مخزن حفظ می‌شود. همچنین، کنترل ابعادی ورق‌ها، از جمله ضخامت، عرض و طول، برای اطمینان از تطابق با نقشه‌های طراحی ضروری است.
لوله‌ها نیز مانند ورق‌ها باید دارای مشخصات فنی مشخصی باشند که شامل شماره ذوب (Heat Number)، Schedule (ضخامت دیواره)، قطر و جنس لوله است. شماره ذوب معمولاً در ابتدا و انتهای لوله‌ها درج می‌شود. Schedule به ضخامت دیواره‌های لوله اشاره دارد و می‌تواند مقادیر مختلفی مانند SCH10، SCH20، SCH40 و غیره باشد. با استفاده از جداول مربوطه و با دانستن سایز لوله و Schedule آن، می‌توان ضخامت دیواره لوله را تعیین و با اندازه‌گیری‌های انجام‌شده مقایسه کرد. این کنترل‌ها به اطمینان از کیفیت و مطابقت لوله‌ها با استانداردهای مورد نیاز کمک می‌کنند. همچنین، بررسی وجود هرگونه عیب ظاهری مانند ترک، خراش یا زنگ‌زدگی در سطح لوله‌ها ضروری است.
مسئول کنترل کیفیت با داشتن درخواست سفارش کارخانه، اقدام به کنترل اتصالات می‌کند. هر یک از اتصالات ورودی به کارخانه دارای مشخصاتی است که روی آن‌ها حک شده است. وظیفه مسئول، بررسی تطابق کالای ورودی با دستور سفارش و تحویل آن به انباردار کارخانه است. این فرآیند شامل بررسی ابعاد، جنس، فشار کاری مجاز و سایر مشخصات فنی اتصالات می‌باشد تا اطمینان حاصل شود که تمامی قطعات مورد استفاده در ساخت مخزن با استانداردها و نیازمندی‌های طراحی مطابقت دارند. همچنین، انجام تست‌های غیرمخرب (NDT) بر روی اتصالات، به‌ویژه در مواردی که جوشکاری انجام شده است، برای اطمینان از کیفیت و عدم وجود عیوب داخلی ضروری است.
ورق‌های فولادی مورد استفاده در ساخت مخازن تحت فشار، بسته به استانداردهای تولید، در ابعاد مختلفی تولید می‌شوند. در ایران، ورق‌های استاندارد معمولاً به طول ۶ متر و عرض ۱.۵ متر تولید می‌شوند، در حالی که ورق‌های وارداتی ممکن است ابعاد متفاوتی داشته باشند. به‌عنوان مثال، ورق‌های تولیدشده در برخی کشورها به طول ۶ متر و عرض ۲ متر می‌باشند. همچنین، ضخامت ورق‌ها بسته به نوع کاربرد و استانداردهای مربوطه متغیر است. به‌طور معمول، ورق‌های تولیدشده کمی بزرگ‌تر از اندازه اسمی هستند (حدود ۱۰ الی ۱۵ میلی‌متر) تا در مراحل بعدی فرآوری، امکان برش و تنظیم دقیق ابعاد وجود داشته باشد.
پس از برش ورق‌ها به ابعاد مورد نیاز، واحد کنترل کیفیت باید مجدداً ابعاد را اندازه‌گیری کرده و با استفاده از ابزارهای دقیق مانند گونیا، از صحت زوایا و برش‌های انجام‌شده اطمینان حاصل کند. پارامترهای اندازه‌گیری شامل طول، عرض و قطرهای مورب مستطیل می‌باشد. اندازه‌گیری قطرهای مورب به‌منظور اطمینان از مستطیل بودن ورق و دقت در برش است. تفاوت بین قطرهای مورب نباید از حد مجاز تلرانس فراتر رود؛ به‌عنوان‌مثال، اختلاف تا ۳ سانتی‌متر ممکن است قابل‌قبول باشد، اما این مقدار بسته به استانداردهای مورد استفاده می‌تواند متفاوت باشد. پس از تأیید صحت اندازه‌ها، ورق‌ها به بخش نورد منتقل می‌شوند.
در بخش نورد، ورق‌ها با عبور از میان غلتک‌های دستگاه نورد، به شکل استوانه‌ای یا فرم موردنظر درمی‌آیند. این فرآیند نیازمند تنظیمات دقیق دستگاه نورد بر اساس ضخامت و جنس ورق است تا شکل‌دهی به‌درستی انجام شود و از ایجاد تنش‌های داخلی و تغییر خواص مکانیکی ورق جلوگیری گردد. در برخی موارد، برای دستیابی به شکل‌های پیچیده‌تر، ممکن است نیاز به چندین مرحله نورد باشد.
پس از رول کردن، لبه‌های ورق باید به یکدیگر جوش داده شوند. هر جوشی که روی ورق‌ها انجام می‌گیرد، باید مطابق با دستورالعمل جوشکاری (WPS) باشد که ممکن است شامل روش‌هایی مانند جوشکاری الکترود دستی (SMAW) یا جوش زیرپودری (SAW) باشد. انتخاب روش جوشکاری به ضخامت ورق، نوع ماده و الزامات طراحی بستگی دارد. پس از جوشکاری، بازرسی‌های غیرمخرب مانند رادیوگرافی (RT) یا التراسونیک (UT) برای اطمینان از کیفیت جوش و عدم وجود عیوب داخلی انجام می‌گیرد.
پس از جوش دادن ورق‌های رول‌شده، قطر آن‌ها باید توسط واحد کنترل کیفیت اندازه‌گیری شود. معمولاً چهار قطر و دو محیط خارجی شل‌ها اندازه‌گیری می‌شود. در اندازه‌گیری قطرها، معیار ما اندازه بزرگ‌تر است. در صورت وجود اختلاف بین قطرها، ممکن است نیاز به اصلاحات مکانیکی یا حرارتی باشد تا ابعاد به محدوده تلرانس مجاز برگردد.
در مرحله مونتاژ، شل‌ها (قطعات استوانه‌ای) به یکدیگر متصل می‌شوند. در نقشه ساخت، زاویه بین خط جوش‌ها مشخص شده است؛ به‌عبارت‌دیگر، هر شل دارای یک خط جوش طولی است و هنگام مونتاژ، باید این خطوط جوش مطابق با نقشه در موقعیت صحیح قرار گیرند. برای محاسبه فاصله بین دو خط جوش بر اساس زاویه داده‌شده در نقشه، محیط خارجی شل‌ها اندازه‌گیری شده، در زاویه موردنظر ضرب و سپس بر ۳۶۰ تقسیم می‌شود تا فاصله موردنظر برحسب میلی‌متر به دست آید.
پس از مونتاژ شل‌ها، جوشکاری آن‌ها مطابق با WPS انجام می‌گیرد. ابتدا از داخل با جوش الکترود دستی یک پاس ریشه زده می‌شود و سپس از بیرون شل، قسمت جوش‌شده سنگ‌زنی می‌گردد تا ریشه جوش کاملاً مشخص شود. سپس روی ریشه جوش، تست مایع نافذ (PT) انجام می‌گیرد. پس از اطمینان از سالم بودن جوش، جوشکاری از بیرون ادامه می‌یابد که می‌تواند با روش الکترود دستی یا زیرپودری باشد. پس از اتمام جوشکاری، تست‌های غیرمخرب مانند رادیوگرافی یا التراسونیک برای اطمینان از کیفیت جوش انجام می‌گیرد.
معمولاً ضخامت هد را بزرگ‌تر یا حداقل برابر با ضخامت ورق شل در نظر می‌گیرند. در مونتاژ، از گیج‌های مخصوص برای اطمینان از هم‌ترازی و عدم وجود انحراف به سمت داخل استفاده می‌شود. اختلاف ضخامت معمولاً به بیرون شل منتقل می‌شود؛ داخل شل باید کاملاً هم‌امتداد باشد تا جریان سیال بدون مانع انجام شود.
در فرآیند ساخت مخازن تحت فشار، محوربندی (آکس‌بندی) مرحله‌ای حیاتی برای اطمینان از دقت در نصب نازل‌ها و اتصالات است. این فرآیند به شرح زیر انجام می‌پذیرد:
استحکام اتصالات (UW-12)
که در آن:
شیلنگ تراز ابزاری ساده و کارآمد برای تراز کردن سطوح است که بر اساس قانون ظروف مرتبط عمل می‌کند. برای استفاده صحیح از شیلنگ تراز در تراز کردن مخزن، مراحل زیر را دنبال کنید:
نکات مهم:
نازل‌ها و مونتاژ آن‌ها:
نازل‌ها ترکیبی از فلنج و لوله هستند که برای اتصال به مخزن به کار می‌روند. در مونتاژ نازل‌ها، رعایت نکات زیر ضروری است:
انواع فلنج‌ها:
فلنج‌ها بر اساس طراحی و کاربرد به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند:
مونتاژ نازل به پوسته: هر نازل مطابق با نقشه معمولاً در یک زاویه و در یک فاصله مشخصی از خط آکس قرار دارد. در هنگام مونتاژ نازل به پوسته، ابتدا باید از تراز بودن مخزن اطمینان حاصل شود. سپس توسط یک شمشه و تراز، از تراز بودن و همچنین توسط یک ریسمان یا شاقول، خط آکس فلنج نازل را در امتداد خط آکس مخزن کنترل می‌کنیم. سپس ارتفاع از Face فلنج را از دو طرف فلنج تا پوسته اندازه‌گیری کرده و از مساوی بودن آن اطمینان حاصل می‌کنیم. سپس مطابق با WPS، آن را جوش می‌دهیم. لازم به ذکر است که projection هر نازلی با نازل دیگر می‌تواند از لحاظ موقعیت فرق داشته باشد که باید به نقشه مراجعه شود. تستی که در هنگام جوش نازل به پوسته باید انجام شود، UT می‌باشد که معمولاً تست‌های UT و RT توسط افراد متخصص انجام می‌گیرد. برخی نازل‌ها دارای pad می‌باشند و برخی بدون pad به پوسته مونتاژ می‌شوند.
مخازن تحت فشار در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، نیروگاه‌ها و حمل‌ونقل، نیازمند دقت و استانداردهای بالایی در طراحی، ساخت و آزمون‌های کیفی هستند. شرکت بازرسی بین‌الملل پویا پرتو با ارائه دانش تخصصی و رعایت مقررات بین‌المللی همچون ASME، اصول ساخت این تجهیزات را در تمامی مراحل تولید از انتخاب مواد اولیه تا تست‌های نهایی کنترل کیفی بررسی می‌کند. هدف این شرکت اطمینان از عملکرد ایمن و کارآمد مخازن تحت فشار در شرایط عملیاتی مختلف و کاهش خطرات احتمالی ناشی از نقص فنی است. اگر به دنبال شرکتی معتبر برای همکاری جهت بازرسی مخازن تحت فشار هستید، کافیست برای کسب اطلاعات بیشتر با ما تماس بگیرید.
شماره‌های تماس با ما:
04134751401
