مقالات
در حال خواندن
مخازن تحت فشار
0

مخازن تحت فشار

توسط میلاد سکاکی۱۲ دی, ۱۳۹۵

مخازن تحت فشار مخازن فلزی معمولاً استوانه‌ای یا کروی برای نگه داری و یا انجام فرایند های شیمیایی مایعات و یا گازها می‌باشند که توانایی مقاومت در برابر بارگذاری‌های مختلف (فشار داخلی، و یا فشار خارجی و خلا در داخل) را دارا می‌باشند. استاندارد اصلی برای طراحی این مخازن ASME Section VIII می‌باشد که توسط انجمن مهندسان مکانیک آمریکا تدوین شده و هر چهار سال یکبار مورد بازنگری قرار می‌گیرد. کاربرد عمده این مخازن در صنایع نفت و گاز می‌باشد.

نمونه ای از مخزن تحت فشار کروی

مخازن تحت فشار از دیدگاه های مختلف به شکل زیر تقسیم بندی می شوند:

  • چیدمان: افقی یا عمودی
  • نوع سیال نگهداری شونده: گاز یا مایع
  • هندسه مخزن: کروی، استوانه ای و یا مخروطی
  • ضخامت جداره: جداره نازک یا جداره ضخیم

این مخازن در صنعت به عنوان نگه دارنده هوای فشرده، منبع ذخیره آب، بویلر ها، ذخیره انواع گاز ها، اتاقک تحت فشار، برج های تقطیر، مخازن راکتور هسته ای، مخازن هوای فضاپیما ها، مخازن هوای زیردریایی، پنوماتیک مخزن، مخزن هیدرولیک تحت فشار، مخازن ذخیره سازی برای گازهای مایع مانند آمونیاک، کلر، پروپان، بوتان و. LPG و… مورد استفاده قرار می گیرند.

یکی از کاربرد مخازن تحت فشار مخازن CNG در خودروها است

در مصارف غیر صنعتی به عنوان تانک های ذخیره آبگرم خانگی، کپسول های اکسیژن و .. استفاده می شوند.بیشترین کاربرد مخازن تحت فشار در صنعت نفت، گاز و پتروشیمی می باشد

مخازن تحت فشار ممکن است از لحاظ تئوری در هر شکلی وجود داشته باشند، اما در کل مخازن کروی، استوانه ای و مخروطی بیشترین استفاده را دارند.

مخازن تحت فشار استوانه ای

مخازن تحت فشار استوانه ای یکی از انواع مخازن تحت فشار می باشند که در دو صورت عمودی و افقی به بازار عرضه می گردند.می توان گفت پرکاربرد ترین نوع از انواع مخازنِ تحت فشار هایِ زیر ۱۰ bar می باشند و برای نگه داری مایعات، گاز ها و در ساخت فیلتر های شنی، سختی گیر، بویلر ها، دی اریتور ها و … کاربرد دارد.

نمونه ای از مخزن استونه ای تحت فشار

اجزای مخزن استوانه ای

پوسته (Shell)
عدسی یا کلاهک (Head)
پایه (Leg)
دریچه بازدید (MANHOLE)
بازوی لنگری شکل (DAVIT ARM)
لوله های ورودی و خروجی (INLET & OUTLET)
خروجی هوا (Vent)
لوله تخلیه (DRAIN)
سر ریز (OVER FLOW)
قلاب مخصوص حمل و نقل (LIFTING LUG)

پوسته (Shell)

یکی از مهمترین اجزا مخزن،shell  یا همان پوسته مخزن است که بسته به نوع ماده موجود در مخزن، و همچنین فضای موجود جهت نگهداری و حجم مورد نیاز و همچنین شرایط منطقه، در اشکال مختلف (مکعب مستطیل ، استوانه ای) و باجنس های مختلف طراحی می شود. عمدتاً جنس مورد استفاده توسط طراح در طراحی  Shell  و به طور کلی در  کلیهplate  های مورد استفاده در طراحی عمدتاً از جنس کربن استیل هستند اما از فیبر کربن، آلومینیوم، استینلس استیل، گالوانیزه، پلاستیک، پلی اتیلن و … نیز در ساخت پوسته استفاده می شود.

برای انتخاب جنس اجزا مخزن از استاندارد ASTM (American Society of testing &material)  استفاده می شود.فشار وارده به پوسته از دو نوع  داخلی یا خارجی است. برای تحمل فشار  داخلی یا خارجی باید ضخامت مناسب و همچنین فشار نهایی توسط طراح محاسبه شود.برای محاسبه موارد بالا از روابط موجود در کتاب (Pressure vessel handbook)  استفاده می شود .

عدسی یا کلاهک (Head)

یکی دیگر از اجزای اصلی مخزن Head است. این بخش در دو طرف پوسته قرار می گیرد. جنس مورد استفاده در طراحیHead مشابه جنس مورد استفاده در طراحی پوسته است. برای تحمل فشار های متفاوت،Head های متفاوت با اشکال مختلف وجود دارد که نمونه هایی از آنها عبارتند از:

کلاهک های مخزن تحت فشار استوانه ای(عدسی)

تعیین تنش در دیواره مخزن

تنش نرمال وارده به دیواره ی مخزن با فشار و قطر مخزن رابطه مستقیم دارد. بدین معنا که هرچه فشار و قطر افزایش یابد، تنش نرمال وارده به دیوار نیز بیشتر می گردد بنابراین برای ایجاد شرایط بهینه ی ضخامت مخازن، فشار و قطر آن طراحی می شوند.

در مخازن تحت فشار داریم:

r: شعاع استوانه                                t: ضخامت پوسته استوانه                                      P: فشار داخلی مخزن

المانی از سطح مخزن انتخاب میکنیم که در آن تنش ها به صورت زیر باشد:

المانی از سطح مخزن تحت فشار

چون در این المان تنش برشی وجود ندارد پس تنش ها تنش های اصلی هستند سپس با توجه به شکل زیر:

 

نکته:  t.2πr مساخت جداره مخزن تحت فشار مورد نظر هست که سیگما به آن اثر میکند.(مساحت یک مستطیل)

 

سپس جداره ای بصورت شکل زیر از مخزن را در نظر میگیریم:

نکته:۲r.dxتصویر جداره نسبت به افق بوده که بصورت یک مستطیل است.

همانطور که مشاهده میشود تنش در  راستای حالت اول نصف تنش در حالت دوم است پس اگر مخزن تحت فشار بخواد دچار انفجار شود بصورت روبه رو دچار پارگی خواهد شد:


نکته قابل توجه این است که در مخازن تحت فشار یکپارچه این تنش ها برقرار است و در مخازنی که عدسی های آن توسط جوشکاری به مخزن اتصال داده شده اند مقادیر تنش و پارگی متفاوت است.

واکنش شما چیست؟
I like it
86%
interested
14%
Hate it
0%
What
0%
درباره نویسنده
میلاد سکاکی

دانشجوی مهندسی مکانیک

پاسخ بدهید