مقالات
در حال خواندن
استاندارد های طراحی مخازن تحت فشار
0

استاندارد های طراحی مخازن تحت فشار

توسط میلاد سکاکی۱۴ دی, ۱۳۹۵

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.طبق استانداردASMEVIII روش های ساخت مخازن تحت فشار بهدو دسته زیر طبقه بندی می شوند،که به توضیح مختصری از برخی از آن ها می پردازیم.

  • روش جوشکاری
  • فورجینگ

روش جوشکاری

در ساخت مخازن تحت فشار به روش جوشکاری از روش های متعددی متناسب بامتریال فلز پایه ، نوع کاربری ، میزان حساسیت در ساخت مخزنوتجهیزات کارگاه میتوان استفاده کردکه از آن جمله می توان به روش جوشکاری الکترود دستی، جوشکاریمیگ،جوشکاری زیر پودری و جوشکاری تیگ اشاره کرد.در این روش پس از رولکردن بدنه ی مخزن و ساختن کلاهک آن،آن ها را به هم جوش می دهند.

روش فورجینگ

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

مواد مورد استفاده براي ساخت مخازن

در تئوری هر ماده ای با تحمل تنش کششی بالا وخاصیت های کششی مناسب میتوانددر ساخت مخازن به کار گرفته شود اما استاندارد های ساخت ASME BPVC Section Iiلیستی 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 رولدر آمده و به عدسی ها و به همدیگر جوش داده میشوند. اما این جوش ممکن است بربسیاری از خواص آ هن رول شده تاثیر منفی بگذارد مگر این که توجه هایی قبل ازجوش کاری صورت بگیرد.
علاوه بر استحکام مکانیکی مناسب ،استاندارد های حال حاضر دنیا ، شرکت ها راموظف می کند تا از آهنی با مقاومت بالایی در مقابل ضربه استفاده شود و همچنین برایمحیط ها و سیالاتی که موجب خوردگی کربن استیل می شوند لازم است که از موادیبا قابلیت مقاومت در برابر خوردگی استفاده کرد.
برخی از منابع تحت فشار از کمپوزیت ها ساخته شده اند مانند فیبر های کربن با توجهبه استحکام بالای فیبر کربن در برابر کشش، این نوع از مخازن تحت فشار میتوانند بسیارسبک 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 محافظتبشوند، علاوه بر این ، این پوشش خودش می تواند میزان زیادی از فشار را تحمل کند ویک پشتیبان خوب برای لایه ی اصلی می باشد.

تعاریف اوليه در ساخت مخازن تحت فشار

  • فشار و دماي كاري : فشار و دمایی است که مخزن،تحتآن به عملکرد عادی خود می پردازد.
  • فشار طراحی: فشاری است که جهت تعیین حداقل ضخامت مجاز برای اجزاء مختلف مخازن تحت فشار در نظر گرفته می شود ومعمولا % ۱۰و یا ۳۰ psi (هر کدام که بزرگتر باشد) بیشتر از فشار عملیاتی آن می باشد.چنانچه مخازن دارای ارتفاع قابل توجهی باشد ( بیشتر از ۱۰متر ) باشد لازم است که فشار استاتیکی ناشی از وزن سیال نیز به رقم مزبور اضافه گردد .درمورد مخازنی که بطور معمول در شرایط خلاء کار می کنند و یا این که امکانخلاء برای آنها محتمل است بایاد طراحی با در نظر گرفتن پدیده خلاء کاملصورت پذیرد.
  • درجه حرارت طراحی : این پارامتر نقش مهمی درطراحی یک مخزن تحت فشار ایفا میکند چرا که مستقیما بامقدار تنش مجاز
    فلز بکار رفته در ساخت مخازن ارتباط دارد . به عنوان یک پیشنهاد می توان برایمخازنی که فعالیت آنها در محدوده F از۶۵۰ تا -۲۰ قرار دارد بر اساس RATING فلنجهای بکار رفته در آنها اقدام به تعیین درجه حرارت طراحی نمودچرا که حداکثر تنش مجاز برای فولادهای کربنی و کم آلیااژ در محدوده فوقعمدتا ثابت است . برای مخزن با فولاد کربنی که شرایط دمایی بهره برداری از
    آنها نزدیک به محیط اطراف می باشد تعیین حداقل درجه حرارت شکست تردهمواره وجود خواهد داشت . یادآوری میشود که آیین نامه در هیج حالتی اجازهاستفاده از درجه حرارت بالاتر از۱۰۰۰= Fبرای فولادهای کربنی و ۱۲۰۰ = Fبرای فولادهای کم آلیاژ را نمی دهد .
  • حداکثر فشارکاری كاري مجاز: فشاری است که تحت آنفشار ، ضعیف ترین عضو مجموعه به نقطه نهائی تنش تسلیم خود میرسد.معمولا سازندگان مخازن تحت فشار مقدار M.A.W.P را با توجه بهپوسته مخازن تخمین می زنند و اجزاء کوچک مثل فلنج یا دریچه هارا مبنایمحاسبه قرار نمی دهند.

عبااارت (MAWP (new & coldیکی از رایج ترین اصطلاحات در اینزمینه بوده و اشاره به شرایط زیر دارد :

  1. ( بدون خوردگی )  New
  2. ( فاقد شرایط دمای طراحی – در دمای اتاق ) Cold

بنابراین با توجه به تعریف اصلی MAWPخواهیم داشت :               MAWP( New&Cold) >MAWP

  • فشار تست هيدرواستاتیک : فشار این تست ۱/۵برابرفشار طراحی و یا مساوی با MAWPدر نظر گرفته می شود.
  • ماكزیمم تنش مجاز: مقدار این کمیت بستگی به جنسماده بکار رفته در ساخت مخازن داشته و مستقیما با خواص مکانیکی ماده تشکیلدهنده مخزن در ارتباط است.
  • استحکام اتصالات: مقداراین پارامتر(E)بستگی به نحوهاتصالات و درصد رادیوگرافی آنهادارد . در مورد مخزنی که قرار است بطورکامل رادیاوگرافی شود ، لازم است تا کلیه خطوط Aو Dبصورت صددر صدو خطوط Cو B( به شرط اینکه از لوله ۱۰inو یاضخامت (in1(1/8فراتر رفتهباشد ) رادیوگرافی شوند . اما اگر قرار باشد که مخزنی بصورت موضعیرادیوگرافی شود ، آنگاه محل های اتصال خطوط Bو Cبا خطوط دسته A( شامل نازل های باقطربیش از از ۱۰ inو ضخامت ۱in) و محل تماسمقاطع بدون درز مخزن یا عدسی ها وقتی که طراحای جوشاهای Aو Dبر مبنای استحکام۱.۰۰یا۰.۹صورت می پذیرد، باید بطور موضع رادیاوگرافیشوند.

رادیوگرافی

تست رادیوگرافی (Radiography Test) یکی از روش های مهم تست های غیر مخرب است که برای شناسایی عیوب داخلی اعم از فلزی و غیر فلزی به کار می رود. در تست رادیوگرافی از پرتو های با قابلیت نفوذ بالا برای نفوذ به داخل محیط مادی مورد آزمایش و مقدار جذب متفاوت این پرتوها در حین عبور از محیط های مختلف استفاده می شود. بخشی از پرتو که در حین عبور از محیط مادی جذب می شود به ضخامت، چگالی و عدد اتمی ماده و هم چنین طول موج پرتو یا انرژی فوتون های عبوری بستگی دارد. با افزایش ضخامت و چگالی محیط مادی، جذب پرتو بیشتر می شود. بنابراین در صورت وجود عیب یا ناهمگنی و تغییر ضخامت در قطعه میزان پرتو جذب شده در نقاط مختلف متفاوت خواهد بود. از این رو برای تشخیص و شناسایی عیب در قطعه باید به نحوی این غیر یکنواختی حاصل از مقدار پرتو جذب شده پس از عبور از درون قطعه را آشکار ساخت. این آشکار سازی می تواند با استفاده از روش های مختلفی انجام گیرد. در تست های غیر مخرب در رادیوگرافی آشکار سازی عیب یا ناهمگنی بیشتر با عبور دادن پرتوهای ایکس یا گاما از درون قطعه و بررسی اثر حاصل از آن بر روی فیلم انجام می گیرد. این فیلم رادیو گرافی را به طور اختصار رادیو گراف می نامند.

چناچه مخزنی فاقد هرگونه رادیوگرافی طراحی شده باشدآنگاه بایدحائز یکی از شرایط زیر باشد :

الف – تنها فشار خارجی وجود داشته باشد .
ب   – طراحی اتصالات بدون در نظر گرفتن تست رادیوگرافی صورتپذیرفته باشد.
در اینجالازم است تاباانواع بارگذاری های ممکن بر روی یک مخزنتحت فشار آشنا شده و از این راه اهداف طراحی و چگونگی آن جهت نیل بهمقاصد اصلی را شناسائی کنیم . خلاصه ای از انواع بارگذاری هایی که میتواند برمخزن تحت فشار اعمال شود در زیر مشاهده میگردد:

  • فشار داخلی ( یا خارجی )
  • وزن مخزن
  • بارهای استاتیکی ناشای از لوله های اتصال ، تجهیزاتمتصل به مخزن ، ادوات داخلی و …
  • بارهای دینامیکی مربوط به تغییرات فشار یا دمای مخزن
  • نیروهای ناشی از اثرات باد و زمین لرزه
  • بارهای ضربه ای ناشی از پدیده ضربه قوچ
  • تنش ناشی از گرادیان دمائی وابسته به زمان (اثر خزش)

معمولا در فرآیند طراحی یک مخزن تحت فشار ، چنانچه مخازندرشرایط خاصی قرار نداشته باشد میتوان برای راحتی کار ، اثرات بارهایاستاتیکی ، دینامیکی، ضربه ای همچنین پدیده خزش را نادیده گرفته وبدینترتیب فقط تنش ناشی از فشار داخلی ( یاخارجی)و نیز وزن مخزن به همراهاثرات باد و زمین لارزه در طراحی یک مخزن تحت فشار نقش اساسی ایفا میکنند.

واکنش شما چیست؟
I like it
100%
interested
0%
Hate it
0%
What
0%
درباره نویسنده
میلاد سکاکی
دانشجوی مهندسی مکانیک

پاسخ بدهید