العوامل الرئيسية ولوائح السلامة لتصميم أوعية الضغط وتصميم خزان التخزين

1. مقدمة
دبابات وعاء الضغط هي أجهزة قادرة على تحمل ضغط معين وتستخدم لتخزين الغازات أو السوائل. يتم استخدامها على نطاق واسع في الصناعات مثل البتروكيماويات ، والغاز الطبيعي ، وتوليد الطاقة ، والمعادن ، والمستحضرات الصيدلانية ، والغذاء. غالبًا ما يخزنون الضغط العالي أو ارتفاع درجة الحرارة أو قابلة للاشتعال أو متفجرة أو سامة. لذلك ، تحدد عقلانية تصميمها مباشرة عمر السلامة والخدمة للمعدات.

يمكن أن يؤدي تجاهل العوامل الرئيسية خلال مرحلة التصميم أو عدم الالتزام بأنظمة السلامة ذات الصلة إلى حوادث خطيرة مثل التسريبات والانفجارات أثناء التشغيل ، مما يؤدي إلى ضحايا كبيرة وخسائر اقتصادية. لذلك ، فإن التصميم العلمي والالتزام الصارم بمعايير السلامة هو متطلبات مسبقة لضمان تشغيل خزانات التخزين الموثوقة.

2. عوامل التصميم الرئيسية
ضغط العمل ودرجة الحرارة

ضغط التصميم: يجب أن يعتمد التصميم على الحد الأقصى لضغط التشغيل الذي يمكن أن يتحمله الخزان ، بهامش أمان كافٍ.

درجة حرارة التصميم: ليس فقط يجب مراعاة درجة حرارة التشغيل العادية ، ولكن أيضًا تقلبات درجة الحرارة أثناء بدء التشغيل والإغلاق والظروف الجوية القاسية.

مثال: يجب أن تعمل خزانات تخزين الغاز الطبيعي المسال (LNG) في درجات حرارة منخفضة للغاية (حوالي -162 درجة مئوية). لذلك ، يجب استخدام الصلب المبرد أو المواد المركبة لمنع الحوادث الناجمة عن كسر هش. الخصائص المتوسطة التخزين
القابلية للاشتعال والانفجار: تتطلب خزانات تخزين الغاز للبروبان والبوتان أجهزة مقاومة للانفجار وتصميمات ختم صارمة.
التآكل: السوائل المسببة للتآكل مثل حمض الكبريتيك وحمض الهيدروكلوريك تضع متطلبات عالية للغاية على مواد الخزانات ، وغالبًا ما تستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ أو الطلاء المقاوم للتآكل.
السمية: عند تخزين الغازات مثل الأمونيا والكلور ، بالإضافة إلى اختيار المواد ، هناك حاجة إلى قذائف إضافية ذات جدران مزدوجة أو أنظمة رذاذ الطوارئ كتدابير للسلامة.
اختيار المواد
الصلب الكربوني: منخفضة التكلفة ، مناسبة لدرجة الحرارة الطبيعية والضغط أو خزانات تخزين الضغط المنخفض ، ولكن لديها مقاومة تآكل سيئة.
الفولاذ المقاوم للصدأ: يوفر تآكلًا ممتازًا ومقاومة لدرجة الحرارة ، ومناسبة للصناعات مثل الأغذية والمستحضرات الصيدلانية والمواد الكيميائية ، ولكنها أكثر تكلفة.
سبيكة فولاذ: تستخدم في بيئات درجات الحرارة العالية والضغط العالي ، مثل خزانات تخزين غلاية محطة الطاقة.
المواد المركبة: في السنوات الأخيرة ، تم استخدامها بشكل متزايد في التطبيقات التي تتطلب مواد خفيفة الوزن ومقاومة للتآكل.
التصميم الهيكلي
تشمل الهياكل المشتركة الرأسية والأفقية والكروية والأسطوانية. يمكن للدبابات الكروية تحمل الضغط الداخلي الموحد نسبيًا وتستخدم بشكل شائع لتخزين الغازات المسال. تصميم السماكة: استنادًا إلى صيغ حساب سماكة الجدار (مثل تلك التي توفرها ASME و GB150) ، تأكد من أن سمك الجدار يمكن أن يقاوم الضغط مع تجنب نفايات المواد.
عملية اللحام: اللحام هو أضعف رابط ، يتطلب مراقبة جودة صارمة واختبار غير مدمر.
التصنيع والمعالجة
مراقبة جودة اللحام: يتم استخدام الاختبار الشعاعي (RT) ، واختبار الموجات فوق الصوتية (UT) ، واختبار الاختراق (PT) ، واختبار الجسيمات المغناطيسية (MT) لضمان جودة اللحام.
المعالجة الحرارية: تتطلب ألواح الصلب السميكة معالجة حرارية شاملة بعد اللحام لتخفيف الإجهاد ومنع كسر هش.
عمليات تشكيل: بالنسبة لعمليات مثل اللف البارد والضغط الساخن ، تأكد من أن لوحة الصلب لا تنتج تشققات أو إجهاد المتبقي المفرط بعد التشكيل.

3. لوائح السلامة والمعايير
المعايير الدولية
رمز ASME Boiler & Pressure Agtel (الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين): رمز تصميم أوعية الضغط على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم ، والذي يغطي عملية التصميم والتصنيع والتفتيش بأكملها. API 650/620 (معهد البترول الأمريكي): يستخدم في المقام الأول لتصميم وبناء خزانات التخزين ذات السعة الكبيرة. ينطبق API 650 على خزانات الضغط الجوي ، بينما ينطبق API 620 على خزانات المبردة والضغط المنخفض.

المعايير الصينية
GB 150 "أوعية الضغط": معيار تصميم وعاء الضغط الأساسي في الصين.
GB/T 151 "مبادلات حرارية قذيفة وأنبوب": اللوائح التفصيلية لأوعية ضغط التبادل الحراري.
TSG 21 "اللوائح المتعلقة بالسلامة الإشراف الفني لأوعية الضغط الثابت": لوائح إدارة السلامة من التصميم والتصنيع والتفتيش التشغيلي.

هامش سلامة التصميم

تحليل الإجهاد: يستخدم تحليل العناصر المحدودة (FEA) لحساب توزيع الإجهاد في مكونات مختلفة لضمان عامل أمان معقول.

اعتبارات الحمل: بالإضافة إلى الضغط الداخلي ، يجب أيضًا مراعاة العوامل الخارجية مثل الزلازل وأحمال الرياح وأحمال الثلج.

ملحقات السلامة

صمام السلامة: يمنع الخزانات من العمل تحت الضغط الزائد.

قرص تمزق: يطلق الضغط في الظروف القاسية لحماية الخزان.

مقياس الضغط ومقياس المستوى: مراقبة حالة التشغيل في الوقت الفعلي. نظام التحكم التلقائي والإنذار: يستخدم أجهزة الاستشعار و PLCs لتمكين التحذيرات عن بُعد وحوادث الحوادث.

4. التفتيش والصيانة
فحص ما قبل الشحن: يتضمن اختبار الضغط الهيدروليكي (للتحقق من قدرة تحمل الضغط) واختبار محكم الهواء (لمنع التسريبات).
التفتيش أثناء الخدمة: يتم استخدام اختبار السماكة بالموجات فوق الصوتية ومراقبة معدل التآكل لتقييم تدهور المعدات.
التفتيش الدوري: هناك حاجة إلى عمليات تفتيش منتظمة وشاملة وفقًا للقوانين واللوائح (مثل اللوائح المتعلقة بالإشراف على السلامة من المعدات الخاصة).
إدارة دورة الحياة: يتم إنشاء أرشيف دورة حياة كاملة لخزان التخزين ، وتوثيق بيانات التصميم والتصنيع والتشغيل والصيانة لتسهيل تقييم المخاطر.