فشل وعاء الضغط: أسباب شائعة وكيفية منعها

أوعية الضغط هي مكونات حرجة في الصناعات مثل النفط والغاز ، والمعالجة الكيميائية ، وتوليد الطاقة ، والمستحضرات الصيدلانية ، وإنتاج الغذاء. على الرغم من أهميتها ، يمكن أن تشكل أوعية الضغط مخاطر شديدة في السلامة إذا فشلت. لا تؤدي الفشل الكارثي إلى تعطل الإنتاج فحسب ، بل يمكن أن تؤدي أيضًا إلى الكوارث البيئية وفقدان حياة الإنسان.

1. الأسباب الشائعة لفشل وعاء الضغط
1.1 التآكل والتآكل
التآكل هو التدهور الكيميائي أو الكهروكيميائي للمواد ، وغالبًا ما يكون بسبب التعرض للرطوبة أو المواد الكيميائية أو البيئات العدوانية. التآكل الداخلي شائع في الأوعية التي تتعامل مع السوائل أو الغازات المسببة للتآكل ، في حين أن التآكل الخارجي يمكن أن يحدث عند رطوبة مصائد العزل.

التآكل ، من ناحية أخرى ، ينتج عن السائل عالي السرعة أو المادة الجسيمية التي تلبس جسديًا على جدران الوعاء ، وخاصة في الانحناءات والمفاصل ونقاط الدخول/الخروج.

مخاطر ملحوظة:

التآكل تحت العزل (CUI)

التآكل الجلفاني بسبب المعادن المتباينة

التآكل والتآكل في المناطق الراكدة

عواقب:

ترقق الجدار

تسرب أو تمزق

الفشل الهيكلي الكامل

1.2 التعب وتكسير الإجهاد
تعمل أوعية الضغط غالبًا تحت التحميل الدوري - الضغط المنتظم والاكتئاب - والذي يمكن أن يؤدي إلى فشل التعب بمرور الوقت. حتى العيوب الصغيرة في المواد أو اللحامات يمكن أن تنمو إلى شقوق تحت الضغط المتكرر.

يمكن أن يحدث تكسير تآكل الإجهاد (SCC) عندما يجمع إجهاد الشد وبيئة تآكل. غالبًا ما يصعب اكتشاف هذا النوع من التكسير ولكنه يمكن أن يؤدي إلى فشل مفاجئ.

عوامل الخطر:

تقلب الضغط ودرجة الحرارة

مواد غير متوافقة

الضغوط المتبقية من اللحام

يتطلب الوقاية:

تحليل تعب دقيق أثناء التصميم

استخدام سبائك مقاومة SCC

معالجة الحرارة بعد الليباد (PWHT) لتخفيف الضغوط

1.3 عيوب التصنيع
يمكن لعمليات التصنيع غير السليمة تقديم عيوب مثل:

اختراق اللحام غير المكتمل

شوائب الخبث

معالجة الحرارة غير لائق

الانحرافات الأبعاد

قد تنتشر هذه العيوب ، إن لم يتم اكتشافها أثناء التصنيع أو التكليف ، تحت الضغط والإجهاد أثناء الخدمة.

أمثلة في العالم الحقيقي:

تشققات ناشئة عن عيوب اللحام

delamination في الأوعية المركبة

اختلال الشفاه أو الفوهات

يعد ضمان الجودة والاختبار غير التدميري (NDT) أثناء التصنيع ضروريين.

1.4 تصميم عيوب
حتى عندما يكون التصنيع مثاليًا ، يمكن لأخطاء التصميم أن تجعل وعاء الضغط ضعيفًا. وهذا يشمل:

سماكة الجدار أقل

عوامل السلامة غير الكافية

وضع الفوهة السيئة أو تصميم الدعم

تجاهل الأحمال الديناميكية أو التوسع الحراري

غالبًا ما يؤدي استخدام رموز التصميم التي عفا عليها الزمن أو تطل على الظروف التشغيلية الحقيقية إلى فشل سابق لأوانه.

1.5 أحداث الضغط الزائد
سبب شائع لتمزق الوعاء هو زيادة الضغط ، والذي يمكن أن ينتج عن:

المنافذ المحظورة

صمامات التحكم الفاشلة

التفاعلات الكيميائية الهاربة

خطأ المشغل

إذا فشل نظام تخفيف الضغط أو كان حجمه بشكل غير صحيح ، فإن الوعاء قد لا يقاوم الضغط الزائد.

عواقب:

انفجارات

مخاطر الحريق

شظايا الطيران

أجهزة تخفيف الضغط المناسبة والفشل هي أمر بالغ الأهمية.

1.6 سوء الصيانة والتفتيش
مع مرور الوقت ، يمكن أن تتصاعد المواد التي تتحلل وتتصاعد القضايا البسيطة إذا تركت دون رادع. يعد تخطي عمليات التفتيش الروتينية أو عدم وجود جدول صيانة وقائي أحد الأسباب الأكثر شيوعًا لتدهور الوعاء غير المكتشف.

تشمل علامات التحذير غالبًا ما: تشمل:

تسرب الشفاه أو الصمامات

الاهتزازات غير العادية

تلون أو خطوط الصدأ

يمكن أن يؤدي الإهمال إلى:

تسرب مفاجئ

التلوث البيئي

مخاطر السلامة للموظفين

2. استراتيجيات الوقاية
2.1 الفحص والاختبار العاديين
تساعد عمليات التفتيش الروتينية في اكتشاف تلف المرحلة المبكرة قبل أن تصبح حاسمة. تشمل التقنيات:

اختبار الموجات فوق الصوتية (UT): يقيس سمك الجدار ويكتشف العيوب الداخلية

الاختبار الشعاعي (RT): يحدد الشقوق أو الادراج الخفية

فحص الجسيمات المغناطيسية (MPI): مفيد للتشققات السطحية في المواد المغنطيسية

الاختبار الهيدروستاتيكي: يضغط على الوعاء بالماء للتحقق من التسريبات أو نقاط الضعف

التوصية: اتبع فترات التفتيش التي حددتها ASME أو API 510 أو اللوائح المحلية.

2.2 اختيار المواد السليم
اختيار المواد أمر حيوي. تتطلب التطبيقات المختلفة خصائص مختلفة ، مثل:

الفولاذ المقاوم للصدأ: مقاومة تآكل ممتازة ، جيدة للطعام/الأدوية

الصلب الكربوني: فعال من حيث التكلفة ولكن أكثر عرضة للتآكل

Hastelloy أو Inconel أو التيتانيوم: لبيئات تآكل للغاية أو عالية الحرارة

يمكن أن يؤدي الفشل في اختيار مواد متوافقة إلى تدهور سابق لأوانه.

2.3 جودة التصنيع
شريك مع الشركات المصنعة التي تتوافق مع:

رمز ASME Loiler & Pressure Code

أنظمة إدارة الجودة ISO 9001

لحام وإجراءات معتمدة (WPS/PQR)

نصائح:

الإصرار على فحص الطرف الثالث

مراجعة تقارير اختبار المواد (MTRS) ورسومات التصنيع

2.4 التصميم وفقًا للمعايير
يجب أن يعتمد التصميم على معايير شاملة مثل:

ASME القسم الثامن (Div 1 & 2)

PED (توجيه معدات الضغط) لأوروبا

API 650/620 لتطبيقات تخزين محددة

عوامل التصميم لتشمل:

هوامش السلامة

تحليل التعب

بدل التآكل

الأحمال الزلزالية والرياح إن وجدت

2.5 تثبيت أجهزة السلامة
يجب حماية كل وعاء ضغط مع:

صمامات تخفيف الضغط (PRVS): تحرير الضغط الزائد تلقائيًا

أقراص تمزق: جهاز آمن من الفشل ينكسر تحت الضغط الحرج

أجهزة استشعار الضغط ودرجة الحرارة: متصلة بأنظمة الإنذار أو الإغلاق

الاختبار الدوري وإعادة معايرة أجهزة السلامة هذه ضرورية.

2.6 إجراءات التدريب والتشغيل القياسية (SOPS)
المشغلون هم خط الدفاع الأول. يمد:

التدريب الفني المستمر

تدريبات الاستجابة لحالات الطوارئ

SOPs واضحة يمكن الوصول إليها للحالات الطبيعية وغير الطبيعية

الخطأ البشري هو مساهم رئيسي في فشل السفينة - التدريب يقلل من هذا الخطر.

3. دراسات الحالة لفشل وعاء الضغط
الحالة 1: BP Texas City Refinery Spension (2005)
السبب: الضغط الزائد في البرج بسبب مؤشرات المستوى الخاطئ والإنذارات.

النتيجة: 15 حالة وفاة ، 180 إصابة.

الدرس: تحقق دائمًا من الأجهزة وتثبيت أنظمة السلامة الزائدة عن الحاجة.

الحالة 2: انفجار صومعة الحبوب
السبب: أدى تراكم الغبار إلى ارتفاع الضغط والإشعال.

النتيجة: فقدان المرفق الكلي.

الدرس: يمكن أن يؤدي تجاهل مشكلات التفتيش الصغيرة إلى خسائر هائلة.