يتم تصنيف أوعية الضغط حسب الشكل

تُعد أوعية الضغط من المعدات المهمة في مختلف الصناعات، مثل البترول والغاز الطبيعي والبتروكيماويات ومحطات الطاقة والصناعات الكيميائية. تُستخدم هذه الخزانات لتخزين السوائل عالية الضغط، وتُصنع بأشكال متنوعة وفقًا للمتطلبات التقنية والتطبيقية.   يؤثر شكل وعاء الضغط   بشكل مباشر على أدائه ومتانته الميكانيكية وتوزيع الإجهاد وتطبيقاته. في هذه المقالة، سنستكشف   أنواع أوعية الضغط بناءً على شكلها   ، ونحلل خصائص كل نوع.

1.  مقدمة عن أوعية الضغط

وعاء الضغط هو حاوية تُستخدم لتخزين أو معالجة السوائل (الغازية أو السائلة) عند ضغط مختلف عن ضغط البيئة المحيطة. يجب أن تكون هذه الخزانات قادرة على تحمل الضغوط الداخلية والخارجية، وأن تستوفي  معايير السلامة الصارمة، مثل ASME BPVC (قانون الغلايات وأوعية الضغط للجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين).

العوامل المؤثرة على اختيار شكل وعاء الضغط:

• ضغط العمل

• درجة حرارة

• نوع السائل المخزن

• مساحة التثبيت والقيود البيئية

• تكاليف البناء والصيانة

2. يتم تصنيف أوعية الضغط حسب الشكل.

تنقسم أوعية الضغط إلى عدة فئات رئيسية بناءً على هندستها ومظهرها:

2-1.  وعاء ضغط أسطواني

النوع الأكثر شيوعًا من أوعية الضغط هو الخزان الأسطواني، والذي يستخدم على نطاق واسع بسبب بنيته البسيطة ومقاومته الجيدة للضغط العالي.

أنواع الخزانات الأسطوانية:

• الخزانات الأسطوانية ذات الأطراف المسطحة:

  • تكلفة بنائه منخفضة.

  • مناسب للضغط المنخفض.

  • وأخيرا، هناك حاجة إلى تدابير التعزيز مثل الأضلاع لمنع التشوه.

• خزانات أسطوانية الشكل أو نصف كروية:

  • لديه مقاومة أكبر للضغط.

  • توزيع التوتر فيها أكثر انتظاما.

  •  تُستخدم عادةً الأشكال  شبه الكروية   أو نصف الكروية  .

مميزات خزانات التخزين الأسطوانية:

• سهلة البناء وفعالة من حيث التكلفة.

• إمكانية  التركيب الأفقي أو الرأسي

• صيانة سهلة

عيوب الخزانات الأسطوانية:

• عند الضغوط العالية جدًا (أعلى من 30 بار) تكون هناك حاجة إلى سماكات جدار أكبر.

• إذا تم استخدام الأطراف المسطحة، فسوف تتركز الضغوط عند الزوايا.

2-2.  وعاء الضغط الكروي

تتمتع الخزانات الكروية، بفضل هندستها، بتوزيع مثالي للإجهاد وتكون مناسبة للضغوط العالية جدًا (على سبيل المثال، أكثر من 50 بار).

تطبيقات خزانات التخزين الكروية:

• تخزين الغازات ذات الضغط العالي مثل   غاز البترول المسال والغاز الطبيعي المسال

• لصناعات الفضاء والطيران والعسكرية

• خزانات تخزين المصفاة

مميزات خزانات التخزين الكروية:

• مقاومة الضغط العالي

• توزيع موحد للتوتر في جميع النقاط

• مساحة سطح أصغر عند ملامسة البيئة (فقدان أقل للحرارة)

عيوب خزانات التخزين الكروية:

• تكاليف البناء المرتفعة

• إنها تشغل مساحة أكبر من الخزانات الأسطوانية.

• بناء وتركيب أكثر تعقيدًا

2-3.  وعاء ضغط مخروطي

تتمتع هذه الخزانات بمقطع عرضي مخروطي الشكل، وغالبًا ما تُستخدم عندما تكون هناك حاجة إلى تفريغ أو نقل مادة أكثر سيولة.

استخدامات الخزان المخروطي :

• صوامع تخزين المواد المسحوقة

• خزان ترسيب الصناعة الكيميائية

• مُخفِّض التدفق في عمود التقطير

مميزات الخزانات المخروطية:

• تنزيل سهل

• يقلل من الترسبات في قاع الخزان.

عيوب الخزانات المخروطية:

• تركيز الإجهاد عند الوصلة بين المخروط والأسطوانة

• تصميم أكثر تعقيدًا من الخزانات الأسطوانية.

2-4. وعاء الضغط المشترك

في بعض الحالات، يُستخدم مزيج من أساليب مختلفة لتحقيق الأداء الأمثل. على سبيل المثال:

• خزان أسطواني ذو أطراف كروية

• خزان أسطواني ذو قاع مخروطي

استخدامات الخزان المشترك:

• المفاعلات الكيميائية

• خزان تخزين متعدد الأغراض

3. العوامل المؤثرة في اختيار شكل وعاء الضغط

1. ضغط العمل:   الخزانات الكروية أكثر ملاءمة للضغط العالي، والخزانات الأسطوانية أكثر ملاءمة للضغط المتوسط.

2. مساحة التركيب:   الخزانات الأسطوانية الأفقية مناسبة للمناسبات ذات المساحة المحدودة، والخزانات الرأسية مناسبة للمناسبات ذات الارتفاعات الأكبر.

3. تكلفة البناء:   الخزانات الأسطوانية  أكثر فعالية من حيث التكلفة من الخزانات الكروية.

4. نوع السائل:   قد تتطلب السوائل المسببة للتآكل أو السامة تصميمات خاصة.

4. الخاتمة

يعتمد اختيار الشكل المناسب لأوعية الضغط على عدة عوامل، منها ضغط التشغيل، ونوع السائل، ومساحة التركيب، والتكلفة.   تُعدّ الخزانات الأسطوانية   النوع الأكثر شيوعًا، بينما     تُناسب   الخزانات الكروية الضغوط العالية جدًا.  كما تُستخدم  الخزانات المخروطية والخزانات المركبة لأغراض خاصة  . يؤثر اختيار شكل الخزان بشكل مباشر على أدائه وعمره الافتراضي من حيث التصميم ومعايير السلامة.

إذا كنت تخطط لاختيار أو تصميم وعاء ضغط، فمن المهم استشارة مهندس ذي خبرة واتباع المعايير الدولية مثل  ASME القسم الثامن  .