اجزای مخازن تحت فشار

مخازن تحت فشار (Pressure Vessels) از تجهیزات حیاتی در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، نیروگاه‌ها، صنایع غذایی و بسیاری از بخش‌های صنعتی دیگر به شمار می‌روند. این مخازن وظیفه ذخیره‌سازی یا انتقال سیالاتی را دارند که تحت فشار بالاتر از فشار اتمسفر قرار می‌گیرند. به دلیل شرایط کاری حساس و خطرناک، طراحی، ساخت و بهره‌برداری از این تجهیزات باید مطابق با استانداردهای بین‌المللی مانند ASME Section VIII صورت گیرد.

برای شناخت بهتر این تجهیزات، لازم است با اجزای اصلی و فرعی مخازن تحت فشار آشنا شویم. هر بخش از مخزن نقش خاصی در ایمنی و عملکرد دارد و انتخاب صحیح جنس و طراحی مناسب آن‌ها اهمیت بالایی دارد.

اجزای اصلی مخازن تحت فشار

1. بدنه (Shell)

بدنه اصلی‌ترین بخش مخزن است که حجم اصلی برای نگهداری سیال را فراهم می‌کند.

معمولاً به صورت استوانه‌ای یا کروی ساخته می‌شود.
جنس آن غالباً از فولاد کربنی، فولاد آلیاژی یا استنلس استیل انتخاب می‌شود.
ضخامت بدنه بر اساس فشار طراحی، دمای کاری، جنس و ضریب جوشکاری محاسبه می‌شود.

بدنه باید علاوه بر مقاومت مکانیکی در برابر فشار داخلی، در برابر خوردگی و خزش نیز مقاوم باشد.

2. عدسی‌ها (Heads)

انتهای مخزن‌های استوانه‌ای با قطعاتی به نام عدسی یا هد بسته می‌شود. شکل عدسی‌ها تأثیر مستقیم بر توزیع تنش و ضخامت مورد نیاز دارد. انواع متداول عدسی عبارت‌اند از:

کروی (Hemispherical Head): بهترین توزیع تنش، ولی گران‌ترین گزینه.
بیضوی (Ellipsoidal Head): رایج‌ترین انتخاب به دلیل تعادل بین هزینه و کارایی.
تخت (Flat Head): ساده و ارزان، اما نیازمند ضخامت زیاد.
کلاهکی (Torispherical Head): اقتصادی‌تر از عدسی بیضوی، اما تنش بیشتری متمرکز می‌شود.

3. اتصالات (Nozzles)

نازل‌ها اجزایی هستند که برای ورود یا خروج سیالات، نصب ابزارهای اندازه‌گیری یا دسترسی به داخل مخزن به کار می‌روند.

به صورت فلنج‌دار یا رزوه‌ای طراحی می‌شوند.
برای اتصال لوله‌ها، شیرآلات و تجهیزات جانبی ضروری‌اند.
طراحی نازل‌ها باید به گونه‌ای باشد که از تمرکز تنش و نشتی جلوگیری شود.

4. فلنج‌ها (Flanges)

فلنج‌ها قطعات حلقه‌ای شکل هستند که امکان اتصال نازل‌ها یا بخش‌های مختلف مخزن به سایر تجهیزات را فراهم می‌کنند.

با پیچ و مهره و همراه با گسکت (Gasket) آب‌بندی می‌شوند.
بر اساس استانداردهایی مثل ASME B16.5 ساخته می‌شوند.
در فشار و دماهای مختلف انواع Slip-On، Weld Neck، Blind و … به کار می‌روند.

5. جوش‌ها (Welds)

اتصالات جوشی برای مونتاژ قطعات مختلف مخزن استفاده می‌شوند. کیفیت جوشکاری بسیار مهم است زیرا هر نقص می‌تواند منجر به ترک یا نشتی شود.

جوش‌های طولی و محیطی در بدنه
جوش اتصال عدسی‌ها به بدنه
جوش نازل‌ها و فلنج‌ها
بازرسی‌های غیرمخرب (NDT) مانند RT، UT و PT برای اطمینان از کیفیت جوش الزامی است.

6. تکیه‌گاه‌ها (Supports)

تکیه‌گاه‌ها وظیفه تحمل وزن مخزن و محتویات آن را دارند و نیروهای خارجی مانند باد یا زلزله را نیز منتقل می‌کنند. انواع تکیه‌گاه‌ها:

Base Ring: برای مخازن عمودی
Skirt Support: در برج‌ها و مخازن مرتفع
Saddle Support: برای مخازن افقی استوانه‌ای
Leg Support: در مخازن کوچک و سبک

انتخاب نوع تکیه‌گاه به ابعاد، وزن و محل نصب مخزن بستگی دارد.

اجزای فرعی و جانبی مخازن

1. دریچه‌های دسترسی (Manholes & Handholes)

دریچه‌های دسترسی امکان ورود افراد برای بازرسی، تمیزکاری یا تعمیرات داخلی مخزن را فراهم می‌کنند.
معمولاً در سایزهای 16 تا 24 اینچ طراحی می‌شوند.
در فشارهای بالا نیازمند درپوش مقاوم و سیستم آب‌بندی مطمئن هستند.

2. ابزارهای کنترلی و ایمنی

مخازن تحت فشار برای بهره‌برداری ایمن نیازمند ابزارهای کنترلی و ایمنی هستند:

گیج فشار (Pressure Gauge)
ترموول و دماسنج (Thermowell & Thermometer)
شیر اطمینان (Safety Relief Valve): جلوگیری از افزایش بیش از حد فشار
لول گیج (Level Gauge): نمایش سطح سیال داخل مخزن

3. عایق‌کاری و روکش‌ها

بسیاری از مخازن به دلیل شرایط فرآیندی نیازمند عایق‌کاری حرارتی یا پوشش ضدخوردگی هستند.

عایق حرارتی برای جلوگیری از اتلاف حرارت یا حفاظت از کارکنان در برابر دماهای بالا
پوشش ضدخوردگی داخلی (مانند اپوکسی یا لاستیک) برای سیالات خورنده
رنگ و پوشش خارجی برای محافظت در برابر شرایط محیطی

4. رینگ‌های تقویتی (Reinforcement Pads)

در اطراف نازل‌ها و بازشوها برای کاهش تمرکز تنش از پدهای تقویتی استفاده می‌شود. این قطعات باعث افزایش استحکام و جلوگیری از ترک‌خوردگی در محل نازل می‌شوند.

5. گسکت‌ها (Gaskets)

برای آب‌بندی بین فلنج‌ها و دریچه‌ها به کار می‌روند.

می‌توانند از جنس لاستیک، PTFE، گرافیت یا فلزی باشند.
انتخاب نوع گسکت به فشار، دما و نوع سیال بستگی دارد.

نقش هر جزء در ایمنی و عملکرد

هر یک از اجزای مخزن تحت فشار وظیفه‌ای مشخص دارند و نقص در هر بخش می‌تواند عملکرد کل سیستم را مختل کند:

بدنه و عدسی‌ها: مقاومت مکانیکی در برابر فشار
نازل‌ها و فلنج‌ها: انتقال سیالات بدون نشتی
تکیه‌گاه‌ها: پایداری مکانیکی مخزن
جوش‌ها: اتصال مطمئن اجزا
ابزارهای کنترلی: جلوگیری از بروز شرایط ناایمن

به همین دلیل استانداردها برای طراحی، مواد، ضخامت و تست هر یک از این اجزا دستورالعمل‌های دقیقی ارائه می‌دهند.

نتیجه‌گیری

مخازن تحت فشار از اجزای متعددی تشکیل شده‌اند که هر کدام نقشی حیاتی در ایمنی و عملکرد دارند. بدنه، عدسی‌ها، نازل‌ها، فلنج‌ها، جوش‌ها و تکیه‌گاه‌ها اجزای اصلی این مخازن را تشکیل می‌دهند. همچنین اجزای جانبی مانند دریچه‌های دسترسی، شیرهای اطمینان، گیج‌ها، عایق‌کاری و گسکت‌ها مکمل سیستم بوده و بهره‌برداری ایمن را تضمین می‌کنند.

درک صحیح از اجزای مختلف مخزن به مهندسان و تکنسین‌ها کمک می‌کند تا در مراحل طراحی، ساخت و بهره‌برداری تصمیمات درست بگیرند و از بروز حوادث پرخطر جلوگیری شود.