مروری بر مخازن تحت فشار

تعریف مخزن تحت فشار : ظرفی است که برای نگهداری گاز یا مایعات در فشار کاملاً متفاوت از فشار محیط طراحی شده است.

استانداردها و کدهای مخازن تحت فشار:

کد: کدها در واقع چیزی جز مجموعه ای از قوانین طراحی ، ساخت ، نصب ، بازرسی و آزمایش کارخانه ها و تجهیزات فرآیند صنعتی نیستند

استاندارد :  شامل مجموعه ای از قوانین است که توسط افراد حرفه ای برای طراحی ، ساخت و یکپارچگی اجزاء تحت فشار تهیه شده است.

کد های رایج دنیا برای مخازن تحت فشار

طراحی مخازن تحت فشار عموما بر اساس ملاحظات سرویس های مورد نظر انجام میشود اغلب این سرویس ها به شرح زیر می باشد:

1. Cyclic Service: Fatigue
2. Lethal Service
3. Vibration Service
4. Shock Service; Thermal or Impulse loading
5. Low Temperature Service
6. Cryogenic
7. High Temperature Service
8. Creep
9. Creep –Fatigue
10. Corrosion Service
11. Contents: The contents of the vessel may require

special design considerations and/or material

selection. The following is a list of some of these

special services;

1. Hydrogen Service
2. Wet H2S Service (Sour Water)
3. Caustic Service
4. Ammonia Service
5. Chloride Service
6. Amine Service
7. Sulfuric Acid
8. Hydrochloric Acid
9. Hydrofluoric Acid
10. Polythionic Acid
11. Types of Hydrogen Service Failures;
12. SSC: Sulfide Stress Cracking
13. ASSC: Alkaline Sulfide Stress

Cracking

1. SZC: Soft Zone Cracking
2. HIC: Hydrogen Induced Cracking
3. SOHIC: Stress Oriented HIC
4. SCC: Stress Corrosion Cracking
5. GHSC: Galvanic Hydrogen Stress Cracking
6. EC: Environmental Cracking
7. Types of Stress Corrosion Cracking (SCC);
8. Chloride
9. Polythionic
10. Caustic
11. MEA/DEA
12. Sulfide
13. Ammonia

خلاصه فرمول های طراحی مخازن تحت فشار

راهنمای سریع استفاده از متریال در سرویس های مختلف

نکات مربوط به استاندارد ASME

استاندارد ASME  به 12 فصل تقسیم میشود:

• فصل های 2،5،8،9،12 مربوط به مخازن تحت فشار است

• زیر مجموعه های فصل هشتم – بخش 1

• طبقه بندی اتصال جوش

جدول راندمان جوش ها

انواع کلگی (HEADS )

شکل عدسی	نام عدسی	مشخصات
	Elliptical Head (NF E 81-103)	R≈ 0.856De r≈ 0.183De h1≥ 3e h2= Di/3.8 H= h2+h1+e V(h2)≈ (Di.1,06)².0,466h2
	G.R.C. (NF E 81-102)	R= De r= 0.1De h1≥ 3.5e h2= 0.1935De-0.455e H= h2+h1+e Dd= 1.11De+1.85h1 V(h2)≈ 0.1(Di)³
	Ellipsoidal head ASME	Form 1,9:1 Di = Da – 2 x s r1 = Di / 1,16 r2 = Di / 5,39 h1 = gem. NF E81-103 h2 = Di / 3,8 h3 = h1 + h2	Form 2:1 R≈ 0.9De r≈ 0.17De h2= Di/4 H= h2+h1+e V(h2)≈ 0,52Di².h2
	Flanged & Dished (ASME)	R= De r= 0.06De h2= R-√((R-r)²-(Di/2-r)²) H= h2+h1+e V(h2)≈ (Di/25,4)³.0,0013
	Hemispherical head	R=0.5Di CALOTA + SECTORES V≈0,2618Di³
	Korbbogen (DIN 28013)	R= 0.8De r= 0.154De h1≥ 3e h2= 0.255De-0.635e H= h2+h1+e Dd= 1.16De+ 2h1 V(h2)= 0.1298(Di)³
	Klopper (DIN 28011)	R= De r= R/10 h1≥ 3,5e h2= 0.1935De-0.455e H= h2+h1+e Dd= 1.11De+1.85h1 V(h2)= 0.1(Di)³
	High Crown Flanged & Dished (ASME)	R= 0.8De r= 0.06De h2= R-√((R-r)²-(Di/2-r)²) H= h2+h1+e V(h2)≈ (Di/25,4)³.0,0016
	80-10 Flanged & Dished (ASME)	R= 0.8De r=0.1De h2= R-√((R-r)²-(Di/2-r)²) H= h2+h1+e V(h2)≈ (Di/25,4)³.0,0019
	M.R.C. (NF E 81-104) Dished head	R= De h2= R-√((R-r)²-(Di/2-r)²) H= h2+h1+e V(h2)≈ (De+r)².0,42h2
	MRC NF E 81 104 Dished head	R= De h2= R-√((R-r)²-(Di/2-r)²) H= h2+h1+e V(h2)≈ (De+r)².0,42h2

نکات مربوط به ساخت ، بازرسی  ( FABRICATION):

برشکاری: درصورت برش ورق با اکسیژن یا قوس، اکسیدهای ناشی از برش باید به روش مکانیکی برطرف شود اگر سطح برشکاری شده برای جوشکاری استفاده نمیشود فقط ایجاد سطح صاف کافی است  UG – 76

رواداری خارج از گردی در مخزن تحت فشار داخلی: اختلاف بین حداکثر و حداقل قطر داخلی نباید از یک درصد قطر اسمی تجاوز کند UG – 80

رواداری خارج از گردی برای کلگی ها : برای کلگی های سهموی،مخروطی،کروی و بیضوی UG – 81

• انحراف قسمت داخلی عدسی باید در محدوده 4/5% قطر و 8/5 % قطر قرارداشته باشد
• شعاع KNUCKLE نباید کمتر از مقدار تعیین شده باشد
• خارج از گردی SKIRT حداکثر یک درصد قطر مجاز است

تست هیدرواستاتیک : طبق UG- 99 فشار آزمون هیدرواستاتیک 1.3 برابر MAWP ضربدر نسبت ( تنش در دمای تست به تنش در دمای طراحی) برای فولاد مورد استفاده می باشد معمولا این نسبت یک درنظر گرفته میشود. بازرسی از مخزن باید در فشار آزمون تقسیم بر 1.3 انجام شود.برای جلوگیری از خطر شکست ترد دمای آزمون بهتر است  17 درجه سانتی گراد بالای MDMT باشد و از 48 درجه هم بیشتر نباشد.

وسایل کنترلی فشار ( شیر اطمینان یا سوپاپ اطمینان …): تنظیم فشار سوپاپ اطمینان در صورت استفاده از یک سوپاپ نباید از MAWP  بیشتر باشددر صورت استفاده از بیش از یک سوپاپ فشار سوپاپ اول کمتر یا مساوی  MAWP  و سوپاپ دوم در فشاری بالاتر از MAWP  ( حداکثر 105 درصد MAWP) تنظیم شود

تقسیم بندی مخازن در ASME  بر اساس محدودیت های سرویس مورد استفاده

• سرویس مهلک
• دما پایین
• بخار
• شعله مستقیم

طراحی جوش طبق ASME  :

• ابعاد و شکل لبه ها به گونه ای باشد که نفوذ کامل و ذوب کامل انجام شود
• طول تیپر نباید کمتر از سه برابر تریم باشد
• زمانی تیپر انجام شود که ضخامت تریم از 3 میل یا 0.25 درصد ضخامت ورق کمتر( هرکدام کوچکتر است ) باشد
• جوشکاری و یا برشکاری هر دو برای انجام تیپر قابل قبول است
• فاصله بین دو خط جوش طولی در دو بدنه مجاور از 5 برابر ضخامت ورق ضخیم تر کمتر نباشد

رادیوگرافی و تسهای غیر مخرب:

• در مورد راندمان جوش ( JOINT EFFICIENCY ) به جدول راندمان جوش در بالا مراجعه کنید در مورد معیار قبولی جوشها در رادیوگرافی به جدول مربوطه در همین سایت مراجعه کنید
• استفاده از روش آلتراسونیک بجای رادیوگرافی در مخازن تحت فشار مجاز است
• در صورتی که طبق طراحی، رادیوگرافی موضعی (SPOT) برای کل مخزن در نظر گرفته شود برای جوشهای لب به لب دسته B,C

در نازل های حداکثر 10اینچ و حداکثر ضخامت 29 میلیمتر به رادیوگرافی نیست

• درصورت رادیوگرافی موضعی ،در هر مخزن به ازای هر 15 متر خط جوش حداقل 6 اینچ رادیوگرافی انجام شود
• به ازای هر جوشکار یا اپراتور یک 6 اینچی باید رادیوگرافی شود

تلرانس عدم همترازی در مونتاژ ( HI-LO)

حداکثر گرده جوش :

عملیات حرارتی تنش زداییPWHT

از PWHT می توان برای کاهش تنش های باقیمانده ، به عنوان روشی برای کنترل سختی یا حتی برای افزایش مقاومت مواد استفاده کرد انجام فرایند تنش زدایی به روش نادرست ، می تواند منجر به خرابی جوش ، ترک خوردگی بیشتر و افزایش حساسیت به شکست ترد شود.

PWHT انواع مختلفی دارد که دو نوع رایج آن عبارتند از :

• پس گرمایش POST HEATING:

ترک خوردگی ناشی از هیدروژن (HIC) اغلب هنگامی رخ می دهد که مقدار زیادی هیدروژن محیط در هنگام جوشکاری به ماده نفوذ می کند. با گرم کردن ماده پس از جوشکاری ، می توان هیدروژن را از منطقه جوش داده شده متفرق کرد ، بنابراین از HIC جلوگیری می شود. این فرایند به عنوان پس گرمایش شناخته می شود و باید بلافاصله پس از اتمام جوشکاری آغاز شود. به جای اینکه اجازه داده شود تا خنک شود ، بسته به نوع و ضخامت مواد لازم است تا درجه حرارت مشخص شود. بسته به ضخامت ماده باید چند ساعت در این دما نگه داشته شود.

• تنش زدایی STRESS Relieving :

فرآیند جوشکاری  می تواندمقادیر  زیادی تنش باقیمانده را در ماده ایجاد کند ، که می تواند منجر به افزایش پتانسیل خوردگی تنش و ترک خوردگی ناشی از هیدروژن شود. از PWHT می توان برای از بین بردن این تنشهای باقیمانده و کاهش این پتانسیل استفاده کرد. این فرایند شامل گرم كردن مواد تا دمای خاص و سپس سردکردن تدریجی آنها است.

• دمای کوره نباید در هنگام قرارگرفتن مخزن در داخل ان نباید از 425 درجه سانتی گراد بیشتر باشد
• بالای 425 درجه آهنگ گرم کردن نباید از 222 درجه در ساعت به ازای ضخامت قطعه بیشتر باشد
• در حین گرم کردن تغییرات دمایی در فواصل 1.6 متری از 139 درجه بیشتر نشود
• در زمان نگهداشت اختلاف حداکثر دما و حداقل دما کوره در نقاط مختلف مخزن از 83 درجه تجاوز نکند
• محیط کوره از نظر اکسیداسیون بیش از حد باید کنترل گردد
• بالای 425 درجه آهنگ سرمایش از 280 درجه بر ساعت به ازای حداکثر ضخامت فلز بیشتر نشود
• اهنگ گرمایش و سرمایش به طور کلی از 56 درجه بر ساعت کمتر نباشد
• در صورت به رفتن فولاد با چند نوع P NUMBER از دمای بالاتر استفاده گردد
• درصورت انجام تعمیرات برای 1,2,3 تا ضخامت 38 میل بعد از عملیات حرارتی نیاز ه عملیات حرارتی مجدد نیست