یکی از انواع مخازن پرکاربرد برای ذخیره‌سازی سیالات مخازن تحت فشار کروی می‌باشند و همان‌طور که از نامشان پیداست، دارای شکل هندسی کروی هستند. این نوع مخزن ویژگی‌های خاصی دارد که باعث شده است در مقایسه با سایر مخازن تحت فشار برتری داشته باشد. در این مقاله می‌خواهیم خصوصیات مهم مخزن تحت فشار کروی را بیان کنیم.
معرفی مخازن تحت فشار کروی
از نظر تئوری ساخت مخازن تحت فشار (Pressure Vessel) را می‌توان در اشکال گوناگونی انجام داد. مخازن از نظر شکل هندسی در صنعت در سه گروه زیر دسته‌بندی می‌شوند:
-
مخازن کروی
مخازن تحت فشار کروی دارای استحکام بالایی هستند اما ساخت مخازن کروی آن‌ها دشوار تر است بنابراین قیمت بالاتری دارند. از این مخازن برای ذخیره سیالات با فشار بالا استفاده می‌شود. از طرف دیگر شکل کروی مخزن سبب شده است جای بیشتری اشغال کند و به هنگام استفاده، محدودیت فضا در نظر گرفته شود.
-
استوانه‌ای
رایج‌ترین نوع مخازن موجود در بازار ، مخازن تحت فشار استوانه‌ای هستند که کاربردهای زیادی دارند و به دو شکل عمودی و افقی استفاده می‌شوند. شکل این مخازن استوانه‌ای است. در دو طرف خود نیز سرپوش‌هایی به نام کلاهک یا Head دارد که به شکل یک نیم دایره یا بشقاب هستند. فضایی که برای استفاده از این مخازن مورد نیاز است کمتر از مخازن کروی است.
مخازن تحت فشار کروی از نظر هندسی دارای ساختار یکپارچه هستند. به همین دلیل توزیع تنش ناشی از فشار سیالات در این مخازن به‌صورت یکنواخت در تمام جهات اتفاق می‌افتد و این در صورتی است که مخازن تحت فشاری که اشکال مختلفی دارند، معمولا آسیب پذیرتر هستند و توان کمتری در تحمل تنش‌ها دارند. این مخازن برای نگهداری سیالات در فشارهای بسیار بالا استفاده می‌شوند. برای نگهداری گاز طبیعی مایع و گاز نفتی مایع در حجم و فشار زیاد از مخازن کروی استفاده می‌شود. علاوه بر این دیگر سیالات مانند زیر در مخازن کروی نگهداری می‌شوند:
- بوتان
- پروپان
- آمونیاک
- اکسیژن
- هیدروژن
- نیتروژن
مزایای مخازن تحت فشار کروی
در کل اگر طراحی و مراحل ساخت مخازن کروی به درستی انجام گیرد،از نظر فیزیکی هیچ نوع نقصی در آن‌ها وجود ندارد. برخی مهم‌ترین مزایای این مخازن شامل موارد زیر می‌باشد:
نرخ انتقال حرارت کمتر به سیال درون مخزن
سیالی که درون مخازن کروی وجود دارد دارای سطح تماس در واحد حجم کمتری در مقایسه با دیواره مخازن دیگر است. به همین دلیل است که مقدار نرخ انتقال حرارت بین بدنه و سیالات درون مخازن، کمتر می‌باشد. اگر مخازن در فصل گرما در معرض تابش مستقیم آفتاب مستقیم و گرمای شدید قرار گیرند، باعث افزایش دمای دمای محتویات آن‌ها خواهد شد. طبق قوانین فیزیک نیز، افزایش دمای سیال، افزایش فشار را در پی دارد. در این صورت با افزایش فشار سیال به آستانه حداکثر فشار قابل تحمل توسط مخزن نزدیک خواهیم شد. مخازن کروی قادرند به خوبی این موضوع را مدیریت کنند و افزایش فشار کمتری را در مقایسه با مخازن استوانه‌ای تجربه می‌کنند.
نیاز به تعمیر و نگهداری کمتر
طراحی و ساخت مخازن کروی به صورت یکپارچه می‌باشد. به همین دلیل است که در مقایسه با دیگر مخازن به نگهداری و تعمیر کمتری احتیاج دارند. مسیرها و دریچه‌های بازرسی اپراتور انسانی که در این مخازن تعبیه می‌شود نیز باید به‌گونه جداگانه‌ای در نظر گرفته شوند. بخشی از بازرسی‌هایی که در مخازن انجام می‌گیرد باید به‌صورت چشمی و در دوره‌های زمانی کوتاه انجام شود. اما بخش دیگر نیز به عنوان بازرسی اساسی می‌باشد و در دوره‌های زمانی چندین ساله انجام می‌شوند.
یکی از رایج‌ترین این تست‌های بررسی مخازن کروی، آزمایش آکوستیک می‌باشد. در این روش مخازن کروی را به‌طور کامل با سیال مشخصی پر می‌کنند تا بتوانند تنش‌ها را به حداکثر مقدار ممکن خود برسانند. بعد از آن حسگرهای آکوستیک بسیار حساسی به دیواره مخزن وصل خواهد شد. به این ترتیب می‌توان ترک‌ها و شکستگی‌های احتمالی را شناسایی کرد تا اقدامات لازم برای تعمیر و نگهداری آن انجام گیرد.
ضخامت پوسته کم
اگر شرایط طراحی مخازن تحت فشار کروی و استوانه‌ای یکسان باشند، ضخامت به‌دست آمده برای مخازن کروی، حدود نصف مخازن استوانه‌ای می‌باشد.
معایب مخازن تحت فشار کروی
در کنار اینکه استفاده از مخازن تحت فشار کروی دارای مزایای فراوانی هستند اما مانند هر وسیله دیگری معایبی نیز دارد. در این مورد می‌توان دو ایراد جدی برای آن‌ها بیان کرد:
طراحی و ساخت پیچیده
با وجود ویژگی‌های برتری که این نوع مخازن نسبت به دیگر انواع آن دارد، روش ساخت مخازن کروی به مراتب پیچیده‌تر می‌باشد. زیرا اینکه بخواهیم ورق‌های فلزی را به‌صورت کره شکل دهیم بسیار دشوار است و به دستگاه‌های پیشرفته با فناوری بالا نیاز می‌باشد. درصورتی‌که ساخت مخازن استوانه‌ای چندان پیچیده نیست. معمولا مخازن استوانه‌ای را در کارگاه می‌سازند و سپس آن را برای نصب به موقعیت مورد نظر منتقل می‌کنند. اگر ورق‌های مخازن کروی در کارگاه با استفاده از روش نورد تولید شوند و سپس به محل پروژه منتقل شوند، مونتاژ ورق‌ها را در محل پروژه انجام می‌دهند.
قیمت بالای مخازن تحت فشار کروی
قیمت ساخت مخازن کروی نسبت به دیگر مخازن تحت فشار با حجم برابر بسیار بالاتر می‌باشد. به همین دلیل از این مخازن تنها در شرایطی استفاده می‌شود که به ذخیره سیال با حجم و فشار بسیار بالا نیاز باشد، در غیر این صورت استفاده از مخازن کروی به صرفه نیست.
ثبت ديدگاه