استانداردهای طراحی مخازن تحت فشار

استاندارد ASME (انجمن مهندسان مکانیک امریکا) یکی از برجسته ترین و مورد اعتماد ترین آیین نامه های بین المللی می باشد که در طراحی و تولید انواع محصولات فلزی مورد استفاده قرار می گیرد. بخش هشتم این استاندارد یا به عبارتی ASME Section 8 به بررسی و تبیین قوانین و مقررات مورد نیاز جهت طراحی و ساخت مخازن تحت فشار می پردازد.

مخازن تحت فشار مخازنی هستند که با فشاری بالاتر از فشار اتمسفر، در حال سرویس هستند. از آنجایی که این مخازن کاربری وسیعی در صنایع مختلف هم چون سختی گیر رزینی و فیلتر شنی دارند این بخش از استاندارد ASME برای ما حائز اهمیت می باشد.

مخزن تحت فشار طبق بخش 8 استاندارد انجمن مهندسان مکانیک امریکا به مخازنی گفته می‌شود که فشار طراحی داخل آن بیش از 15 و کمتر از 3000 پوند بر اینچ مربع باشد. استاندارد اصلی برای طراحی این مخازن توسط انجمن مذکور تدوین شده است و هر چهار سال یکبار بازنگری می‌شود.

• استاندارد ASME-UG 23 : مرتبط با حداقل و حداکثر تنش ها در دماهای مختلف
• استاندارد ASME-UG 27 : تعیین ضخامت پوسته یا بدنه مخازن تحت فشار داخلی
• استاندارد ASME-UG 28 : تعیین ضخامت پوسته یا بدنه مخازن تحت فشار خارجی
• استاندارد ASME-UG 29 : مقاومت حلقه ای یا Ring Stiffness مخازنتحت فشار خارجی
• استاندارد ASME-UG 43 : آیین نامه اتصال لوله، نازل و بوشن به پوسته یا بدنه مخزن
• استاندارد ASME-UG 45: مرتبط با حداقل قطر در مورد نازل ها

فرمول محاسبه حداکثر تنش مجاز در اتصالات مخازن تحت فشار: P=(B/4) ((SuE)/Su,avg)

• B = فشار پیوسته
• E = ضریب تاثیر جوشکاری
• Su = حداقل تنش کششی در نمونه
• Su,avg = تنش نرمال نمونه

در جدول زیر سعی شده است بر اساس جمع بندی از کلیه قوانین مرتبط با مخازن تحت فشار آیین نامه ASME برای تعیین ضخامت، فشار و تنش روابطی ارائه گردد.

• S: تنش (psi)
• P: فشار (psi)
• t: ضخامت (Inch)
• E: ضریب الاستیسیته
• D: قطر (Inch)
• r: شعاع (Inch)

با استفاده از جدول فوق میتوان ضخامت، فشار و تنش مجاز و استاندارد در طراحی مخازن را محاسبه نموده و در ساخت مخازن تحت فشار لحاظ نمود.

یکی دیگر از استاندارد های معتبر جهانی استاندارد BS که اختصار کلمه British standard میباشد. همانگونه که از نام آن مشهود است، استاندارد کشور انگلستان می باشد.
الزامات مرتبط با ساخت و طراحی مخازن تحت فشار در استاندارد انگلاستان BS EN 14015:2004 میباشد.
این استاندارد تمام الزامات وقوانین مرتبط با با ساخت و طراحی مخازن تحت فشار مانند مخزن سختی گیر، فیلتر شنی، منبع کویل دار و سایر مخازن را در 20 بند مختلف بیان کرده است.
ذیلا به بیان چند بند از این اساسنامه پرداخته میشود.

در بند 5 این استاندارد در خصوص فشار طراحی و دمای متریال توضیحات کاملی تبیین گردیده است.
نحوه محاسبه ضخامت بدنه و عدسی ها و طراحی مخازن تحت فشار در این استاندارد در بند 6 بیان شده است. که در این استاندارد از رابطه زیر برای محاسبه ضخامت مخازن توصیه شده است.

• T = ضخامت مخزن
• C = تنش مجاز فلز مورد استفاده در مخزن
• S = قطر مخزن
• D = قطر مخزن
• P= فشار کاری
• W = چگالی سیال
• HC = ارتفاع مفید

بند 7 این استاندارد مرتبط با بارگذاری و نیروی وارده به مخزن میباشد.

یکی دیگر از معتبر ترین استاندارد های جهانی که مربوط به حوزه نفت میباشد استاندارد API میباشد. API نماد مربوط به انستیتو نفت آمریکا میباشد. استاندارد API 650 در مورد تعیین و به محاسبه ضخامت ورقه مخازن تحت فشار پرداخته است. مقدار ضخامت مخزن را با استناد به بند فوق از رابطه زیر می توان بدست آورد:

• t = ضخامت مخزن
• D = قطر مخزن
• H = ارتفاع مخزن
• G = وزن مخصوص
• S = تنش مجاز فلز مورد استفاده در مخزن
• CA = حد مجاز خوردگی

از این استانداردها میتوان در طراحی مخازن مختلفی مانند مخزن سختی گیر آب، مخزن فیلتر شنی، مخازن نگهداری مواد نفتی، شیمیایی و غیره استفاده کرد.