استانداردهای طراحی مخازن اسید سولفوریک

مخزن اسید

استانداردهای طراحی مخازن اسید | استاندارد NACE SP0294-2006

طراحی ، ساخت و بازرسی سیستم های مخازن ذخیره برای نگهداری اسید سولفوریک یا همان مخازن اسید (H2SO4)غلیظ خالص (93 و 98 درصد) و فرآیندی (65 تا 99.5 درصد) و اولئوم ( Oleum {H2SO4.xSO3}:پیروسولفوریک اسید یا سولفوریک اسید دود کننده) در دمای محیط

اسید سولفوریک

اسید سولفوریک (H2SO4) با خورندگی در مقیاس بالا امروزه بعنوان مهم ترین ماده شیمیایی صنعتی شناخته شده است. کربن استیل زمانی که در تماس با اسید سولفوریک غلیظ قرار می گیرد به آرامی خورده می شود.  اگر مخازنی که از جنس کربن استیل هستند به شکل صحیح طراحی و نگهداری شوند استفاده از این مخازن برای نگهداری اسید سولفوریک در دمای محیط بعنوان یک گزینه اقتصادی مطرح است همچنین برای مخازن ضد اسید . با این وجود، در کربن استیل خوردگی با سرعت زیاد می تواند در اشکال مختلف اتفاق بیافتد و موارد متعددی از شکست های  فاجعه بار را به وجود آورد که تماما ناشی از آسیب های مرتبط با خوردگی تشخیص داده نشده می باشد. 

مخازن ذخیره عمودی بزرگ برای نگهداری اسید سولفوریک براساس استاندارد API 650 و مخازن استوانه ای افقی برا اساس استاندارد ASME  کد BPVC (بویلرها و مخازن تحت فشار) بخش VIII ، قسمت 1  ساخته می شوند. با وجود اینکه  این استانداردها یا کدها  میزان  مقاومت و چقرمگی کافی مواد مورد استفاده در ساخت مخازن ذخیره را در اختیار قرار می دهند اما به خصوصیات ویژه خوردگی توسط اسید سولفوریک و اولئوم اشاره ای نمی کنند. در این استاندارد ها یا کدهای ساخت، میزان خوردگی مجاز و نحوه ی کنترل خوردگی، بعهده ی طراح، مالک و یا اپراتور مخزن اسید قرار داده شده است.

استاندارد مورد استفاده درطراحی مخازن اسید سولفوریک

در این استاندارد (NACE SP0294-2006) شیوه های توصیه شده در زمینه طراحی، ساخت و بازرسی برای حفظ یکپارچگی مکانیکی و کاهش پتانسیل خوردگی های شناسایی نشده در مخازن ذخیره اسید سولفوریک غلیظ خالص، مخازن اسید سولفوریک فرآیندی و مخازن نگهداری اولئوم در شرایط محیطی و کم فشار ارائه شده است.

با هدف دفع از هم گسیختگی های فاجعه بار در مخازن ذخیره اسید سولفوریک،به منظور شناسایی و پایش خوردگی، دستور العمل های بازرسی آمده است. جامعه هدف استفاده کننده گان از این استاندارد کارخانه های تولید کننده اسید سولفوریک و مصرف کننده های نهایی هستند که مخازن ذخیره اسید سولفوریک ثابت دارند.

واگن های نفت کش، مخازن تریلرها، کشتی ها و کانتینرهای قابل حمل و جابجایی در دامنه کاربرد این استاندارد قرار نمی گیرند.

استانداردهای طراحی مخازن اسید ممکن است توسط افراد با سمت های مختلفی همچون:

  • بازرسان
  • پرسنل تعمیرات و نگهداری کارگاه
  • مهندسان کارگاه
  • مهندسین مشاور
  • پرسنل شرکت های پیمانکاری
  • و… مورد استفاده قرار گیرد.

محدوده ی وسیعی از صنایع از اسید سولفوریک استفاده می کنند.

صنایعی همچون :

  • صنایع شیمیایی
  • کشاورزی
  • داروسازی
  • صنایع فرآیندی نفت خام مانند
  • واحدهای بهره برداری و پالایشگاهی
  • استخراج فلزات
  • تصفیه پساب ها و سنتزهای شیمیایی.

برای تولید یون نیترونیوم از واکنش اسید سولفوریک با اسید نیتریک استفاده می شود که این یون در فرآیند نیترودار کردن ترکیبات استفاده می شود.

بخش عمده اسید سولفوریک جهان طی فرآیند مرطوب (Wet Process) جهت تولید اسید فسفریک مورد استفاده قرار می گیرد.

استانداردهای طراحی مخازن اسید |استاندارد NACE SP0294-2006

بند 1

1-1 این استاندارد برای کاهش احتمال وقوع خوردگی شناسایی نشده و حفظ یکپارچگی مکانیکی مخازن ذخیره اسید سولفوریک غلیظ خالص، اسید سولفوریک فرآیندی و یا اولئوم که در شرایط اتمسفریک و فشار پایین نگهداری می شوند توصیه هایی برای طراحی، ساخت و روش های بازرسی را ارائه می کند. بمنظور جلوگیری از شکست های فاجعه بار دستورالعمل های بازرسی برای کمک به شناسایی و پایش خوردگی معرفی می شود.

بند 2

 2-1 این استاندارد مخازن نگهداری اسید سولفوریک غلیظ خالص، فرآیندی و الئوم را که از جنس کربن استیل هستند را دربر می گیرد. غلظت های معمول اسید سولفوریک غلیظ خالص، 93 و 98 درصد می باشند. اسید فرآیندی اسیدی است با غلظتی در محدوده ی 65 تا 99.5 درصد که از بازیافت، تغلیظ و یا رقیق شدن در واحد های فرآیندی بعنوان بخشی از فرآیند تولید استفاده می شود. ممکن است در بعضی موارد اسید غلیظ خالص و اسید فرآیندی مجموعا بعنوان اسید غلیظ در این استاندارد بکار برده شوند.

محدوده ی  غلظت های رایج اولئوم  تا 65 درصد است.

بند 3

3-1 این استاندارد برای اسیدهایی که بصورت حجمی و در دمای محیط نگهداری می شوند کاربرد دارد. در شرایطی که جریان ورودی دمایی بالاتر از 40 درجه سلسیوس (104 درجه فارنهایت) دارد، یا مخزن دارای گرمکن می باشد ، و یا موقعیت جغرافیایی به گونه ای است که دما به بیش از 40 درجه سلسیوس می رسد،  نگهداری اسید سولفوریک نیازمند تمهیدات خاصی می باشد. در این موارد باید با مشورت با یک مهندس مواد جنس مواد برای ساخت مخزن اسید یا مخرن ضد اسید و حد مجاز خوردگی تعیین گردد.

بند 4

4-1 مخازن اسید عمودی که برای شرایط اتمسفریک برطبق استاندارد API 650  و فشار کم بر طبق استاندارد API 620 ساخته می شوند تحت شمول استاندارد NACE SP0294 قرار می گیرند. استاندارد API 650 مخازن با شرایط فشار کاری اتمسفریک و API 620 مخازن تا نهایت فشار 100 kPa را شامل می شود. استاندارد NACE SP0294 مخازن افقی که بر طبق استاندارد ASME BPVC (Boiler and Pressure Vessel Code) بخش VIII قسمت 1 ساخته می شوند را نیز دربر می گیرد. مخازن تحت فشاری که برای انتقال اسید بدون استفاده از پمپ به مخازن دیگر استفاده می شوند در دامنه کاربرد این استاندارد قرار نمی گیرند.

بند 5 ، استانداردهای طراحی مخازن اسید

5-1 اسید سولفوریک بکاربرده شده در واحد های آلکیلاسیون و فرآیندهای شیمیایی می توانند نرخ های خوردگی کاملا متفاوتی از اسید سولفوریک غلیظ خالص و فرآیندی داشته باشند. بعلاوه احتمال وقوع اشتعال در فضای بخار مخازن اسید سولفوریک باقی مانده از آلکیلاسیون و فرآیندهای شیمیایی وجود دارد. بنابراین اسید های بکار برده شده در آلکیلاسیون و فرآیندهای شیمیایی در محدوده این استاندارد قرار نمی گیرند.

برای کسب اطلاع از شرایط ذخیره اینگونه اسید سولفوریک ها به استاندارد NACE RP0205 مراجعه نمایید.

بند 6

6-1 اسید سولفوریک غلیظ خالص معمولا در سطح بسیار کمی مواد آلاینده در خود دارد که بر عملکرد خوردگی تاثیری نمی گذارد. در بعضی موارد باتوجه به منشا مواد اولیه و روش تولید میزان کمی هیدروژن سولفید (H2S)، هیدروژن سیانید (HCN)، یا آرسنیک ممکن است در اسید سولفوریک غلیظ خالص وجود داشته باشد. برای مثال اسید سولفوریک غلیظ خالص که با روش گداخت سولفور تولید می شود ممکن است شامل آرسنیک باشد. اسید سولفوریک فرآیندی بخاطر روشی که در فرآیندهای تولید استفاده می شود ممکن است حاوی H2S ، HCN، و As باشد. بنابراین احتمال تاثیر H2S ، HCN، و As بر نحوه ی عملکرد خوردگی اسید سولفوریک غلیظ خالص و فرآیندی در این استاندارد در نظر گرفته شده است.

بند 7

7-1 این استاندارد مبتنی بر “عملکرد مهندسی خوب” (good engineering practice = GEP) می باشد. در این استاندارد فلسفه ی اساسی این است که با یک طراحی و ساخت خوب که با درجه بالایی یکپارچگی سیستم مخزن ذخیره را تضمین می کند و بعد از آن به کمک بازرسی های دوره ای و تعمیر و نگهداری مناسب از شکست های بزرگ اجتناب شود و حوادث کوچک به حداقل کاهش پیدا کند.

مصرف کننده ی نهایی باید به این استاندارد بعنوان راهنما رجوع کند اما در تمام موارد باید:

  • آماده سازی مشخصات فنی مخزن اسید که شامل طراحی، مواد مورد استفاده در ساخت، شیوه ی ساخته شدن ، بازرسی و تست مخزن باشد.
  • انتخاب یک طراح باتجربه و دارای صلاحیت و تولید کننده معتبر مخزن و پیمانکار برای احداث محل قرارگیری مخزن
  • برنامه ریزی برای بازرسی در حین تمام مراحل ساخت و احداث بمنظور حصول اطمینان از اینکه الزامات آورده شده در مشخصات فنی رعایت می شود.
  • بکارگیری مخزن درون محدود های طراحی
  • پایش و نگهداری شرایط مخزن تحت سرویس با بازرسی ها و عملیات تعمیر و نگهداری دوره ای

بند 8

8-1 این استاندارد برای تمام سیستم های مخازن ذخیره اسید سولفوریک که شامل اسید سولفوریک غلیظ خالص یا فرآیندی و یا اولئوم که بصورت ثابت هستند و در شرایط دامنه کاربرد این استاندارد قرار دارند مورد استفاده قرار می گیرد. منظور از سیستم مخازن ذخیره اسید یعنی مخزن ذخیره بهمراه لوله کشی داخل مخزن و همچنین لوله کشی های خارجی در مجاورت مخزن ضد اسید از جمله چرخه لوله کشی پمپ برای گردش مجدد اسید است. لوله کشی تا اولین وسیله ایمنی، شیر انسداد و تخلیه (Double block and bleed valves) و متعلقات ( مانند : ونت زانویی) نیز بخشی از سیستم مخازن ذخیره اسید سولفوریک می شود.

سیستم مخازن اسید سولفوریک  همچنین شامل خاکریز حاشیه ای که بمنظور ایمنی در اطراف مخزن ایجاد می شود (Berm) ، محفظه ایمنی ساخته شده در اطراف مخزن (diking) و مسائل مربوط به جایگذاری مخزن می شود.

  • مخازن های حمل واگنی ریلی
  • مخازن تریلرها
  • کشتی ها 
  • محفظه های قابل جابجایی

در دامنه کاربرد این استاندارد قرار نمی گیرند.

بند 9

9-1  در این استاندارد فقط از نماد %

 برای بیان نسبت جرم اسید سولفوریک به جرم کل مخلوط اسید سولفوریک-آب استفاده می شود.

اصول طراحی مخازن ذخیره اسید سولفوریک

استاندارد طراحی

استاندارد های API 620  و API 650 الزامات ساخت یک مخزن اسید جدید را بر پایه استانداردهای طراحی مخازن اسید ارائه میدهند. معیارهای طراحی ارائه شده در این استاندارد شامل الزامات بیشتر بعنوان مکملی برای الزامات کلی و معمول موجود در استاندارد های API 620 و API 650  برای مخازن دخیره اسید سولفوریک غلیظ خالص و فرآیندی میباشد. مخازن موجود از قبل باید بجهت همخوانی با این استاندارد مورد بررسی قرار بگیرند و در صورت وجود تفاوت های قابل توجه باید اقدامات اصلاحی بمنظور بهبود شرایط مخزن مورد توجه قرار گیرند. برای مخازن موجود از قبل که طراحی آنها با معیارهای ارئه شده در این استاندارد تفاوت دارد به کمک روش بازرسی بر پایه ریسک (RBI) با استفاده از استانداردهای

  • API 510، API RP 579، API RP 580
  • API Publication 581
  •  API 653
  • یا متدهای متناظر باید بازه های بازرسی فنی و همچنین کارایی مخزن برای ادامه سرویس تعیین گردد.

فشار طراحی در استانداردهای طراحی مخازن اسید

 فشار طراحی در مخازن اسید نباید کمتر از ماکزیمم ارتفاع ستون سیال بعلاوه افت فشار سیستم  که از طریق هواکش (Vent) اتفاق می افتد باشد.

سیستم گرمایشی

در زمانی که احتمال بروز یخ زدگی و انجماد وجود دارد باید از یک سیستم گرمایشی مناسب و عایق گاری معقول استفاده شود.

مخازن افقی در استانداردهای طراحی مخازن اسید

4-2  مخازن افقی باید منطیق بر بخش VIII ، قسمت 1 استاندارد ASME BPVC و همچنین با در نظر گرفتن حداقل دمای کاری و وزن مخصوص اسید سولفوریک طراحی و ساخته شوند (شکل های 3 و 4). حد مجاز خوردگی برای این مخازن باید مطابق با معیارهای ارائه شده در بند 2-7 باشد. فشار   345 kPa (50 psig) یک فشار طراحی مرسوم برای مخازن ذخیره افقی می باشد با وجود اینکه مخازن ذخیره افقی معمولا در فشاری پایین تر از 100 kPa (15 psig) کار می کنند.

استاندارد طراحی مخازن اسید

مخازن دخیره عمودی

5-2   این مخازن باید براساس استاندارد های API 620 و API 650 و متناسب با وزن مخصوص و حداقل دمای کاری اسید سولفوریک طراحی شوند (مراجعه به شکل های 3 و 4). حد مجاز خوردگی برای این مخازن باید مطابق با معیارهای ارائه شده در بند 2-7 باشد.

جنس مصالح مورد استفاده در ساخت مخازن ذخیره اسیدسولفوریک

1-6-2  کرین استیل

کربن استیل فلزی است که از آن بطور گسترده ای برای ساخت مخازن ذخیره اسید سولفوریک در محدوده ی غلظت و دماهای آورده شده در این استاندارد استفاده می شود.

تنها باید از کربن استیلی استفاده شود که الزامات مربوط به استحکامی را که در ادامه می آید داشته باشد.

خصوصیات مکانیکی مصالح، جوش ها و نواحی متاثر از جوش (HAZs) باید مطابق با کدها (مانند : ASME BPVC, Section VIII, Division 1) یا استاندارد های قابل قبول (مانند: API 650, Section 2  یا API 620, Section 4) باشد تا از جد مناسب استحکام در بدترین شرایطی که مخزن اسید می تواند در سروییس قرار گیرد اطمینان حاصل شود. علاوه بر این، مصالح مورد استفاده در ساخت باید برای استفاده در حداقل دمای طراحی فلز مناسب باشند مطابق با استانداردهای API 650, Section 2 (Materials); API 620, Section 4 (Materials); or ASME BPVC, Section VIII, Division 1, Paragraph UCS-66.

 

 

رای کاربران
[امتیاز کلی: 2 میانگین: 5]