توضیحات:
گزارش کارآموزي اصول ساخت مخازن تحت فشار در 30 صفحه ورد قابل ويرايش


« دستور العمل طراحي مخازن تحت فشار »

مقدمه :

همانطور که مي دانيم مخازن تحت فشار از جمله تجهيزاتي هستند که نه تنها در شاخه نفت و پتروشيمي بلکه در اغلب صنايع اصلي نظير نيروگاه و حمل و نقل از کاربرد ويژه و قابل توجهي برخوردار بوده و از اينرو توجه به مقوله طراحي و ساخت آنها از اهميت ويژه اي برخوردار است .

آنچه در اين مقاله بدان پرداخته شده است, بيشتر جنبه راهنمائي داشته و هدف ارائه مطالبي است که به نظر نويسنده براي طراحي و ساخت يک مخزن تحت فشار با توجه به استاندارد

ASME BOILER& PRESSURE VESSLES CODE(SEC.VIII, DIV.1)

لازم و ضروري بوده و طبعا نمي تواند تمامي نکته ها و مسائل حاشيه اي اين موضوع را در بر داشته باشد . مطالب ارائه شده به ترتيب شامل آشنائي با تعاريف اوليه, انتخاب مواد, و نکات مهم در فرآيند ساخت يک مخزن تحت فشار از نگاه توليد و مسائل مربوط به آن است .

جهت آشنائي بيشتر با سرفصلهاي مندرج در استاندارد ASME و امکان مراجعه به مباحث تکميلي در هر زمينه در اينجا به معرفي عناوين مزبور ميپردازيم :

U – Introduction

UG – General requirements for all methods of construction and all materials

UW – Requirements for pressure vessels fabricated by welding

UF - Requirements for pressure vessels fabricated by forging

UB - Requirements for pressure vessels fabricated by brazing

UCS - Requirements for pressure vessels constructed of carbon and low alloy steels

UNF - Requirements for pressure vessels constructed of nonferrous materials

UHA - Requirements for pressure vessels constructed of alloy steel

UCI - Requirements for pressure vessels constructed of cast iron

UCL - Requirements for welded pressure vessels constructed of material with corrosion resistant integral cladding , weld metal overlay cladding , or with applied lining

UHL - Requirements for pressure vessels constructed of ferritic steels with tensile properties enhanced by heat treatment

ULW - Requirements for pressure vessels constructed by layered construction

ULT – Alternative rules for pressure vessels constructed of materials having higher allowable stresses at low temperature .

تعاريف اوليه :

مخزن تحت فشار : بطور کلي هر مخزني که اختلاف فشار داخلي و خارجي آن برابر و يا بيشتر از 15 psi ( و کمتر از 3000 psi ) بوده , قطر داخلي آن از 6 in بيشتر و داراي حجم 120 گالن باشد يک مخزن تحت فشار ناميده مي شود و شامل مقررات مندرج در ASME SEC. VIII DIV.1 ميگردد ( جهت کسب اطلاعات بيشتر به پاراگراف U-1 مراجعه شود ) .

در عين حال يادآور مي شود که توجه به شرايط عملکردي و محيطي مخزن ( اعم از قرار گرفتن در سرويسهاي خطرساز و يا آتش گير ) ميتواند در نحوه طراحي، ساخت ، آزمايشات و نهايتا کيفيت کاري مورد نياز جهت تعيين عملکرد مخزن در سرويسهاي خاص بهره برداري تاثير به سزائي داشته باشد .

فشار و دماي کاري : فشار و دمايي است که مخزن تحت آنها به عملکرد عادي خود مي پردازد .

فشار طراحي ( UG-21 ) : فشاري است که جهت تعيين حداقل ضخامت مجاز براي اجزاء مختلف مخزن تحت فشار در نظر گرفته مي شود و معمولا 10% و يا 30 psi ( هر کدام که بزرگتر باشد) بيشتر از فشار عملياتي آن مي بشد . چنانچه مخزن داراي ارتفاع قابل توجهي باشد ( بيشتر از 10 متر ) لازم است که فشار استاتيکي ناشي از وزن سيال نيز به رقم مزبور اشافه گردد . در مورد مخازني که بطور معمول در شرايط خلاء کار مي کنند و يا اينکه امکان خلاء براي آنها محتمل است بايد طراحي با در نظر گرفتن پديده خلاء کامل صورت پذيرد .

درجه حرارت طراحي ( UG-20) : اين پارامتر نقش مهمي در طراحي يک مخزن تحت فشار ايفا مي کند چرا که مستقيما با مقدار تنش مجاز فلز بکار رفته در ساخت مخزن ارتباط دارد . به عنوان يک پيشنهاد مي توان براي مخازني که فعاليت آنها در محدوده قرار دارد بر اساس RATING فلنجهاي بکار رفته در آنها اقدام به تعيين درجه حرارت طراحي نمود چرا که حداکثر تنش مجاز براي فولادهاي کربني و کم آلياژ در محدوده فوق عمدتا ثابت است . براي مخازن با فولاد کربني که شرايط دمائي بهره برداري از آنها نزديک به محيط اطراف مي باشد تعيين حداقل درجه حرارت شکست ترد همواره وجود خواهد داشت . يادآوري ميشود که آيين نامه در هيچ حالتي اجازه استفاده از درجه حرارت بالاتر از 1000 براي فولادهاي کربني و 1200 براي فولادهاي کم آلياژ را نمي دهد .

حداکثر فشار کاري مجاز (UG-98 ) : فشاري است که تحت آن فشار ، ضعيفترين عضو مجموعه به نقطه نهائي تنش تسليم خود مي رسد و اين در حالي است که مخزن در شرايط ذيل قرار داشته باشد :

خوردگي ، دماي طراحي ، وضعيت جغرافيائي طبيعي ، تاثير بار گذارهاي گوناگون از قبيل باد ، فشار خارجي و فشار هيدرواستاتيک .

معمولا سازندگان مخازن تحت فشار مقدار M.A.W.P را با توجه به مقاومت عدسي و يا پوسته مخزن تخمين مي زنند و اجزاء کوچک مثل فلنج يا دريچه ها را مبناي محاسبه قرار نمي دهند .

عبارت MAWP (new & cold) يکي از رايج ترين اصطلاحات در اين زمينه بوده و اشاره به شرايط ذيل دارد :

New ( بدون خوردگي )
Cold ( فاقد شرايط دماي طراحي – در دماي اتاق )

بنابراين با توجه به تعريف اصلي MAWP خواهيم داشت :

MAWP < MAWP

فشار تست هيدرواستاتيک ( UG-99) : فشار اين تست 5/1 برابر فشار طراحي و يا مساوي با MAWP در نظر گرفته ميشود . البته با احراز شرايط Addenda 99 ميتوان فشار مورد نظر را 3/1 برابر فشار طراحي نيز در نظر گرفت :

ماکزيمم تنش مجاز ( UG-23) : مقدار اين کميت بستگي به جنس ماده بکار رفته در ساخت مخزن داشته و مستقيما با خواص مکانيکي ماده تشکيل دهنده مخزن در ارتباط است . به عنوان مثال ، کميت مورد نظر براي ماده SA 516 Gr. 70 بابر با 17500 psi ( psi 20000 با توجه به شرايط Addenda 99 ) مي باشد .

استحکام اتصالات ( UW-12) : مقداراين پارامتر (E) بستگي به نحوه اتصالات و درصد راديوگرافي آنها دارد . در مورد مخزني که قرار است بطور کامل راديوگرافي شود ( فشار طراحي بالاتر از 50 psi براي بويلر بخار، حاوي مواد سمي و يا ضخامت بيشتر از براي C.S و براي S.S) ، لازم است تا کليه خطوط A و D بصورت صد در صد و خطوط C و B ( به شرط اينکه از لوله 10in و يا ضخامت فراتر رفته باشد ) راديوگرافي شوند . اما اگر قرار باشد که مخزني بصورت موضعي راديوگرافي شود ، آنگاه محلهاي اتصال خطوط B و C با خطوط دسته A ( شامل نازلهاي با قطر بيش از از 10 in و ضخامت 1in ) و محل تماس مقاطع بدون درز مخزن يا عدسي ها وقتيکه طراحي جوشهاي A و D بر مبناي استحکام 1.00 يا 0.9 صورت ميپذيرد ، بايد بطور موضعي راديوگرافي شوند . ( شکل 1)

چنانچه مخزني فاقد هرگونه راديوگرافي طراحي شده باشد آنگاه بايد حائز يکي از شرايط زير باشد :

الف – تنها فشار خارجي وجود داشته باشد .

ب- طراحي اتصالات بدون در نظر گرفتن تست راديوگرافي صورت پذيرفته باشد .



شکل ( 1) نام گذاري انواع جوشهاي طولي و عرضي بر روي يک مخزن



در اينجا لازم است تا با انواع بارگذاريهاي ممکن بر روي يک مخزن تحت فشار آشنا شده و از اين راه اهداف طراحي و چگونگي آن جهت نيل به مقاصد اصلي را شناسائي کنيم . خلاصه اي از انواع بارگذاريهائي که ميتواند بر مخزن تحت فشار اعمال شود در زير مشاهده ميگردد :

1- فشار داخلي ( يا خارجي )

2- وزن مخزن

3- بارهاي استاتيکي ناشي از لوله هاي اتصال ، تجهيزات متصل به مخزن ، ادوات داخلي و ...

4- بارهاي ديناميکي مربوط به تغييرات فشار يا دماي مخزن

5- نيروهاي ناشي از اثرات باد و زمين لرزه

6- بارهاي ضربه اي ناشي از پديده ضربه قوچ

7- تنش ناشي از گراديان دمائي وابسته به زمان (اثر خزش )

معمولا در فرآيند طراحي يک مخزن تحت فشار ، چنانچه مخزن درشرايط خاصي قرار نداشته باشد ميتوان براي راحتي کار ، اثرات بارهاي استاتيکي ، ديناميکي، ضربه اي و همچنين پديده خزش را ناديده گرفته و بدين ترتيب فقط تنش ناشي از فشار داخلي ( يا خارجي و نيز وزن مخزن به همراه اثرات باد و زمين لرزه در طراحي يک مخزن تحت فشار نقش اساسي ايفا مي کنند .

با توجه به گوناگوني شرايط بارگذاري و همچنين فرآيندهاي توليد ورق و ديگر اجزاء مورد نياز يک مخزن تحت فشار ، تنشهاي ايجاد شده را ميتوان به 3 گروه عمده دسته بندي نمود :

1- تنش کششي

2- تنش فشاري

3- تنش پوسته اي اوليه ( تنش پسماند )