نمای کلی از اصول اولیه کشتی: ساختار ، اصل و عملکرد

1. تعریف کشتی فشار
بوها رگ فشار یک ظرف مهر و موم شده است که قادر به تحمل دیفرانسیل فشار داخلی یا خارجی است. آنها به طور گسترده ای برای ذخیره رسانه های مختلف ، مانند مایعات ، گازها و بخار ، به ویژه در فرآیندهای صنعتی که نیاز به بهره برداری تحت فشار زیاد یا کم دارند ، استفاده می شود. کشتی های فشار تجهیزات ضروری در صنایع شیمیایی ، نفت ، گاز طبیعی ، نیرو و دارویی هستند.
در بسیاری از کاربردهای صنعتی ، کشتی های فشار نه تنها مواد را ذخیره می کنند بلکه عملکردهای پیچیده ای مانند واکنش ، تبخیر و جداسازی را انجام می دهند. از آنجا که فشار داخل عروق فشار اغلب به طور قابل توجهی بالاتر از فشار اتمسفر است ، طراحی ، ساخت و نگهداری آنها باید به شدت از استانداردهای ملی و مشخصات صنعت پیروی کند.

2 ساختار اساسی کشتی های فشار
طراحی ساختاری یک رگ فشار باید عوامل مختلفی از جمله ظرفیت فشار آن ، ویژگی های رسانه مورد استفاده و شرایط دما را در نظر بگیرد. ساختار اساسی آن در درجه اول از پوسته ، کلاه های انتهایی ، ساختارهای پشتیبانی ، اتصالات و دستگاه های ایمنی تشکیل شده است. در زیر توضیح مفصلی در مورد هر مؤلفه است:
الف) پوسته
پوسته بدنه اصلی رگ فشار است که در درجه اول مسئول حمل فشار داخلی است. طراحی پوسته بسته به شکل کشتی متفاوت است.
پوسته استوانه ای: این رایج ترین شکل کشتی فشار است. برای اکثر برنامه ها مانند مخازن ذخیره سازی و راکتور مناسب است. عروق استوانه ای تولید نسبتاً آسان است ، ساختار پایدار دارند و به طور مؤثر فشار را توزیع می کنند.
پوسته کروی: پوسته های کروی یکنواخت ترین توزیع فشار را ارائه می دهند و می توانند در برابر فشارهای داخلی و خارجی بالاتر مقاومت کنند. بنابراین ، آنها اغلب در کشتی هایی استفاده می شوند که باید در برابر فشارهای بسیار بالا مانند ظروف ذخیره سازی گاز مایع مقاومت کنند. با این حال ، ظروف کروی برای تولید گران تر هستند و از ظروف استوانه ای کمتر رایج هستند.
پوسته بیضوی یا نیمکره: این طرح مزایای ظروف استوانه ای و کروی را ترکیب می کند ، و آن را برای کاربردهای بسیار پر فشار و مقاومت بیشتر در برابر فشار مناسب می کند. آنها معمولاً در دیگهای بخار با فشار بالا یا برخی از راکتورهای شیمیایی تخصصی استفاده می شوند.
ب) سرها
سرها انتهای یک رگ فشار ، آب بندی و تا حدی فشار را جذب می کنند. طراحی و شکل یک سر به طور کلی با شکل خود کشتی مطابقت دارد. ضخامت و شکل سر بسته به فشار تحمل شده متفاوت است.
سر نیمکره: این شکل سر به طور مساوی فشار داخلی را توزیع می کند و معمولاً در انتهای عروق کروی یا استوانه ای مورد استفاده قرار می گیرد تا غلظت استرس را به حداقل برساند. سرهای بیضی: مناسب برای کشتی های فشار کم و متوسط. شکل آنها به توزیع یکنواخت استرس در کشتی کمک می کند و معمولاً در مخازن ذخیره سازی در صنایع شیمیایی و نفتی یافت می شود.
سرهای مخروطی: سرهای مخروطی اغلب در پایین عروق ، به ویژه برای عروق کم فشار یا در جایی که به زهکشی مایع مورد نیاز است ، استفاده می شود.
ج) ساختارهای پشتیبانی
ساختارهای پشتیبانی از وزن کل رگ فشار پشتیبانی می کنند و به طور معمول در پایین یا طرف کشتی نصب می شوند. آنها ثبات را تضمین می کنند و به دلیل گرانش یا لرزش از کج یا جابجایی جلوگیری می کنند.
ساختارهای پشتیبانی شامل پاها ، قاب های بلند کردن و پایه ها هستند. سازه های پشتیبانی باید بر اساس اندازه کشتی و محیط عملیاتی طراحی شوند تا از ایمنی و ثبات اطمینان حاصل شود.
د) نازل ها
نازل ها قسمت هایی از یک کشتی فشار هستند که لوله ها ، دریچه ها ، ابزارها و سایر تجهیزات را به هم وصل می کنند. انواع متداول شامل درگاه های خوراک ، درگاه های اگزوز ، بنادر تخلیه و پریزهای گاز است.
نازل ها باید برای اطمینان از اتصال ضد نشت و جلوگیری از نشت در هنگام فشار کشتی طراحی شوند. آنها به طور معمول با جوشکاری یا نخ به بدنه کشتی متصل می شوند. ه) شیر تسکین ایمنی
برای جلوگیری از انفجار یا پارگی به دلیل فشار بیش از حد داخلی ، عروق فشار باید به یک دستگاه ایمنی مجهز شوند که رایج ترین آنها شیر ایمنی است. یک شیر ایمنی به طور خودکار فشار داخلی را تشخیص می دهد و هنگامی که فشار بیش از یک مقدار مشخص باشد ، برای آزاد شدن فشار اضافی باز می شود و از این طریق کشتی را از آسیب محافظت می کند.

علاوه بر دریچه های ایمنی ، سایر دستگاه های تسکین فشار شامل دیسک های ترکیبی و دریچه های تخلیه اضطراری است.

3. اصل کار کشتی های فشار
اصل کار عروق فشار در درجه اول حول نوسانات فشار و دما در محیط داخلی و همچنین استحکام مادی خود کشتی می چرخد. موارد زیر چندین اصل کار کلیدی است:
الف) اثرات فشار داخلی
عملکرد اصلی یک رگ فشار مقاومت در برابر دیفرانسیل فشار داخلی یا خارجی است. در حین کار ، گاز یا محیط مایع در داخل کشتی فشار خاصی را تجربه می کند. هرچه فشار بیشتر باشد ، استرس روی کشتی بیشتر می شود. برای اطمینان از ایمنی کشتی ، ضخامت ، مواد و سایر مؤلفه های اصلی دیواره کشتی باید بر اساس حداکثر فشار که در برابر آن مقاومت می کند ، طراحی شوند.
ب) انتقال فشار
در یک رگ فشار ، فشار در سراسر ساختار از طریق دیواره رگ منتقل می شود. در حالی که فشار داخلی به طور مساوی در سراسر دیواره رگ توزیع می شود ، ممکن است غلظت استرس قابل توجهی در مناطقی مانند کلاه انتهایی و مفاصل رخ دهد. بنابراین ، این مناطق به طور معمول نیاز به تقویت اضافی دارند.
ج) تأثیر دما بر رگهای فشار
دمای داخل یک رگ بر تراکم و ویسکوزیته محیط تأثیر می گذارد و در نتیجه فشار درون کشتی تأثیر می گذارد. افزایش درجه حرارت می تواند باعث شود که مواد دیواره کشتی گسترش یا نرم شود ، بنابراین اثرات دما بر استحکام مواد عروق باید در طول طراحی در نظر گرفته شود. عروق فشار مورد استفاده در دماهای بالا اغلب از مواد مقاوم در برابر درجه حرارت بالا استفاده می کنند.
د) توزیع استرس در کشتی ها
توزیع استرس در کشتی های فشار ناهموار است. به طور معمول ، انتهای (انتهای) کشتی استرس بیشتری را تجربه می کند. برای جلوگیری از ترک خوردگی یا تغییر شکل در این مناطق ، این طرح نیاز به افزایش ضخامت دیواره یا ویژگی های ساختاری تخصصی دارد.

4. توابع کشتی های فشار
عملکرد کشتی های فشار محدود به ذخیره یا حمل مواد نیست. آنها همچنین انواع فرآیندهای پیچیده صنعتی را در بر می گیرند. توابع خاص به شرح زیر است:
الف) ذخیره سازی
یکی از متداول ترین کارکردها ، ذخیره گازها ، مایعات یا بخارات است. به عنوان مثال ، در صنعت پتروشیمی ، از کشتی های فشار اغلب برای ذخیره گاز طبیعی مایع (LNG) یا سایر مایعات شیمیایی استفاده می شود. در سیستم های هوای فشرده ، کشتی های فشار برای استفاده آماده ، گازهای فشار بالا را ذخیره می کنند.
ب) واکنش
در بسیاری از صنایع مانند صنایع شیمیایی ، نفت ، گاز و دارویی به عنوان راکتور به عنوان راکتور استفاده می شود. واکنشهای شیمیایی یا فیزیکی تحت فشار زیاد برای تولید مواد شیمیایی یا واسطه های مورد نظر انجام می شود. فشار بالا در طول واکنش به سرعت بخشیدن به سرعت واکنش یا افزایش عملکرد کمک می کند.
ج) عملکردهای گرمایش و سرمایش
برخی از کشتی های فشار نیز دارای عملکردهای گرمایشی یا سرمایش هستند. به عنوان مثال ، در یک سیستم تبادل گرما ، ممکن است از یک کشتی فشار به عنوان بخشی از مبدل حرارتی برای انتقال گرما از یک رسانه به محیط دیگر استفاده شود. دیگهای بخار و بخاری های آب نیز در این گروه قرار می گیرند و معمولاً برای تولید بخار یا آب گرم استفاده می شوند.
د) توابع فشرده سازی و انبساط
از عروق فشار نیز معمولاً برای فشرده سازی یا گسترش گازها استفاده می شود. به عنوان مثال ، گاز طبیعی اغلب برای ذخیره و حمل و نقل در کشتی های فشار قوی فشرده می شود. سیستم های هوای فشرده همچنین کاربرد اصلی کشتی های فشار است.

5. ایمنی کشتی فشار
از آنجا که عروق فشار اغلب در معرض فشار بالا و درجه حرارت بالا قرار می گیرند ، اطمینان حاصل می کنند که ایمنی آنها مهم است. نکات کلیدی در طراحی ایمنی کشتی های فشار شامل موارد زیر است:
انتخاب مواد: موادی با مقاومت بالا ، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر خستگی باید انتخاب شود. مواد معمولاً مورد استفاده شامل فولاد کربن ، فولاد ضد زنگ و فولاد آلیاژ هستند که می توانند در برابر درجه حرارت و فشارهای بالا مقاومت کنند.
مشخصات طراحی: طراحی باید کاملاً به مشخصات و استانداردهای طراحی مربوطه رعایت کند. استانداردهای بین المللی متداول شامل دیگ بخار ASME و کد کشتی فشار (BPVC) است که الزامات مربوط به طراحی ، ساخت و بازرسی کشتی های فشار را مشخص می کند.
بازرسی و آزمایش: بازرسی منظم عروق فشار بسیار مهم است ، از جمله بازرسی خارجی ، بازرسی آندوسکوپی و آزمایش غیر مخرب (مانند آزمایش اولتراسونیک و آزمایش اشعه ایکس). این آزمایشات می تواند فوراً خطرات پنهان مانند ترک و خوردگی را تشخیص دهد و از تصادفات جلوگیری کند.
دستگاه های ایمنی: کشتی های فشار باید مجهز به دریچه های ایمنی یا دستگاه های تسکین فشار باشند. هنگامی که فشار درون کشتی از آستانه ایمنی فراتر رود ، این دستگاه ها به طور خودکار برای آزاد کردن فشار اضافی باز شده و از منفجر شدن یا پارگی کشتی جلوگیری می کنند.

6. کاربردهای کشتی فشار
کشتی های فشار به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند ، در درجه اول در صنایع که نیاز به کار در شرایط فشار زیاد یا کم دارند:

صنعت پتروشیمی: برای ذخیره گاز نفتی مایع ، گاز طبیعی ، مواد شیمیایی و نفت استفاده می شود.

صنعت انرژی: دیگهای بخار ، ژنراتورهای بخار و مبدل های حرارتی برای ذخیره و انتقال گرما به کشتی های فشار نیاز دارند.

صنعت داروسازی: از عروق فشار برای واکنش های دارویی ، عقیم سازی و ذخیره گاز استفاده می شود.

صنعت مواد غذایی و آشامیدنی: از کشتی های فشار برای گرمایش ، سرمایش و پردازش غذاهای مایع استفاده می شود. $ $