در صنایع شیمیایی، مواد ارزشمند، مانند بنزین یا گاز مایع طی فرایندهای مختلفی از مواد شیمیایی خام مانند نفت خام جدا میشود و یا از آنها بوجود می‌آید. چند راه برای انتقال مواد خام از منابع تامین‌کننده به واحد فرایندی وجود دارد که بر حسب مورد و شرایط از یکی از آنها مانند خطوط انتقال و یا تانکر استفاده میشود. همچنین محصولات تولیدی نیز به روشهای مختلف به بازار داخلی و یا خارجی عرضه می شود. به دلایل زیادی از جمله یکسان کردن کیفیت محصول، اندازه گیری حجم محصول جهت فروش، امکان بارگیری و انتقال به تانکر و یا کشتی در حداقل زمان ممکن و ... سبب می شود تا مواد محصول را بعد از تولید در مخازن یا تانکهای مناسب ذخیره نمایند. از اصطلاح تانک برای ظروف ذخیره سازی بزرگ و با کاربرد جابجا کردن، ذخیره سازی، اندازه گیری و حمل و نقل مایعات استفاده میگردد.
به عبارت دیگر مخازن چند وظیفه اصلی به عهده دارند:
1- ذخیره مواد اولیه و خوراک واحدها
2- ذخیره مواد واسطه، که در فرایند تولید می شود
3- ذخیره فرآورده‌ها
4- ذخیره مواد برای بارگیری و پخش
5- همسان نمودن کیفیت محصول
6- معیاری جهت اندازه گیری حجم خوراک و محصول تولید شده
به طور کلی یک تقسیم بندی جامع و یکسان برای مخازن ذخیره وجود ندارد.
طبقه بندی مخازن می تواند از دیدگاههای متفاوتی مانند شکل هندسی، نوع سیال و
یا برحسب فشار بخار ماده ذخیره شده در آن باشد.
بطور کلی می توان
مخازن ذخیره‌سازی را به دو دسته کلی مخازن روباز و دربسته تقسیم بندی نمود.
گازها، سیالات آتشگیر، مواد شیمیایی خطرناک مثل اسیدها یا بازها و سیالاتی
که از خود گازهای سمی منتشر می‌کنند، باید در مخازن دربسته نگهداری و
ذخیره شوند.
از مخازن دربسته می توان به مخازن با سقف ثابت، مخازن سقف شناور، مخازن کروی، استوانه‌ای و مخازن سرد اشاره نمود.
با توجه به این‌که مواد گوناگون دارای خواص شیمیایی و فیزیکی مختلفی هستند، لذا نحوة ذخیره سازی مناسب آنها با یکدیگر تفاوت دارد.
از مهمترین پارامترهایی که باید در انتخاب نوع مخزن مورد توجه قرار گیرد، می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
1-فراریت یا به عبارت دیگر فشار بخار،
2-سمیت
3-میزان آتشگیری ماده مورد نظر
1- تانک های درباز
مخازن ذخیره سازی روباز، یکی از ساده‌ترین اشکال
مخازن بوده و به شکل دیواره ای بدون سقف می‌باشند. از این نوع مخازن بدلیل
نبود سقف و تماس سیال با محیط بیرون برای ذخیره سازی موادی استفاده
می‌گردند که:
1- میزان فراریت آنها بسیارکم باشد، زیرا بالا بودن میزان فراریت باعث تبخیر و اتلاف ماده می شود
2- خاصیت اشتعال زایی نداشته باشند، زیرا امکان بروز آتش‌سوزی بوجود می آید
3- مواد گران قیمتی نباشند، زیرا امکان آلوده شدن ماده وجود دارد مگر آنکه
خالص بودن سیال اهمیت چندانی نداشته باشد و یا قبل از استفاده تصفیه شود.
این
دسته از مخازن ذخیره‌سازی عموماً دارای اندازه‌های بزرگی هستند. تانکهای
باز معمولاً در محدوده قطرهای تا 70 متر و عمق تا 7 متر و بعضاً بزرگتر
ساخته می‌شوند. جنس این مخازن ممکن است از استیل، بتون و... باشد.
از
جمله موادی که در این مخازن ذخیره می شوند آب، آب نمک، کودهای شیمیایی که
به شکل دوغاب هستند و ... می تواند نام برد. مخازن ذخیره آب نمک در واحدهای
کلرآلکالی پتروشیمی ها از این نمونه هستند.
2- مخازن با سقف ثابت
این مخازن در مواردی بکار می‌روند که:
1- فشار بخار مایع ذخیره شونده کم و یا ناچیز باشد
2- ماده مورد نظر آتشگیر یا سمی بوده و یا خلوص آن اهمیت داشته باشد.
لازم
به ذکر است که چنانچه فشار بخار سیال ذخیره شده بالا باشد، تمایل زیاد
مایع به تبخیر، سبب تشدید پدیده‌ای به نام اتلاف تنفسی در این نوع مخازن
میگردد که سبب از بین رفتن مقادیری از مواد شده و در صورتیکه مواد سمی و
یا آتشگیر باشند، مسائل و مشکلات ایمنی و محیط زیستی را نیز به همراه خواهد
داشت.
این نوع از مخازن دارای دیواره‌ای استوانه‌ای شکل با کف و سقف
می‌باشند. غالباً کف آنها را صاف و سقف را به اشکال مخروطی و گنبدی
میسازند.
نسبت ارتفاع به قطر در طراحی این مخازن مهم میباشد، و برای
بدست آوردن این نسبت نکات مختلفی مورد توجه قرار می‌گیرد. به عنوان مثال
عواملی چون کم بودن فضای موجود برای نصب مخزن، زیاد بودن فراریت ماده‌ای که
باید در مخزن ذخیره شود و بالا بودن سرعت ته‌نشین شدن مواد می‌تواند
دلایلی برای انتخاب مخازنی با قطر کمتر و ارتفاع بیشتر گردد. تحمل کم خاک
زیر مخزن می‌تواند دلیلی برای انتخاب یک مخزن با قطر بالا و ارتفاع کم
باشد.
از جمله موادی که در این مخازن ذخیره میگردد به آب و ترکیبات
سنگین مانند آکریل آمید، دی اتیل پیروکربنات، دی ایزو پروپیل فلوئوروفسفات،
کاستیک، نفت کوره، Soil و موادی از این قبیل می‌توان اشاره نمود.
3- مخازن با سقف شناور
این مخازن داری دیواره‌ای استوانه‌ای شکل، کف و سقف شناور می‌باشند. دو نوع از این مخازن طراحی و ساخته می شوند:
1-مخازن سقف شناوری که سقف ثابت ندارند و سقف شناور با فضای باز در ارتباط
است و اصطلاحا مخازن سقف شناور از نوع خارجی یا EFRT نامیده می شوند.
2-مخازن
سقف شناوری که علاوه بر سقف شناور به یک سقف ثابت نیز مجهز هستند و
اصطلاحا مخازن سقف شناور از نوع داخلی یا IFRT نامیده می شوند.
تفاوت
اصلی این دو نوع مخزن در وجود یک سقف ثابت است و بهمین دلیل هر یک از این
انواع مخازن کاربرد مخصوص به خود را دارا میباشد. هر دو نوع آنها برای
موادی مورد استفاده قرار می گیرند که میزان فراریت مواد ذخیره شده در آنها
بالا و فشار بخار در حدود psig5/0 باشد و در صورتیکه ماده مورد نظر خواص
سمیت و آتشگیری کمی داشته باشد از نوع EFRT و در صورت بالا بودن سمیت و یا
آتشگیری ماده مورد نظر از IFRT استفاده خواهد گردید. از جمله
مزیت های سقف ثابت روی سقف شناور :
1-محافظت سقف شناور و سیستم های آب بندی از عوامل جوی مانند باران، برف و باد
2-جلوگیری کامل از نشت مواد سمی و آتش گیر
3-امکان اعمال فشار مثبت روی سقف شناور به کمک گاز ازت به منظور جلوگیری از نوسان و کج شدن سقف شناور
سقف
شناور روی سطح مایع قرار گرفته و زمانی که ارتفاع سطح مایع در مخزن به هر
دلیلی مثل پر کردن و خالی کردن مخزن و یا شرایط عملیاتی تغییر می کند، سقف
شناور نیز بالا و پایین می رود. قرار گرفتن سقف شناور بر روی سطح مایع سبب
میگردد که فشار بر روی سطح مایع زیاد گردد و این افزایش فشار از میزان
فراریت ماده ذخیره شده می‌کاهد چراکه بالاتر بودن فشار فضای روی سیال نسبت
به فشار بخار مایع باعث جلوگیری از تبخیر ماده می شود. موادی چون نفت خام
را در EFRT? و متانول، MTBE، و ... را در IFRT ذخیره می کنند.
4- مخازن کروی و استوانه‌ای
در صورتیکه فشار بخار ماده مورد نظر در
حدود بین 5/0 تا psig50 باشد از مخازن کروی و استوانه‌ای افقی استفاده
میگردد. البته در این محدوده فشاری مخازن استوانه‌ای افقی ترجیح داده می
شوند ولی بر حسب شرایط عملیاتی خصوصاً چنانچه به حجم زیادی برای ذخیره سازی
نیاز باشد، از مخازن کروی استفاده میگردد.
در صورتیکه فشار بخار ماده
مورد ذخیره سازی بالاتر از psig50 باشد، باید حتماً از مخازن کروی استفاده
نمود. با توجه به ساختار فیزیکی و هندسی این مخازن که بصورت متقارن
می‌باشند تحمل فشار در آنها از سایر مخازن بیشتر بوده از اینرو عموماً از
آنها برای ذخیره سازی مواد در حجم های نسبتا بالا و فشار زیاد استفاده
میگردد. معمولاً ظرفیت آنها در محدوده 1000 تا 25000 بشکه و فشارآنها از
محدوده Psig 10 تا psig 200 میباشد. این مخازن دارای جداره کروی شکل بوده و
دیواره آنها با استفاده از صفحات خمیده ساخته شده است. معمولاً این صفحات
در محل، جوش داده و نصب می‌گردند.
این مخازن دارای مزایایی از جمله موارد زیر هستند:
1-در ظرفیت های مساوی، سطح مخزن کروی 88% سطح مخازن استوانه ای میباشد که علاوه بر مسائل اقتصادی باعث کاهش انتقال حرارت میگردد.
2-در صورت بروز نشتی در مخازن با فشار بالا و بروز پدیده فلاش، امکان
یخ‌زدگی وجود خواهد داشت. در مخازن کروی که نیاز به زیرسازی و فونداسیون
کمتری نسبت به مخازن استوانه ای میباشد، خطر یخ ز‌دگی خاک به علت عدم تماس
وجود ندارد .از این مخازن بطور وسیعی در ذخیره سازی موادی چون کلر مایع،
آمونیاک بی آب ، دی اکسید گوگرد، اکسید اتیلن، دی اکسید کربن، وینیل کلراید
مونومر، برش‌های سبک نفتی(Light end) و .... در صنایعی چون کاغذسازی،
واحدهای تولید سود سوزآور، سفید کننده ها، واحدهای تصفیه آب و فاضلاب،
صنایع پالایش نفت و پتروشیمی، تولید کودهای شیمیایی، تولید PVC و ....
استفاده میگردد.
5- مخازن سرد
مخازن سرد جهت نگهداری گازهای مایع و موادی با نقطه
جوش پایین و غالبا زیر صفر درجه سانتیگراد مورد استفاده قرار می گیرند. با
توجه به پایین بودن دمای جوش این مواد، غالب آنها در دمای عادی محیط به شکل
گاز می‌باشند، لذا باید این دسته از مواد را در دمای پایین نگهداری نمود.
اقتصادی
ترین و ایمن ترین دما برای نگهداری این گازها، کمی پایین تر از دمای جوش
آنها و در حالت مایع میباشد. به عنوان مثال گاز بوتان در صفر درجه
سانتیگراد، بوتادین در 4- ، آمونیاک در 33- ، پروپان در42- ، اتیلن در 103-
، آرگون در 186- ، نیتروژن در 196- ، هیدروژن در 253- و ... درجه
سانتیگراد نگهداری می‌گردند.
برای مایع نگهداشتن این گازها می توان
آنها را در فشارهای بالا و دمای محیط نیز نگهداری نمود ولی دلایل متعددی
باعث شده‌اند که ذخیره سازی در دمای پایین و فشار اتمسفریک بر ذخیره سازی
در فشار بالا و دمای محیط مزیت داشته باشد، از جمله این دلایل می توان به
موارد ذیل اشاره نمود:
• وجود فشار پایین تر از دید ایمنی بسیار مناسب تر میباشد.
• هرچه فشار مخزن افزایش یابد، ناچارا باید ظرفیت ذخیره سازی را برای
ایمنی و هزینه‌های ساخت کاهش داد. لذا کارکردن در فشار پایین تر سبب می شود
تا ظرفیت بیشتری برای ذخیره سازی با هزینه مناسب تر استفاده نمود.
•
مخازن دارای فشار زیاد از نقطه نظر ایمنی نیاز به محافظهای زیاد و غالبا
دور بودن از سایر تجهیزات و واحد های فرایندی دارند، لذا کار کردن در فشار
پایین تر سبب استفاده بهینه تری از زمین میگردد.
• عملیات بهره برداری در فشار کم راحت تر و سازگار با سیستم حمل و نقل می باشد.
مخازن
سرد غالباً به شکل استوانه‌ای با کف صاف هستند که به مخازن تبرید نیز
موسوم می‌باشند. این نوع مخازن اشکال روزمینی و زیرزمینی دارند.
مخازن
متداول برای انبارهای بزرگ از نوع روزمینی، کف‌صاف و سقف‌گنبدی و دو جداره
مــــی‌باشند، که از یک جدار داخلی از جنس فولاد نیکل‌دار و یک پوشش خارجی
از فولاد و یک ماده عایق‌کننده وسطی تشکیل شده است. سیستم عایق‌بندی آن
متشکل از دانه‌های پودری پرلایت است که در فضای بین دوجداره و با استفاده
از فشار مثبت نیتروژن نگهداری میشود. این نوع از مخازن را اصطلاحا
تانکهای نگهداری کامل نیز می‌گویند.
نوع دیگری از این مخازن به شکل
زیرزمینی است. یکی از مسائل مهمی که در مخازن زیرزمینی پیش می‌آید، مشکل
تشکیل یخ در خاک اطراف و زیر مخزن است که باعث ایجاد فشارهای فوق‌العاده به
مخزن و فونداسیون میشود. برای کنترل و رفع این مشکل، زیر و اطراف مخزن را
با شن درشت پر مینمایند و در بعضی موارد از سیستم‌های گرمایشی در
فونداسیون زیر مخزن استفاده مینمایند. مزیت مخازن زیرزمینی در مقابل مخازن
روزمینی این است که در صورت اشکال در مخزن، مایع در سطح زمین اطراف پخش
نمی‌شود ولی عیب عمده آنها این است که در صورت بروز نشتی در زیر خاک، یافتن
نشتی مشکل است.
سیستم های کاهش دهنده فشار در مخازن سرد نیز مورد
استفاده قرار می گیرند و در صورت بالا رفتن فشار از حد مجاز، مقداری از گاز
را از مخزن تخلیه کرده تا فشار در حد مجاز قرار گیرد. در مورد گازهای
آتشگیر باید برای آن از سیستمی ایمنی استفاده نمود تا گازهای حاصل از
تخلیه فشار مایع سرد را به نقطه ای بیرون از قسمت های حساس واحد عملیاتی
منتقل نماید و در یک flare آن را بسوزانند و در ضمن به خاطر مسایل محیط
زیستی نیز باید کلیه شیرهای ایمنی به مشعل flare تخلیه گردند. ملاحظات
ایمنی ایجاب می‌کند که به منظور جلوگیری از خطرات در هنگام شکافت احتمالی،
مخازن به وسیله دیواره‌ها و یا حصارهایی (dike) محصور شوند. این مخازن
دارای سیستم تبرید می‌باشند.
از جمله مخازن سرد می‌توان از مخازن LNG، مخازن اتیلن، اکسیژن، نیتروژن، آرگون، هیدروژن و ... نام برد.
6- مخازن خاص- Gas Holder
گاهی اوقات گازها را در مخازنی به نام Gas
Holder ذخیره مینمایند. ساختار آن بدین صورت است که یک محفظه استوانه‌ای
شکل که از یک طرف باز است، بصورت عمودی و به نحوی در داخل یک تانک پر از
آب یا یک سیال دیگر قرار می‌گیرد که سمت بسته این محفظه استوانه‌ای در بالا
و سمت باز آن در پایین باشد. حد فاصل بین دو دیواره و بین محفظه
استوانه‌ای و تانک پر از آب را بخش آببندی تشکیل می‌دهد. با ورود گاز به
محفظه استوانه‌ای و تجمع در آن، محفظه در داخل تانک پر از آب حرکت کرده و
بالا می‌رود و گاز در فضای استوانه‌ای شکل و آب نگه داشته میشود. برای حفظ
تعادل محفظه استوانه‌ای در حین بالا و پایین رفتن از ریل‌هایی که به
دیواره محفظه استوانه‌ای جوش داده شده و در درون چرخهایی متصل به تانک پر
از آب بالا و پایین می‌رود، استفاده میگردد. برای آنکه محفظه استوانه‌ای
زیادتر از حد بالا نیاید و یا به کف تانک آب برخورد ننماید، از
نگهدارنده‌هایی در بالا و پایین تانک پر از آب استفاده میگردد که بصورت
اتصالاتی بر روی دیواره می‌باشند.
از نمونه‌های عملی این مخازن می توان به مخزن نگهداری VCM در واحد PVC پتروشیمی بندرامام اشاره نمود.
این نرم‌افزار شامل مجموعه مباحث ذیل می باشد:
1.کلیات
2.انواع مخازن؛ شامل قسمت‌های زیر:
- مخازن درباز
- مخازن با سقف ثابت
- مخازن با سقف شناور
- مخازن کروی
- مخازن سرد
- Gas Holder
3.ساختمان و اجزاء مخازن: شامل قسمت‌های ذیل:
•اجزاء مشترک در همه مخازن شامل:
- دیواره‌های مخزن
- ورودی و خروجی‌ها
- خارج‌کننده آب
- مجرای خروج نشتی
- مجرای تخلیه سرریز
- مجرای تخلیه سقف
- شیرهای اطمینان
- تجهیزات ابزاردقیق و کنترلی
- کابل‌های اتصال به زمین
- کویل‌های حرارتی
- مجاری تزریق نیتروژن
- سیستم حفاظت کاتدی
- دریچه‌های عبورآدم
- دریچه‌های نمونه‌گیری
- دریچه‌های عمق‌سنجی
- عایق‌های برودتی و حرارتی
- حصار و پلکان
- رینگ‌های آتش
- تجهیزات تزریق فوم
- مانیتورهای آتش‌نشانی
- حوضچه‌های تخلیه اضطراری
- فونداسیون
- Breather
•اجزاء خاص در مخازن سقف ثابت
- سقف ثابت
- همزن
- مجاری اتصال به اتمسفر
- نگهدارنده‌های سقف ثابت
•اجزاء خاص در مخازن با سقف شناور
- سقف شناور
- پایه‌های سقف شناور
- ابزارهای ضدچرخش سقف شناور
- سیستم‌آب‌بندی
•اجزاء خاص در مخازن کروی
- سایه‌بان یا SunShield
•اجزاء خاص در مخازن سرد
- فونداسیون
- دیواره دوجداره و عایق
4.جنس مخازن
5.اتلاف تنفسی
6.تجهیزات ایمنی در مخازن
7.اطفاء حریق
8.ایمنی فردی
9.MSDS
10.بازدید
11.بازرسی
12.نمونه‌گیری از مخازن
13.تعمیرات
14.تحویل‌گرفتن از تعمیرات
15.در سرویس‌قرار دادن مخازن
16.تعاریف و اصطلاحات
17.خودآزمایی