مخزن اتمسفریک چیست؟ از استاندارد و انواع تا نکات مهم در طراحی و اجرا

مخزن اتمسفریک از مخازن ذخیره سازی پیچیده و مهم به ویژه در صنایع پتروشیمی به منظور ذخیره سازی محصولاتی گازی و مایع است. در مخازن اتمسفریک، ماده ذخیره شده تحت فشار اتمسفریک ذخیره می‌شود. در این مقاله از پاوان به بررسی انواع این نوع از مخازن و صدالبته استاندارد و اصول طراحی و اجرای آن‌ها خواهیم پرداخت.

مخزن اتمسفریک چیست؟

مخزن اتمسفریک یک مخزن صنعتی است که محصولات را با همان فشار اتمسفر در محل مخزن ذخیره می‌کند. مخازن اتمسفریک معمولاً با اتمسفر اطراف تهویه می‌شوند و برای عملکرد در فشارهای مختلف یعنی از فشار جو تا  5/0 طراحی شده‌اند.

مخازن اتمسفریک اغلب برای موارد زیر استفاده می‌شوند:

• محصولات لبنی، محصولات گیاهی
• ذخیره‌سازی مواد مایع، شربت‌ها، طعم‌دهنده‌ها و غیره
• هر ماده‌ای که برای رفع نوسانات دما نیاز به تهویه دارد

بیشتر بخوانید: مخزن سقف شناور داخلی و خارجی چیست؟ ویژگی، تفاوت، مزایا و الزامات ایمنی

انواع مخازن اتمسفریک

به طور معمول، مخازنی که بالای سطح زمین قرار می‌گیرند، بر اساس طراحی سقف مخزن، عمدتاً به دو دسته طبقه‌بندی می‌شوند.

مخازن سقف ثابت

طرح سقف ثابت شامل یک پوسته استوانه‌ای با سقف دائمی جوش خورده‌ای است که می‌تواند گنبدی شکل، مخروطی یا مسطح باشد. در این نوع مخزن، سقف و پوسته ثابت می‌مانند. این مخازن مایعاتی را با فشار بخار واقعی (TVP) کمتر از 10 کیلو پاسکال (مطلق) ذخیره می‌کنند. فشار بخار واقعی (TVP)، فشار مطلقِ زمانی است که بخار مایع با سیال در دمای ثابت در تعادل باشد. از این محلول‌ها برای ذخیره‌سازی نفت گاز، نفت کوره و گاهی نفت سفید در مناطق سردسیر استفاده می‌شود.

مخازن سقف ثابت بیشتر به انواع مخازن چتری، مخروطی و مخازن گنبدی طبقه‌بندی می‌شوند. مخازن سقف گنبدی می‌توانند موادی را با فشار بخار بیشتر از اتمسفر اما کمتر از تراز مخزن کروی یا گلوله‌ای شکل ذخیره کنند.

بیشتر بخوانید: انواع مخازن ذخیره سازی آب کدام‌اند و هر یک چه کاربردی دارند؟

مخازن سقف شناور

این مدل مخازن از سقف‌های شناور تشکیل شده‌اند که روی سطح مواد شناور شده و با تغییر سطح مایع بالا و پایین می‌روند. مخازن سقف شناور برای ذخیره فرآورده‌های نفتی با فشار بخار واقعی 3/10 تا 5/76 کیلو پاسکال مطلق، ایدئال هستند. همچنین برای ذخیره مایعات هیدروکربنی با نقطه اشتعال زیر 8/37 درجه سانتی‌گراد مناسب‌اند زیرا تبخیر را کاهش داده و اتلاف جریان هوا را در هنگام پر شدن کنترل می‌کنند. این مخازن راه‌حلی اقتصادی، طولانی مدت و قابل اعتماد هستند.

مخازن سقف شناور به انواع مختلفی طبقه‌بندی می‌شوند که عبارت‌اند از:

سقف شناور خارجی

آن‌ها از یک مخزن استوانه‌ای عمودی با سقف شناور بر روی سطح مواد تشکیل شده‌اند. اگرچه اتلاف ناشی از تبخیر و خطرات مربوط به فضای بزرگ و باز، بخار قابل احتراق را به شدت کاهش می‌دهد، اما چنین مخازنی در معرض عوامل جوی خارجی مانند آب باران، برف و یخ قرار می‌گیرند. این سقف‌ها به سه دسته تقسیم می‌شوند:

• سقف‌های تابه‌ای شکل: کم‌هزینه‌ترین گزینه در این دسته است و از سقف تک طبقه تشکیل شده که با سطح مواد مخزن در تماس است. هرگونه نشتی در سقف تک طبقه باعث غرق شدن آن می‌شود. مخزن علاوه بر آن چیزی که توسط سقف تک طبقه ارائه می‌شود، شناور اضافی ندارد و برف یا باران می‌تواند این نوع مخزن را تغییر شکل دهد.
• سقف شناور پانتون: در این نوع، پانتون‌ها حدود 20 تا 40 درصد مساحت سقف را اشغال می‌کنند و مخازن، پایداری و نیروی شناور بیشتری دارند.
• سقف شناور دوطبقه: در این دسته، خرپاها و دیواره‌ها، طبقه بالایی و پایینی را از هم جدا می‌کنند. فضای بین این طبقه‌ها به محفظه‌های غیر قابل نفوذ مایع تقسیم شده است. این سقف‌ها ظرفیت بارگیری بهتری دارند و برای مخازن با قطر 60 متر و زیر 12 متر توصیه می‌شوند.

سقف شناور داخلی

این دستگاه‌ها با الزامات سخت‌گیرانه محیط‌زیستی، محبوبیت رو به افزایشی دارند. این سقف‌ها چندین مزیت را نسبت به راه‌حل‌های فوق ارائه می‌دهند و البته گران‌تر هستند. آن‌ها در برنامه‌هایی استفاده می‌شوند که نیاز به حذف احتمال آلودگی هوا یا آب را دارند، مانند ذخیره سوخت جت.

این مخازن برای مناطقی که بارش برف سنگینی دارند، ایدئال هستند، زیرا برف می‌تواند سقف یک مخزن معمولی را فرو ببرد. از آنجایی که بخار داخل را می‌توان از طریق تجهیزات کنترل خروج تخلیه کرد، سقف‌های شناور داخلی در کاهش تشعشع ترکیبات آلی فرار (VOC) نیز مفیدند. این دستگاه‌ها باید به اندازه کافی تهویه شوند.

سقف شناور بسته

این مخازن شبیه مخازن سقف شناور داخلی هستند، با این تفاوت که به جای تهویه طبیعی از دریچه‌های خلأ فشاری و پوشش گازی استفاده می‌کنند. زمانی که نیاز به کنترل تشعشعات اضافی وجود دارد، این سقف‌ها راه‌حل‌های ایدئالی هستند، زیرا جمع‌آوری تشعشعات را برای کنترل بیشتر آن‌ها در یک سیستم کاهش تشعشع امکان‌پذیر می‌کنند.

انواع دیگر مخازن اتمسفریک عبارت‌اند از:

مخازن اتمسفریک چرخشی

این مخازن برای انجام بیش از یک کار برای مدت نسبتاً کوتاه، مانند مخزن میانی ​​و جزئی، یا تعیین نیاز به محصول یا مواد اولیه ایدئال هستند. آن‌ها در هزینه‌های سرمایه به طور قابل توجهی صرفه‌جویی می‌کنند.

مخازن اتمسفریک بدون سقف

این مخازن به دلیل کم هزینه بودن مورد توجه هستند و در درجه اول خدمات مربوط به آب، مانند آب خنک‌کننده، خدمات آب‌رسانی و آب آتش‌نشانی را ارائه می‌دهند. آن‌ها از فولاد، بتن یا پلاستیک تقویت شده با شیشه ساخته شده‌اند.

بیشتر بخوانید: مخازن تحت فشار چیست؟ از کاربرد و انواع تا استادارد طراحی و اجرا

استادارد ایمنی در کاربردهای مخزن اتمسفریک

ماهیت اشتعال‌پذیر محتویات مخزن بیشترین احتیاط را هنگام استفاده از این مخازن می‌طلبد. مجموعه‌ای از چالش‌ها در ارتباط با مخازن ذخیره نفت یا مواد شیمیایی خطرناک وجود دارد.

آتش‌سوزی

آتش‌سوزی مهم‌ترین خطر را برای مخازن ذخیره‌سازی ایجاد می‌کند. مطالعات اخیر نشان داد که عوامل محیطی (38 درصد)، تجهیزات (20 درصد)، عوامل عملیاتی (15 درصد) و نگهداری (10 درصد)، آغازگر اصلی حوادث آتش‌سوزی در مخازن اتمسفریک بودند، در حالی که اثر دومینو تنها موجب 13 درصد آتش‌سوزی‌ها شد.

بارهای الکترواستاتیک می‌توانند باعث احتراق شوند. حفاظت از مخزن شامل اتصال بدنه و اتصال مخزن به زمین، لوله‌کشی و تجهیزات جانبی و استفاده از لوله‌های غوطه‌ای یا بارگذاری زیرین برای به حداقل رساندن پاشش مواد است.

فشار بیش‌ازحد یا کاهش فشار

تخلیه، پر کردن یا ترکیب مواد در مخازن اتمسفریک که حاوی بخار مواد آلی نزدیک به نقطه اشتعال هستند، می‌تواند منجر به ایجاد یک مخلوط آلی یا هوای قابل اشتعال شود. تغییرات دما به دلایل طبیعی، ناخالصی‌ها یا گازهای سبک مانند هیدروژن می‌تواند باعث تغییر ناگهانی فشار در داخل مخازن شود.

در مخزن سقف ثابت، افزایش یا کاهش فشار بیش‌ازحد معینی می‌تواند منجر به آسیب شدید مخزن شود.

اثرات زیست‌محیطی

تبخیر محصول علاوه بر گران بودن، فرّار و خطرناک بودن، می‌تواند برای محیط‌زیست نیز مضر باشد، بنابراین باید تبخیر را به حداقل رساند.

تولید بیش‌ازحد بخار

تغییرات دما یا حرکت موادی که فرّارتر از حد معمول هستند، می‌تواند باعث تولید بیش‌ازحد بخار شود. برای مخازنی که دارای دستگاه گرم کننده داخلی هستند، فاصله کافی را بالاتر از سطح دستگاه گرم کننده نگه دارید تا از تولید بخار به دلیل گرم شدن بیش‌ازحد محتویات مخزن جلوگیری شود.

نشت مخزن

نشتی در مخازن ممکن است به دلایل مختلفی اتفاق بیفتد. دلایل رایج عبارت‌اند از پر شدن تصادفی بیش‌ازحد مخزن، خرابی زنگ هشدار در پر شدن بیش‌ازحد، ریزش سقف به دلیل خرابی مکانیکی، خروج آب از کف مخزن، و تجمع حجم زیادی از برف، یخ یا آب است که منجر به ریزش سقف می‌شود. در مخازن سقف شناور، ریزش سقف به دلیل خوردگی (گُوِه زدن) یا دلایل دیگر می‌تواند منجر به نشت مخازن شود.

کف کردن یا جوشیدن بیش‌ازحد

اگر دمای مخزن افزایش یابد و باعث جوشیدن آب شود، می‌تواند کفی از بخار و مواد آلی را ایجاد کند. عواقب تشکیل کف زیاد می‌تواند شامل کف کردن مواد آلی قابل اشتعال و آتش‌سوزی‌های بزرگ باشد.

شکستگی مخزن

مواردی مانند فشار بیش‌ازحد، پر شدن بیش‌ازحد، از بین رفتن یکپارچگی دیواره‌های مخزن یا جوش دیوار، و قرار گرفتن در معرض حرارت ثابت می‌تواند منجر به شکستگی مخزن و هدررفت انبوه محتویات شود.

چگونه بر چالش‌های مرتبط با مخازن ذخیره‌سازی غلبه کنیم؟

انجمن ملی ایمنی آتش (NFPA) مشخصات مخازن را برای مخازن ذخیره‌سازی بالای سطح زمین و دیگر انواع مخازن تعیین کرده است که کارکنان باید در جریان این مقررات باشند.

نصب تجهیزات اطفاء حریق مانند دستگاه‌های فوم مخزن جداگانه، شیرهای آتش‌نشانی، حلقه‌های آتش‌نشانی و مانیتورها در محل ذخیره‌سازی و دستگاه‌های اسپری آب برای خنک کردن سطوح مخازنِ در معرض خطر می‌تواند به مهار وضعیت در صورت وقوع آتش‌سوزی در مخزن مجاور کمک کند.

علاوه بر این، اقدامات زیر می‌تواند به محافظت در برابر آتش کمک کند:

• فاصله کافی بین مخازن را حفظ کنید.
• از استفاده از هوا برای ترکیب کردن مواد قابل اشتعال خودداری کنید.
• از عایق‌های مقاوم در برابر آتش برای لوله‌کشی، مخازن خطرناک، دستگاه محرک سوپاپ، دریچه‌های خروجی روی مخازن، تأسیسات الکتریکی ضروری و سیم‌های دستگاه استفاده کنید.
• دستگیره‌های ضد احتراق و انفجار را روی دریچه‌های مخازن اتمسفریک نصب کنید. آن‌ها می‌توانند از خارج شدن از بیرون مخزن به فضای بخار داخل مخزن جلوگیری کنند.
• از دریچه‌های خودکار، کنترل از راه دور، ضدزنگ و ضد آتش برای جلوگیری از هدررفت محتوای مخازن در مواقع اضطراری استفاده کنید.

همچنین راه‌حل‌های زیر را در نظر بگیرید که می‌تواند به غلبه بر چالش‌های ایمنی مرتبط با مخازن اتمسفریک کمک کند.

دریچه‌ها

مخازن با سقف ثابت به دریچه‌های کافی برای جلوگیری از تغییرات فشار نیاز دارند. باید ظرفیت هواگیری مخزن تحت‌فشار را بر اساس دم مخزن، دم خروجی مخزن، دم حرارتی، خروج حرارتی و هواگیری اضطراری محاسبه کرد.

خندق‌ها

خندق مخزن که دیواره دفاعی نیز نامیده می‌شود، یک محفظه ثانویه در اطراف مخازن ایجاد می‌کند که از ریختن و پخش شدن محتوا به مناطق دیگر جلوگیری می‌کند.

مخازن دوجداره

مخازن دوجداره یک مهار ثانویه قابل اعتماد در طیف وسیعی از مهندسی شیمی و سایر حوزه‌ها ارائه می‌دهند. آن‌ها محفظه را در پوسته مخزن بیرونی ادغام می‌کنند و نیاز به خندق را حذف می‌کنند.

مخازن با طاق بتنی

از طاق‌های بتنی به طور گسترده در شرکت‌های تأسیساتی برای جلوگیری از نشت روغن ترانسفورماتور استفاده می‌شود. اگرچه طاق بتنی یک گزینه معمولی است، اما این طاق‌ها می‌توانند به دلیل تغییرات دما ترک بردارند و اجزای کربنات آن در رطوبت و باران می‌توانند به مرور زمان باعث فرورفتگی و گود شدن آن شوند.

مخازن فِرَک (Frac) و سکوهای نشت

مخازن و سکوهای فِرَک راه‌حل‌های قابل اعتمادی برای ذخیره مواد شیمیایی فرّار در طول تعمیر و نگهداری هستند و در هنگام نشت احتمالی، مواد را مهار می‌کنند. مخازن فِرَک دوجداره، سوخت جت، مایعات یخ‌زدایی و محتویات قابل اشتعال را با مهاری ایمن ذخیره می‌کنند. علاوه بر این، چنین مخازنی به راحتی تمیز می‌شوند و برای پروژه‌های حساس به محیط‌زیست نیز مفید هستند.