أوعية الضغط التي يمكنك معرفتها

وعاء الضغط عبارة عن حاوية مصممة لحفظ الغازات أو السوائل عند ضغط يختلف اختلافًا كبيرًا عن الضغط المحيط. وتستخدم هذه السفن في مختلف الصناعات، بما في ذلك النفط والغاز، والمعالجة الكيميائية، وتوليد الطاقة، والتصنيع. يجب أن يتم تصميم وبناء أوعية الضغط مع مراعاة السلامة بسبب المخاطر المحتملة المرتبطة بالسوائل ذات الضغط العالي.
الأنواع الشائعة لأوعية الضغط:
1. أوعية التخزين:
o يستخدم لتخزين السوائل أو الغازات تحت الضغط.
o أمثلة: صهاريج غاز البترول المسال (LPG)، صهاريج تخزين الغاز الطبيعي.
2. المبادلات الحرارية:
o تُستخدم هذه الأوعية لنقل الحرارة بين سائلين، غالبًا تحت الضغط.
o أمثلة: براميل الغلايات أو المكثفات أو أبراج التبريد.
3. المفاعلات:
o مصممة للتفاعلات الكيميائية ذات الضغط العالي.
o أمثلة: الأوتوكلاف في الصناعة الكيميائية أو الصيدلانية.
4. أجهزة استقبال الهواء/خزانات الضاغط:
o تقوم أوعية الضغط هذه بتخزين الهواء المضغوط أو الغازات في أنظمة ضاغط الهواء، كما تمت مناقشته سابقًا.
5. الغلايات:
o نوع من أوعية الضغط يستخدم في توليد البخار للتدفئة أو توليد الطاقة.
o الغلايات تحتوي على الماء والبخار تحت الضغط.
مكونات أوعية الضغط:
• الصدفة: الجسم الخارجي لوعاء الضغط. وهي عادة ما تكون أسطوانية أو كروية ويجب أن تكون مبنية لتحمل الضغط الداخلي.
• الرؤوس (أغطية النهاية): هي الأجزاء العلوية والسفلية من وعاء الضغط. عادة ما تكون أكثر سمكًا من القشرة للتعامل مع الضغط الداخلي بشكل أكثر فعالية.
• الفوهات والمنافذ: تسمح للسائل أو الغاز بالدخول والخروج من وعاء الضغط، وغالبًا ما تستخدم للاتصالات بالأنظمة الأخرى.
• فتحة الوصول أو الممر: فتحة أكبر تسمح بالوصول للتنظيف أو الفحص أو الصيانة.
• صمامات الأمان: تعتبر هذه الصمامات ضرورية لمنع السفينة من تجاوز حدود الضغط الخاصة بها عن طريق تحرير الضغط إذا لزم الأمر.
• الدعامات والتركيبات: العناصر الهيكلية التي توفر الدعم والثبات لأوعية الضغط أثناء الاستخدام.
اعتبارات تصميم أوعية الضغط:
• اختيار المواد: يجب أن تكون أوعية الضغط مصنوعة من مواد تتحمل الضغط الداخلي والبيئة الخارجية. تشمل المواد الشائعة الفولاذ الكربوني، والفولاذ المقاوم للصدأ، وأحيانًا سبائك الفولاذ أو المواد المركبة للبيئات شديدة التآكل.
• سماكة الجدار: يعتمد سماكة جدران وعاء الضغط على الضغط الداخلي والمادة المستخدمة. هناك حاجة إلى جدران أكثر سمكًا لضغوط أعلى.
• تحليل الإجهاد: تتعرض أوعية الضغط لقوى وضغوط مختلفة (مثل الضغط الداخلي ودرجة الحرارة والاهتزاز). غالبًا ما تُستخدم تقنيات تحليل الإجهاد المتقدمة (مثل تحليل العناصر المحدودة أو FEA) في مرحلة التصميم.
• مقاومة درجات الحرارة: بالإضافة إلى الضغط، تعمل الأوعية غالبًا في بيئات مرتفعة أو منخفضة الحرارة، لذلك يجب أن تكون المادة قادرة على مقاومة الإجهاد الحراري والتآكل.
• الامتثال للقوانين: غالبًا ما يُطلب من أوعية الضغط الالتزام بقوانين محددة، مثل:
o ASME (الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين) رمز الغلايات وأوعية الضغط (BPVC)
o PED (توجيه معدات الضغط) في أوروبا
o معايير API (معهد البترول الأمريكي) لتطبيقات النفط والغاز
المواد الشائعة لأوعية الضغط:
• الفولاذ الكربوني: يستخدم عادة في السفن التي تخزن المواد غير المسببة للتآكل تحت ضغط معتدل.
• الفولاذ المقاوم للصدأ: يستخدم في التطبيقات المسببة للتآكل أو درجات الحرارة العالية. الفولاذ المقاوم للصدأ أيضًا مقاوم للصدأ وهو أكثر متانة من الفولاذ الكربوني.
• سبائك الفولاذ: تستخدم في بيئات محددة عالية الضغط أو درجات الحرارة العالية، مثل صناعات الطيران أو توليد الطاقة.
• المواد المركبة: تستخدم المواد المركبة المتقدمة في بعض الأحيان في تطبيقات متخصصة للغاية (على سبيل المثال، أوعية الضغط خفيفة الوزن وعالية القوة).
تطبيقات أوعية الضغط:
1. صناعة النفط والغاز:
o صهاريج تخزين غاز البترول المسال (LPG)، أو الغاز الطبيعي، أو النفط، وغالبًا ما تكون تحت ضغط مرتفع.
o أوعية الفصل في المصافي لفصل النفط والماء والغاز تحت الضغط.
2. المعالجة الكيميائية:
o يستخدم في المفاعلات وأعمدة التقطير وتخزين التفاعلات والعمليات الكيميائية التي تتطلب بيئات ضغط محددة.
3. توليد الطاقة:
o الغلايات وبراميل البخار والمفاعلات المضغوطة المستخدمة في توليد الكهرباء، بما في ذلك محطات الوقود النووي والأحفوري.
4. الأطعمة والمشروبات:
o أوعية الضغط المستخدمة في تجهيز وتعقيم وتخزين المنتجات الغذائية.
5. الصناعة الدوائية:
o الأوتوكلاف والمفاعلات التي تتضمن التعقيم بالضغط العالي أو التركيب الكيميائي.
6. الفضاء الجوي وعلم التبريد الشديد:
o تقوم الخزانات المبردة بتخزين الغازات المسالة عند درجات حرارة منخفضة جدًا تحت الضغط.
رموز ومعايير أوعية الضغط:
1. كود ASME للغلايات وأوعية الضغط (BPVC): يوفر هذا الكود إرشادات لتصميم وتصنيع وفحص أوعية الضغط في الولايات المتحدة
2. ASME القسم الثامن: يوفر متطلبات محددة لتصميم وبناء أوعية الضغط.
3. PED (توجيه معدات الضغط): توجيه الاتحاد الأوروبي الذي يحدد معايير معدات الضغط المستخدمة في الدول الأوروبية.
4. معايير API: بالنسبة لصناعة النفط والغاز، يوفر معهد البترول الأمريكي (API) معايير محددة لأوعية الضغط.
خاتمة:
أوعية الضغط هي مكونات حيوية في مجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية، من إنتاج الطاقة إلى المعالجة الكيميائية. يتطلب تصميمها وبنائها وصيانتها الالتزام الصارم بمعايير السلامة واختيار المواد والمبادئ الهندسية لمنع الأعطال الكارثية. سواء لتخزين الغازات المضغوطة، أو الاحتفاظ بالسوائل عند ضغوط مرتفعة، أو تسهيل التفاعلات الكيميائية، تلعب أوعية الضغط دورًا حاسمًا في الحفاظ على كفاءة وسلامة العمليات الصناعية.