دانلود کامل ترین جزوه بازرسی مخازن تحت فشار

جزوه تایپ شده بازرسی مخازن تحت فشار

دانلود فایل

 

اثر محمد پیام نورزاده پیام نور سعید ایزدپناه دانشگاه علمی کاربردی دانشگاه آزاد اسلامی کارشناسی ارشد کاردانی سیدبابک قریشی خلاصه کتاب

 

 

 

 

 

 

 

“” ‌‌() ً ().  

 

 

‌() [ توضیحات لازم ] مجاز نیاز دارند تا هر کشتی جدید ساخته شده را امضا کند و هر کشتی دارای یک پلاک با اطلاعات مربوط به کشتی است، مانند حداکثر فشار کاری مجاز، حداکثر دما، حداقل دمای فلز طراحی، شرکت سازنده. آن، تاریخ، شماره ثبت آن (از طریق هیئت ملی)، و انجمن مهندسین مکانیک آمریکامهر رسمی مخازن تحت فشار (U-stamp). پلاک نام کشتی را قابل ردیابی و رسماً یک کشتی با کد ASME می کند.

یک کاربرد ویژه مخازن تحت فشار برای سکونت انسان است که قوانین ایمنی سختگیرانه تری برای آنها اعمال می شود.

 

یک مخزن تحت فشار 10000 psi (69 مگاپاسکال) از سال 1919 که با نوارهای فولادی با کشش بالا و میله های فولادی برای محکم کردن درپوش های انتهایی پیچیده شده است.
اولین طراحی مستند مخازن تحت فشار در سال 1495 در کتاب لئوناردو داوینچی به نام Codex Madrid I توضیح داده شد که در آن ظروف هوای تحت فشار برای بلند کردن وزنه های سنگین زیر آب تئوری شد. [1] با این حال، کشتی‌هایی شبیه به کشتی‌هایی که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرند، تا سال 1800 به وجود نیامدند، زمانی که بخار در دیگ‌ها تولید شد و به انقلاب صنعتی کمک کرد . [1] با این حال، با کیفیت مواد ضعیف و تکنیک‌های ساخت همراه با دانش نادرست طراحی، بهره‌برداری و نگهداری، تعداد زیادی انفجارهای مخرب و اغلب مرگبار در ارتباط با این دیگ‌ها و مخازن تحت فشار، با مرگ تقریباً روزانه رخ داد. در ایالات متحده. [1] استان‌ها و ایالت‌های محلی در ایالات متحده قوانینی را جزوه بازرسی مخازن تحت فشار ساخت این کشتی‌ها وضع کردند که برخی از خرابی‌های ویرانگر کشتی‌ها منجر به کشته شدن ده‌ها نفر در یک زمان شد، که باعث شد سازندگان نتوانند از قوانین مختلف از یک مکان به مکان دیگر پیروی کنند. اولین کد مخزن تحت فشار در سال 1911 توسعه یافت و در سال 1914 منتشر شد و کد ASME Boiler and Pressure Vessel Code (BPVC) را شروع کرد. [1] در تلاش اولیه برای طراحی مخزنی با قابلیت تحمل فشار تا 10000 psi (69 مگاپاسکال)، یک مخزن با قطر 6 اینچ (150 میلی‌متر) در سال 1919 ساخته شد که به صورت مارپیچی با دو لایه با استحکام کششی بالا پیچیده شد. سیم فولادی برای جلوگیری از پارگی دیواره جانبی، و کلاهک های انتهایی به صورت طولی با میله های دراز با کشش بالا تقویت می شوند. [2] نیاز به مخازن فشار و دمای بالا برای پالایشگاه‌های نفت و کارخانه‌های شیمیایی باعث شد تا ظروف جوشکاری به جای پرچ (که برای فشار و دمای مورد نیاز نامناسب بودند) به هم متصل شوند و در دهه‌های 1920 و 1930 BPVC جوشکاری را به عنوان ابزار قابل قبولی در نظر گرفت. ساخت و ساز؛ امروزه جوشکاری وسیله اصلی اتصال ظروف فلزی است.

پیشرفت‌های زیادی در زمینه مهندسی مخازن تحت فشار مانند بررسی پیشرفته غیر مخرب، آزمایش و رادیوگرافی با آرایه مرحله‌ای اولتراسونیک، درجه‌بندی مواد جدید با افزایش مقاومت در برابر خوردگی و مواد قوی‌تر، و روش‌های جدید برای اتصال موادی مانند جوش انفجاری ، اصطکاک وجود دارد. جوشکاری اغتشاشی ، تئوری های پیشرفته و ابزارهای ارزیابی دقیق تر تنش های موجود در مخازن مانند استفاده از تحلیل المان محدود، به کشتی ها اجازه می دهد تا ایمن تر و کارآمدتر ساخته شوند. امروزه کشتی‌ها در ایالات متحده به مهر BPVC نیاز دارند، اما BPVC فقط یک کد داخلی نیست، بسیاری از کشورهای دیگر BPVC را به عنوان کد رسمی خود پذیرفته‌اند. با این حال، کدهای رسمی دیگری در برخی کشورها مانند ژاپن، استرالیا، کانادا، بریتانیا و اروپا وجود دارد. صرف نظر از کشور، تقریباً همه خطرات بالقوه ذاتی مخازن تحت فشار و نیاز به استانداردها و کدهای تنظیم کننده طراحی و ساخت آنها را می شناسند.

ویژگی ها
شکل
مخازن تحت فشار از نظر تئوری می توانند تقریباً هر شکلی داشته باشند، اما معمولاً از اشکال ساخته شده از بخش هایی از کره، استوانه و مخروط استفاده می شود. یک طرح متداول یک استوانه با کلاهک های انتهایی به نام سر است. شکل سر غالباً یا نیمکره یا بشقاب (توری کروی) است. تجزیه و تحلیل اشکال پیچیده‌تر از لحاظ تاریخی برای عملیات ایمن بسیار سخت‌تر بوده و معمولاً ساختن آنها بسیار دشوارتر است.

ظرف گاز کروی.
ظرف گاز کروی

از لحاظ تئوری، یک مخزن تحت فشار کروی تقریباً دو برابر یک مخزن تحت فشار جزوه بازرسی مخازن تحت فشار با ضخامت دیواره یکسان است، [3] و شکل ایده‌آلی برای نگه داشتن فشار داخلی است. [1]با این حال، ساخت یک شکل کروی دشوار است و بنابراین گران‌تر است، بنابراین بیشتر مخازن تحت فشار استوانه‌ای هستند با سرهای نیمه بیضوی 2:1 یا کلاهک‌های انتهایی در هر انتها. مخازن تحت فشار کوچکتر از یک لوله و دو پوشش مونتاژ می شوند. برای مخازن استوانه‌ای با قطر تا 600 میلی‌متر (NPS 24 اینچ)، می‌توان از لوله بدون درز برای پوسته استفاده کرد، بنابراین از بسیاری از مسائل بازرسی و آزمایش، عمدتاً بررسی غیرمخرب رادیوگرافی برای درز طولانی در صورت نیاز، اجتناب کرد. عیب این ظروف این است که قطرهای بیشتر گران تر هستند، به طوری که برای مثال اقتصادی ترین شکل 1000 لیتر (35 فوت مکعب)، 250 بار (3600 psi ) است.) مخزن تحت فشار ممکن است دارای قطر 91.44 سانتی متر (36 اینچ) و طول 1.7018 متر (67 اینچ) باشد که شامل کلاهک های انتهایی گنبدی نیمه بیضی شکل 2:1 است.

مصالح ساختمانی

مخزن تحت فشار کامپوزیتی با پوشش تیتانیوم.
بسیاری از مخازن تحت فشار از فولاد ساخته شده اند. برای ساخت یک مخزن تحت فشار استوانه ای یا کروی، قطعات نورد شده و احتمالا آهنگری باید به هم جوش داده شوند. برخی از خواص مکانیکی فولاد، که با نورد یا آهنگری به دست می‌آیند، ممکن است تحت تأثیر جوشکاری قرار گیرند، مگر اینکه اقدامات احتیاطی خاصی انجام شود. علاوه بر استحکام مکانیکی کافی، استانداردهای فعلی استفاده از فولاد با مقاومت در برابر ضربه بالا را به ویژه برای کشتی‌هایی که در دماهای پایین استفاده می‌شوند، حکم می‌کند. در کاربردهایی که فولاد کربنی دچار خوردگی می شود، باید از مواد ویژه مقاوم در برابر خوردگی نیز استفاده شود.

برخی از مخازن تحت فشار از مواد کامپوزیت ساخته می شوند ، مانند کامپوزیت زخم رشته ای با استفاده از فیبر کربن که با یک پلیمر در جای خود نگه داشته می شود. به دلیل استحکام کششی بسیار بالای فیبر کربن، این ظروف می توانند بسیار سبک باشند، اما ساخت آنها بسیار دشوارتر است. ماده کامپوزیت ممکن است به دور یک آستر فلزی پیچیده شود و یک مخزن تحت فشار کامپوزیت را تشکیل دهد .

از دیگر مواد بسیار رایج می توان به پلیمرهایی مانند PET در ظروف نوشیدنی گازدار و مس در لوله کشی اشاره کرد.

مخازن تحت فشار ممکن است با فلزات، سرامیک یا پلیمرهای مختلف جزوه بازرسی مخازن تحت فشار شوند تا از نشت جلوگیری شود و از ساختار مخزن در برابر محیط موجود محافظت شود. این لاینر همچنین ممکن است بخش قابل توجهی از بار فشار را تحمل کند. [4] [5]

مخازن تحت فشار همچنین ممکن است از بتن (PCV) یا سایر موادی که از نظر کشش ضعیف هستند ساخته شوند. کابل کشی که به دور ظرف یا درون دیوار یا خود کشتی پیچیده شده است، کشش لازم را برای مقاومت در برابر فشار داخلی فراهم می کند. یک “غشای نازک فولادی نشتی” دیواره داخلی رگ را می پوشاند. چنین کشتی هایی را می توان از قطعات مدولار مونتاژ کرد و بنابراین “هیچ محدودیت ذاتی اندازه” ندارند. [6] همچنین به دلیل تعداد زیادی کابل جداگانه که در برابر فشار داخلی مقاومت می کنند، مرتبه بالایی از افزونگی وجود دارد.

ظروف بسیار کوچکی که برای ساخت فندک های با سوخت بوتان مایع استفاده می شوند، بسته به دمای محیط، تحت فشار حدود 2 بار قرار می گیرند. این رگ ها اغلب بیضی شکل (1×2 سانتی متر … 1.3×2.5 سانتی متر) در مقطع عرضی اما گاهی دایره ای هستند. نسخه های بیضی به طور کلی شامل یک یا دو پایه کششی داخلی هستند که به نظر می رسد بافل هستند اما استحکام سیلندر اضافی را نیز فراهم می کنند.

فشار کاری
سیلندرهای گاز پرفشار دایره‌ای شکل معمولی برای گازهای دائمی (که در فشار ذخیره‌سازی مایع نمی‌شوند، مانند هوا، اکسیژن، نیتروژن، هیدروژن، آرگون، هلیوم) با آهنگری داغ با فشار دادن و نورد کردن برای بدست آوردن یک ظرف فولادی بدون درز ساخته شده‌اند. .

فشار کاری سیلندرها برای استفاده در صنعت، صنایع دستی ماهر، غواصی و پزشکی دارای فشار کاری استاندارد (WP) تنها 150 بار (2200 psi) در اروپا تا حدود سال 1950 بودند. از حدود سال 1975 تاکنون، فشار استاندارد 200 بار است. 2900 psi). آتش نشانان برای حرکت در فضاهای محدود به سیلندرهای باریک و سبک نیاز دارند. از حدود سال 1995 سیلندرهای 300 بار (4400 psi) WP استفاده شد (اول در فولاد خالص). [ نیازمند منبع ]

تقاضا برای کاهش وزن منجر به نسل‌های مختلف جزوه مخازن مهندسی نفت کامپوزیت (فیبر و ماتریس، روی یک آستر) شد که به راحتی در اثر ضربه از خارج آسیب می‌بینند. بنابراین، سیلندرهای کامپوزیت معمولاً برای 300 بار (4400 psi) ساخته می شوند.

فشار آزمایش هیدرولیک (پر از آب) معمولاً 50٪ بیشتر از فشار کاری است.

رشته کشتی
تا سال 1990 سیلندرهای فشار قوی با رزوه های مخروطی (مخروطی) جزوه بازرسی مخازن تحت فشار می شدند. دو نوع رزوه بر سیلندرهای فلزی کامل در مصارف صنعتی از 0.2 تا 50 لیتر (0.0071 تا 1.7657 فوت مکعب) در حجم غالب بوده است. نخ مخروطی (17E)، [7] با نخ سمت راست مخروطی 12٪، فرم استاندارد Whitworth 55 درجه با گام 14 نخ در هر اینچ (5.5 نخ در سانتی متر) و قطر گام در رزوه بالایی سیلندر 18.036 میلی متر (0.71 اینچ). این اتصالات با استفاده از نوار رزوه ای مهر و موم شده و در سیلندرهای فولادی بین 120 تا 150 نیوتن متر (89 تا 111 پوند بر فوت) و در سیلندرهای آلومینیومی بین 75 تا 140 نیوتن متر (55 تا 103 پوند بر فوت) گشتاور می شوند. [8] برای پیچ کردن دریچه، گشتاور بالایی معمولاً 200 نیوتن متر (150 پوند بر فوت) برای رزوه مخروطی بزرگتر 25E، [9] و 100 نیوتن متر (74 lbf⋅ft) برای رزوه 17E کوچکتر لازم است. تا حدود سال 1950، کنف به عنوان درزگیر استفاده می شد. بعداً از یک ورقه نازک سرب که روی کلاهی با سوراخ در بالای آن فشرده شده بود استفاده شد. از سال 2005، نوار PTFE برای اجتناب از استفاده از سرب استفاده شده است. [ توضیح لازم است ]

یک نخ مخروطی مونتاژ ساده ای را فراهم می کند، اما برای اتصال به گشتاور بالایی نیاز دارد و منجر به نیروهای شعاعی بالایی در گردن کشتی می شود. تمام سیلندرهای ساخته شده برای فشار کاری 300 بار (4400 psi)، همه سیلندرهای غواصی و تمام سیلندرهای کامپوزیت از رزوه های موازی استفاده می کنند.

رزوه های موازی با چندین استاندارد ساخته می شوند:

رزوه موازی ISO M25x2 که توسط یک O-ring مهر و موم شده و روی فولاد به 100 تا 130 نیوتن متر (74 تا 96 پوند بر فوت) و روی آلومینیوم 95 تا 130 نیوتن متر (70 تا 96 پوند فوت) گشتاور می شود. سیلندر؛ [8]
رزوه موازی M18x1.5 که توسط یک O-ring مهر و موم می شود و روی سیلندرهای فولادی تا 100 تا 130 نیوتن متر (74 تا 96 پوند بر فوت) و 85 تا 100 نیوتن متر (63 تا 74 پوند فوت ⋅ فوت) گشتاور می شود. ) روی سیلندرهای آلومینیومی؛ [8]
رزوه موازی 3/4 اینچ BSP ، [10] که دارای فرم رزوه 55 درجه ویتورث، قطر گام 25.279 میلی متر (0.9952 اینچ) و گام 14 رشته در هر اینچ (1.814 میلی متر) است.
رزوه موازی 3/4 اینچ NGS [11] (NPSM)، مهر و موم شده توسط یک O-ring، گشتاور 40 تا 50 N⋅m (30 تا 37 lbf⋅ft) روی استوانه های آلومینیومی، [12] که دارای 60 درجه است. شکل نخ، قطر گام 0.9820 تا 0.9873 اینچ (24.94 تا 25.08 میلی متر) و گام 14 نخ در اینچ (5.5 نخ در سانتی متر).
3/4 اینچ 16 UNF ، مهر و موم شده جزوه بازرسی مخازن تحت فشار  یک O-ring، با گشتاور 40 تا 50 نیوتن متر (30 تا 37 پوند بر فوت) روی سیلندرهای آلومینیومی. [12]
7/8 اینچ 14 UNF، مهر و موم شده توسط یک حلقه O. [13]
3/4 اینچ NGS و 3/4 اینچ BSP بسیار شبیه هستند، گام یکسان و قطر گامی دارند که فقط حدود 0.2 میلی متر (0.008 اینچ) متفاوت است، اما سازگار نیستند، زیرا شکل های رزوه متفاوت است.

تمام شیرهای رزوه موازی با استفاده از یک حلقه O الاستومری در بالای نخ گردن آب بندی می شوند که در یک پخ یا پله در گردن سیلندر و در برابر فلنج شیر آب بندی می شود.

توسعه کشتی های کامپوزیت
برای طبقه بندی سیلندرهای اصول ساختاری مختلف، 4 نوع تعریف شده است. [ نیازمند منبع ]

نوع 1 – فلز کامل: سیلندر کاملاً از فلز ساخته شده است.
نوع 2 – روکش حلقه ای: استوانه فلزی، با روکش حلقه مانند کمربند با رزین تقویت شده با الیاف تقویت شده است.
نوع 3 – کاملاً پیچیده شده، روی آستر فلزی: الیافی که به صورت مورب پیچیده شده اند، پوسته باربر را در قسمت استوانه ای و در پایین و شانه در اطراف گردن فلزی تشکیل می دهند. آستر فلزی نازک است و مانع گاز محکم را فراهم می کند.
نوع 4 – کاملاً پیچیده شده، روی آستر غیر فلزی: یک آستر گرمانرم سبک وزن، مانع گاز محکم را فراهم می کند، و سنبه را برای پیچیده کردن الیاف و ماتریکس رزین در اطراف ایجاد می کند. فقط گردنی که نخ گردن و لنگر آن را به آستر حمل می کند از فلز ساخته شده است که ممکن است آلومینیوم سبک یا فولاد ضد زنگ محکم باشد.
سیلندرهای نوع 2 و 3 از حدود سال 1995 تولید شده اند. سیلندرهای نوع 4 حداقل از سال 2016 به صورت تجاری در دسترس هستند. [ نیاز به نقل از ]

ویژگی های ایمنی
نشت قبل از انفجار
نشت قبل از ترکیدن یک مخزن تحت فشار را توصیف می کند که به گونه ای طراحی شده است که یک شکاف در ظرف از طریق دیواره رشد می کند و به سیال موجود اجازه می دهد تا خارج شود و فشار را کاهش دهد، قبل از اینکه به اندازه ای بزرگ شود که باعث شکستگی در فشار کاری شود.

بسیاری از استانداردهای مخازن تحت فشار، از جمله ASME Boiler and Pressure Vessel Code [14] و جزوه بازرسی مخازن تحت فشار مخازن تحت فشار فلزی AIAA، یا نیاز دارند که طراحی مخازن تحت فشار قبل از ترکیدن نشت داشته باشد، یا اینکه مخازن تحت فشار الزامات سخت گیرانه تری را برای رفع خستگی و شکستگی در صورت نیاز دارند . قبل از ترکیدن نشت نشان داده نمی شود. [15]

شیرهای ایمنی

نمونه ای از شیر مورد استفاده برای سیلندرهای گاز. [ توضیح لازم است ]
از آنجایی که مخزن تحت فشار برای فشار طراحی شده است، معمولاً یک شیر اطمینان یا شیر تسکین وجود دارد تا اطمینان حاصل شود که این فشار در حین کار از حد مجاز فراتر نمی رود.

ویژگی های نگهداری
بسته شدن مخازن تحت فشار
درب مخازن تحت فشار، ساختارهای نگهدارنده فشار هستند که برای دسترسی سریع به خطوط لوله، مخازن تحت فشار، تله‌های خوک، فیلترها و سیستم‌های تصفیه طراحی شده‌اند. به طور معمول بسته شدن مخازن تحت فشار امکان دسترسی پرسنل تعمیر و نگهداری را فراهم می کند. شکل سوراخ دسترسی که معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرد بیضوی است، که اجازه می‌دهد درب از دهانه عبور داده شود و به موقعیت کاری بچرخد و توسط میله‌ای در خارج که توسط یک پیچ مرکزی محکم می‌شود در جای خود نگه داشته شود. فشار داخلی مانع از باز شدن ناخواسته آن تحت بار می شود.

استفاده می کند

یک کشتی حامل LNG با چهار مخزن تحت فشار برای گاز طبیعی مایع .

HK Porter, Inc. شماره 3290 در سال 1923 نگهداری شده توسط هوای فشرده ذخیره شده در یک مخزن فشار پرچ شده افقی
مخازن تحت فشار در کاربردهای مختلفی هم در صنعت و هم در بخش خصوصی استفاده می شوند. آنها در این بخش ها به عنوان گیرنده های هوای فشرده صنعتی، بویلرها و مخازن ذخیره آب گرم خانگی ظاهر می شوند . نمونه های دیگر از مخازن تحت فشار سیلندرهای غواصی ، اتاق های فشرده سازی مجدد ، برج های تقطیر ، راکتورهای فشار ، اتوکلاوها و بسیاری از کشتی های دیگر در عملیات معدن ، پالایشگاه های نفت و کارخانه های پتروشیمی ، کشتی های راکتور هسته ای ، زیردریایی ها و کشتی های فضایی هستند .زیستگاه ها، لباس های غواصی جوی ، مخازن پنوماتیک ، مخازن هیدرولیک تحت فشار، مخازن ترمز هوای وسایل نقلیه ریلی ، مخازن ترمز هوای وسایل نقلیه جاده ای، و مخازن ذخیره سازی گازهای دائمی فشار بالا و گازهای مایع مانند آمونیاک ، کلر و LPG ( پروپان ، بوتان ).

یکی از کاربردهای منحصر به فرد مخزن تحت فشار، کابین جزوه بازرسی مخازن تحت فشار یک هواپیمای مسافربری است: پوسته بیرونی هم بارهای مانور هواپیما و هم بارهای فشار کابین را حمل می کند. [ توضیح لازم است ]

ذخیره سازی گاز طبیعی
نگهدارنده گاز
بسته به کاربرد و شرایط محلی، جایگزین هایی برای مخازن تحت فشار وجود دارد. نمونه‌هایی را می‌توان در سیستم‌های جمع‌آوری آب خانگی مشاهده کرد، که در آنها می‌توان از موارد زیر استفاده کرد:

سیستم‌های کنترل‌شده با جاذبه [16] که معمولاً از یک مخزن آب بدون فشار در ارتفاعی بالاتر از نقطه استفاده تشکیل می‌شوند. فشار در نقطه استفاده نتیجه فشار هیدرواستاتیک ناشی از اختلاف ارتفاع است. سیستم های گرانشی 0.43 پوند در هر اینچ مربع (3.0 کیلو پاسکال) در هر فوت سر آب (تفاوت ارتفاع) تولید می کنند. یک منبع آب شهری یا آب پمپ شده معمولاً حدود 90 پوند بر اینچ مربع (620 کیلو پاسکال) است.
کنترلرهای پمپ درون خطی یا پمپ های حساس به فشار . [17]
در راکتورهای هسته ای، مخازن تحت فشار در درجه اول برای نگهداری مایع خنک کننده (آب) در دمای بالا استفاده می شود تا بازده کارنو را افزایش دهد . خنک‌کننده‌های دیگر را می‌توان در دماهای بالا با فشار بسیار کمتر نگه داشت، که علاقه به راکتورهای ‌‌‌([18] ).

() [19] () () (). ()

{={}{\}}={}{\}،
: