مخزن تحت فشار چیست و چه کاربردی دارد؟

هنگامی که در خانه خود شیر آب را  باز می کنید ، انتظار دارید که آب با سرعت خاصی جریان یابد. فشار آب در لوله ها باعث می شود که آب به جریان بیفتد. اگر خانه شما در سرویس های شهری است ، فشار آب (در بیشتر مناطق) توسط شهر کنترل می شود. ولی اگر خانه شما روی چاه است ، برای داشتن این فشار به چیزی نیاز دارید؟

زمان مطالعه این مقاله: 3 دقیقه

مخزن تحت فشار چیست؟

مخزن تحت فشار(به انگلیسی Pressure vessel) ، یک وسیله یا سازه‌ای است که مایع یا گاز را در داخل خود نگه می‌دارد و از طریق اعمال فشار به مایع یا گاز، آن را در داخل خود نگه می‌دارد. این فشار معمولاً از طریق یک مخزن محکم و مهندسی به داخل وارد می‌شود و این مخزن‌ها برای ذخیره‌سازی و نقل و انتقال مایعات و گازها به کار می‌روند. مثال‌هایی از مخزن‌های تحت فشار شامل تانکرهای گاز، مخزن‌های نفتی، و بطری‌های گاز فشار قوی می‌شوند.

شکل مخزن تحت فشار

مخزن‌های تحت فشار می‌توانند در انواع مختلفی از اشکال و اندازه‌ها طراحی و ساخته شوند، به توجه به نیازهای مختلف صنایع و فرآوری‌ها. برخی از انواع شکل مخزن تحت فشار عبارتند از:

1. تانکرها (Tank): تانکرها معمولاً به صورت استوانه‌ای طراحی می‌شوند و برای ذخیره‌سازی و حمل مایعات مختلف از جمله نفت، گاز، آب، و مواد شیمیایی استفاده می‌شوند.

2. مخازن کروی (Spherical Tanks): مخازن کروی به شکل کره‌ها طراحی می‌شوند و به عنوان یک گزینه مقاوم در برابر فشارهای بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند.

3. مخازن برجی (Tower Tanks): این مخازن به صورت برج‌های بلند با دیامتر‌های متفاوت طراحی می‌شوند و معمولاً برای تخزین گازها و سایر مواد به کار می‌روند.

4. مخازن تحت زمینی (Underground Tanks): این مخازن در زیر سطح زمین دفن می‌شوند و برای ذخیره‌سازی مایعات به دلایل ایمنی یا زمین‌شناسی محیط مناسب هستند.

5. مخازن دو جداره (Double-Walled Tanks): این مخازن دارای دو لایه جداگانه از جنسهای مختلف هستند تا از نشت یا نفوذ مایع به محیط خارجی جلوگیری کنند. این نوع مخازن به خصوص برای مواد خطرناک استفاده می‌شوند.

6. مخازن همزن (Agitated Tanks): این نوع مخازن دارای سیستم‌های مختلف همزن برای مخلوط کردن مایعات در داخل آنها هستند و در صنایع شیمیایی و پردازش مواد مایع استفاده می‌شوند.

هر نوع مخزن تحت فشار ممکن است دارای انواع مختلفی از اتصالات، شیرآلات، و سیستم‌های کنترل باشد تا بتواند به صورت ایمن و کارآمد مایعات را مدیریت کند.

به صورت تئوری، مخازن تحت فشار می‌توانند تقریباً هر شکلی داشته باشند، اما بیشتر به شکل بخش‌هایی از کره‌ها، سیلندرها و مخروط‌ها ساخته می‌شود. شکل متداول آن یک استوانه با دو عدسی یا کلاهک در دو انتها است. شکل این کلاهک‌ها معمولاً یا به شکل نیمکره یا به شکل بشقابی (torispherical)  است.

تجزیه و تحلیل و ساخت شکل‌های پیچیده‌تر از گذشته تاکنون برای ساخت راحت و ایمن دشوار بوده‌است. در تئوری، مخازن تحت فشار کروی با ضخامت جدار یکسان دوبرابر مخازن تحت فشار استوانه ای استحکام دارند و ایده‌آل‌ترین شکل برای ساخت مخازن تحت فشار هستند؛ ولی ساخت این مخازن دشوارتر و پرهزینه‌تر است به همین دلیل اکثر مخازن، شکل استوانه ای با کلاهک‌های نیمه-بیضوی  می‌سازند.

مواد سازنده مخزن تحت فشار پمپ آب

اکثر مخازن تحت فشار پمپ آب از فولاد ساخته می‌شوند. برای ساخت یک مخزن استوانه ای یا کروی، اجزای نوردشده و احتمالاً فورج شده باید به هم جوشکاری شوند. خواص مکانیکی بدست آمده توسط نورد یا فورج ممکن است توسط فرایند جوشکاری کاهش پیدا کند به همین دلیل باید اقدامات لازم جهت مقابله و رفع این پدیده در نظر گرفته شود. علاوه بر استحکام مکانیکی کافی، استانداردها استفاده از فولادی با مقاومت در برابر ضربه بالا را تعیین می‌کنند، مخصوصاً برای مخازن با دماهای کاری پایین.

سطوح داخلی مخازن تحت فشار را می‌توان با مواد فلزی، سرامیکی و پلیمری برای محافظت در برابر سیال داخل محفظه پوشش داد. این پوشش می‌تواند همچنین درصد زیادی از فشار محفظه را تحمل کند.

طراحی مخزن تحت فشار پمپ آب

طراحی مخزن تحت فشار پمپ آب شامل پارامترهایی مانند:

1. حداکثر فشار عملیاتی
2. درجه حرارت ایمن
3. ضریب ایمنی
4. میزان خوردگی مجاز
5. حداقل دمای طراحی (برای شکست ترد)

می باشد.سازه با استفاده از تست‌های غیر مخرب مانند تست اولتراسونیک، رادیوگرافی و آزمایش فشار انجام می‌شود. در آزمایش هیدرواستاتیک از آب استفاده می‌کنند، و در آزمایش پنوماتیکی از هوا یا گاز دیگری استفاده می‌کنند.

معمولاً تست هیدرواستاتیک ترجیح داده می‌شود، زیرا این روش یک روش ایمن تر است، در صورتی که شکست بدنه در طول آزمایش اتفاق بیفتد، حجم ناچیزی از انرژی آزاد می‌شود (آب به دلیل تراکم پذیری ناچیز برخلاف گازها در هنگام شکست بدنه سریعاً منبسط نمی‌شود در حالیکه در گازها این اتفاق باعث انفجار می‌شود)

مخازن تحت فشار  که به عنوان مخزن فشار آب خانه نیز عمل می کنند ، به طور کلی تنظیم می شوند تا فشار را در 20 پوند بر اینچ مربع (PSI) از پارامترهای شروع و توقف نگه دارند. به عنوان مثال ، بیشتر خانه ها فشار PSI 40 تا PSI 60 دارند. اگر فشار به زیر PSI 40 کاهش یابد ، پمپ روشن شده و فشار را قبل از قطع مجدد به 60 PSI برمی گرداند.

مخازن تحت فشار همچنین باعث کاهش چکش آب می شوند زیرا باعث کاهش هوای لوله ها و کنترل فشار آب می شوند.

کاربردها

مخازن تحت فشار در کاربردهای مختلفی هم در صنعت و هم در بخش خصوصی استفاده می‌شوند. برای مثال مخازن هوای فشرده صنعتی و مخازن ذخیره‌سازی آب خانگی را می‌توان نام برد. نمونه‌های دیگری از مخازن تحت فشار عبارتند از:

1. سیلندرهای غواصی
2. برج‌های تقطیر
3. راکتورهای فشاری
4. اتوکلاوها

و بسیاری دیگر از مخازن که در عملیات استخراج معادن، پالایشگاه‌های نفت و پتروشیمی،نیروگاه ها، مخازن راکتورهای هسته ای، زیردریایی‌ها و ایستگاه‌های فضایی، مخازن پنوماتیک، مخازن هیدرولیک تحت فشار، مخازن ترمز وسایل نقلیه جاده ای و مخازن ذخیره‌سازی برای گازهایی مایع مانند آمونیاک، کلر و LPG پروپان، بوتان.

یک کاربرد منحصر به فرد از یک مخزن تحت فشار، کابین هواپیمای مسافربری است به این صورت که پوسته بیرونی وظیفه حمل بارهای مانور هواپیما و همچنین تحمل فشار کابین را برعهده دارد.

یکی دیگر از کاربردهای مخازن تحت فشار، استفاده به عنوان مخزن ذخیره آب پشت پمپ های آب ساختمان است. استفاده از مخزن تحت فشار باعث می شود تا نیاز نباشد پمپ آب پیوسته با هر بار باز و بسته شدن شیر آب واحدها روشن شود.

هنگام انتخاب مخزن فشار ، باید گالن در دقیقه (GPM) را بشناسید – یا اگر گالن در ساعت (GPH) که فقط این عدد را در 60 ضرب کند – پمپ شما آب را از طریق لوله های شما انتقال می دهد(جالب است بدانید که یک معیار بسیار مهم برای انتخاب فیلتر ممبرین حجم تصفیه آب بر اساس گالن در روز خواهد بود). همچنین باید تعداد و نوع وسایل لوله کشی ، از جمله شاخه های بیرونی را که سیستم به سرویس آنها نیاز دارد را در نظر بگیرید.

مخزن فشار در سیستم چاه آب با استفاده از هوای فشرده برای تحمل فشار آب ، فشار آب ایجاد می کند. به دلیل این فشار ، هنگام باز شدن دریچه ، آب از طریق لوله های خانه شما از مخزن خارج می شود. هنگامی که آب مخزن فشار به زیر مقدار مورد نیاز می رسد ، سوئیچ فشار فعال می شود تا پمپ روشن شود. سپس پمپ مخزن فشار را دوباره پر می کند. ترکیب مخزن فشار ، کلید فشار و پمپ همان چیزی است که باعث می شود آب از خانه شما عبور کند!

منابع مورد استفاده در این مقاله:

• http://residential.goulds.com/water-pressure-tanks-what-are-they-and-how-do-they-work/
• https://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%85%D8%AE%D8%B2%D9%86_%D8%AA%D8%AD%D8%AA_%D9%81%D8%B4%D8%A7%D8%B1
• https://www.pveng.com/