مخازن تحت فشار عبارتند از محفظه های بسته که جهت نگهداری سیال در فشاری بیشتر از فشار  15 psi یا 1 atm، طراحی شده اند. این فشار می تواند فشار داخلی ناشی از سیال باشد و یا فشار خارجی ناشی از گرم شدن مستقیم یا غیرمستقیم مخازن باشد.

اختلاف فشار یک عامل خطرناک است و بر اثر تغییرات فشار در مخازن تحت فشار، امکان انفجار و تخریب  وجود دارد. در نتیجه طراحی، ساخت و بهره برداری از این مخازن، توسط سازمان های مهندسی تحت نظارت قانونی قرار می گیرد. پارامترهای مهم در تعریف مخازن تحت فشار، حداکثر فشار و دمای مناسب مخازن می باشد

انواع مخازن تحت فشار

مخازن تحت فشار از دیدگاه های مختلف به شرح ذیل تقسیم بندی می شوند:

1-     چیدمان: افقی یا عمودی

2-     نوع سیال نگهداری شونده: گاز یا مایع

3-     ضخامت جداره: جداره نازک یا جداره ضخیم

4-     هندسه مخزن: کروی، استوانه ای و یا مخروطی

 

کاربرد مخازن تحت فشار

این مخازن در صنعت به عنوان مخازن هوای فشرده، مخازن ذخیره آب، دیگ بخار (بویلر)، مخازن ذخیره انواع گاز، اتاقک تحت فشار، برج تقطیر، مخازن راکتورهای هسته ای، مخازن هوای فضاپیما، مخازن هوای زیردریایی، مخازن پنوماتیک، مخازن هیدرولیک تحت فشار، مخازن ذخیره سازی برای گازهای مایع مانند آمونیاک، کلر، پروپان، بوتان، LPG  و … مورد استفاده قرار می گیرند.

در مصارف غیر صنعتی به عنوان مخازن ذخیره آبگرم خانگی، مخازن اکسیژن و .. استفاده می شوند. بیشترین کاربرد مخازن تحت فشاردر صنعت نفت، گاز و پتروشیمی می باشد.

استاندارد های مدنظر در طراحی مخازن تحت فشار

1-     ASME I – Construction of Power Boilers

2-     ASME II – Materials

3-     ASME III – Construction of Nuclear Facility Components

4-     ASME IV – Construction of Heating Boilers

5-     ASME VIII-1 / VIII-2 – Construction of Pressure Vessels

6-     ISO 11439

 

هندسه مخازن تحت فشار
مخازن تحت فشار ممکن است از لحاظ تئوری در هر شکلی وجود داشته باشند، اما در کل مخازن کروی، استوانه ای و مخروطی بیشترین استفاده را دارند.

 

مخازن تحت فشار استوانه ای
از یک استوانه به همراه دو کلاهک در ابتدا و انتها کهHead   نامیده می شود می توان به عنوان یک طراحی رایج نام برد. شکل هندسی دو سرپوش اغلب یا به شکل نیم کره است یا به شکل یک عدسی محدب. سطح اشغال شده توسط مخازن استوانه ای به مراتب کم تر از مخازن کروی می باشد. بنابراین در اکثر موارد مخازن تحت فشار به شکل استوانه ای ساخته می شوند.

 

مخازن تحت فشار کروی
از لحاظ تئوری شکل کروی بهترین حالت برای ساخت یک مخزن تحت فشار است. ساخت مخازن کروی مشکل است و هزینه بالایی را به همراه دارد. از طرف دیگر سطح اشغال شده توسط مخازن کروی باعث ایجاد محدویت در استفاده گسترده آنها می گردد. مخازن کروی نیز خود به روش های مختلفی ساخته می شوند. مخازن گلبرگی و انفجاری از انواع مخازن تحت فشار کروی می باشند.

 

موارد مورد استفاده در ساخت مخازن تحت فشار

از لحاظ تئوری هر ماده ای که دارای مشخصات کششی مناسب باشد و در کاربرد های مختلف از لحاظ شیمیایی پایدار باشد را می توان جهت ساخت مخازن استفاده کرد.

کد ها و استاندارد هایی برای طراحی این مخازن مانند ASME section II وجود دارد که حاوی لیست های طولانی از یک سری مواد به همراه محدودیت های دمایی آنها می باشد. بیشتر مخازن تحت فشار از فولاد ساخته می شوند. برای تولید یک مخزن استوانه ای یا کروی، قسمت های نورد شده باید به یکدیگر جوش داده شوند.

 بعضی از مشخصات فیزیکی فولاد، که بر اثر نورد کردن به وجود می آید، می تواند به دلیل فرآیند جوشکاری تحت تاثیر قرار بگیرد، مگر اینکه اقدامات خاصی جهت جلوگیری از این صدمات انجام شود. همچنین برای دستیابی به مقاومت مکانیکی مناسب، استاندارد های موجود استفاده از فولاد را به جهت مقاومت بالا در برابر ضربه، در مخازنی که در دمای پایین قرار دارند، توصیه می کند. در عمل جایی که کربن استیل دچار خوردگی می شود از موادی که مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارند باید استفاده شود.

بعضی از مخازن تحت فشار از مواد کامپوزیتی ساخته شده اند که در آنها رشته های ضخیم کامپوزیتی به وسیله الیاف کربن و نوعی پلیمر مهار شده است. به دلیل مقاومت کششی بسیار بالای الیف کربن، این مخازن می توانند بسیار سبک باشند، اما در نهایت ساخت این مخازن بسیار مشکل است. کامپوزیت می تواند در اطراف یک بوش فلزی پیچانده شود و یک مخزن تحت فشار کامپوزیتی را شکل دهد.

مخازن تحت فشار ممکن است به وسیله پوشش هایی از جنس فلز، سرامیک و پلیمر جهت جلوگیری از نشت سیال و محافظت بدنه در برابر مواد محتوی، پوشانده شوند. این پوشش ها همچنین می توانند فشار قابل توجهی را تحمل کنند.

مخازن تحت فشار (Pressure Vessels ) به محفظه بسته ای گفته می شود جهت نگه داری گازها یا مایعات طراحی می گردد و فشار درون مخزن با فشار محیط تفاوت داشته باشد .
این اختلاف فشار بسیار خطرناک می باشد و ما در تاریخ توسعه و نگه داری مخازن تحت فشار حوادث مهلکی را داشته ایم .
در نتیجه مهندسان با تجربه قوانینی را برای طراحی ، ساخت و نگهداری مخازن تحت فشار وضع نمودند به همین دلیل است که مشخصات فنی مخازن تحت فشار از یک کشور به کشور دیگر تغییر می کند ولیکن بیشترین پارامترهایی که در اینگونه مخازن دخیل هستند بیشتر به فشار و دما بستگی دارند .شرکت بهینه آب نیز یکی از شرکتهای پیشگام در استفاده از استاندارد طراحی و ساخت مخازن تحت فشار می باشد که با به کار گیری این استاندارد ها تضمین مضاعفی را برای مخازن تحت فشار تولیدی به ارمغان می آورد .

کاربرد مخازن تحت فشار :
مخازن تحت فشار در بسیاری صنایع کاربرد وسیعی دارند از موارد پر کاربرد می توان به موارد زیر اشاره کرد این موارد شامل برج های تقطیر ، زیر دریایی ها ، رآکتورها ، اتوکلاو ، پالایشگاه های نفت و … می توان اشاره کرد همچنین مخازن تحت فشار جهت ذخیره گازهای مایع شده مانند آمونیاک ، کلرین ، پروپان ، بوتان و LPG را می توان نام برد .

طراحی و ساخت مخازن تحت فشار :
مخازن تحت فشار را می توان به هر صورتی ساخت ولیکن بیشترین اشکال متداول ، مخازن کروی ، مخروطی و مخازن استوانه ای می باشد و در این بین مخزن تحت فشار استوانه ای در صنعت بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد که در اینگونه از مخازن ، مخزن از یک پوسته استوانه ای و دو عدد عدسی که در دو انتهای پوسته نصب می گردد تشکیل می گردد .
اینگونه مخازن را می توان بر اساس استانداردهای مختلفی طراحی و تولید نمود ولیکن استانداردی که بیشتر در کشور ما متداول است استاندارد ASME می باشد ASME Boiler and Pressure Vessel Code  و یا به اختصار BPVC  می باشد و جهت مخازن تحت فشار از استاندارد ASME BPVC Section Vlll  استفاده می گردد .