طراحی لوله کشی اطراف مخازن نگهداری
در تأسیسات فرآیندی برای ذخیره مایعات از مخازن و کانتینرهای فولادی استفاده می شود. اگرچه بسیاری از این مخازن را می توان در محدوده واحد فرآیندی یافت ولی اغلب مخازن و تانک ها در نواحی که به آنها (Off – site) و یا (Tank Farm) گفته می شود قرار داده می شوند. مهمترین فاکتورها که نحوه جانمایی را در محاسبات مخازن نگهداری مقرر مینمایند ایمنی و اقتصادی بودن می باشند. در هرگونه طراحی جامع باید کدها و آیین نامه های محلی، معیارها و ضوابط کارفرما، توپوگرافی منطقه، واحدهای فرآیندی مجاور، املاک مسکونی و تجاری همسایه، تعمیرات و نگهداری و قابل ساخت بودن را در نظر گرفت. در این بخش عمومی ترین انواع مخازن ذخیره، ترتیب قرارگیری در Plot plan، ملاحظات ایمنی، نگهداری از سرریزها، پمپاژ و جانمایی کلی لوله کشی را مورد بحث قرار میدهیم.
کدها و مقررات
طراح Plot plan باید کدها و آیین نامه های انجمن ملی حفاظت در برابر حریق (NFPA) شامل NFPA 11، NFPA 30 ، NFPA 58، NFPA 59 ، NFPA 321 قوانین بهداشت و ایمنی حرفه ای و حوزه اختیارات قضایی محلی را مطالعه نماید.
تمامی کدهای NFPA به عنوان اساسی برای رعایت مقررات قانونی توصیه می شوند که به منظور کاهش به خطر افتادن احتمالی ایمنی عمومی می باشند، اما خطراتی مانند خطر ذخیره کردن مایعات قابل اشتعال و احتراق پذیر در تأسیسات فرآیندی را نیز پوشش می دهند.
قوانین ایمنی و سلامت حرفه ای
مهمترین ملاحظات در زمینه جانمایی تجهیزات ذخیره سازی که در حیطه قوانین ایمنی و سلامت حرفه ای (OSHA) قرار میگیرند عبارتند از: پرسنل کاری، نردبان های دسترسی، پلکان ها و گربه روها که در آموزش tank مورد بررسی قرار میگیرند.
انواع مخازن نگهداری پایپینگ
منابع ذخیره تحت فشار با توجه به محصولی که در آنها ذخیره خواهد شد، میزان اشتعال پذیری و مقدار مورد ذخیره دارای اشکال و اندازه های گوناگونی می باشند. در ادامه متداول ترین مخازن نگهداری پایپینگ موجود در تجهیزات فرایندی را که برای محاسبات مخازن تحت فشار مورد استفاده قرار میگیرند را معرفی میکنیم:
Cone-Roof: این مخزن کم فشار برای نگهداری محصولات بیشماری کاربرد دارد که شامل مواد نفتی، شیمیایی، پتروشیمیایی، مواد غذایی و آب می باشند. نوع دیکر مخزن فشار پایین Flat – roof tank می باشد.
Floating-Roof Tank: سقف این نوع مخزن با توجه به مقدار محتویات ذخیره شده بالا و پایین می رود که در نتیجه آن میزان بخار از دست رفته کاهش یافته و خطرات ناشی از آتش سوزی به کمترین حد ممکن می رسد. این نوع مخازن عموما در پالایشگاههای نفت یافت می شوند.
Low – Temperature Storage Tank: این مخزن گازهای مایع را در نقطه جوش نگهداری می کند. محصولاتی که در این نوع مخزن یافت می شوند شامل آمونیاک پروپان (F 7/43-) و متان (F 258-) می باشند.
(Horizontal Pressure tank (Bullet: این مخازن عمومأ مخازن ساخته شده در کارگاه ( Shop – fabricated) می باشند که برای ذخيره محصولات با فشار بالا به کار می روند. قسمت بالایی این مخازن به شکل بیضوی یا نیمکره ای ساخته می شود که مورد دوم در مواقعی که فشارهای بالاتری مورد نیاز است کاربرد دارد.
Bulet Horton sphere Pressul: این مخزن برای ذخیره مقادیر زیاد مایعات و گازها تحت فشار می باشد. در صورت محدود بودن جاده های دسترسی به سایت، نصب این مخزن در محل برای ذخیره محصولات تحت فشار، یک مزیت محسوب می گردد.
نگهداری از سرریزها
به دلیل خطر جدی ناشی از ناکارآمدی مخازن نگهداری پایپینگ و سیستم های لوله کشی اصلی، باید اسباب نگهداری سرریز مایعات ناشی از آن مهیا گردد. نگهدارنده ممكن است دیوارهای دور مخزنی باشد که مایع را دربر می گیرد و یا یک سد ممتد باشد که به منظور دربر گرفتن كل مایع موجود در بزرگترین مخزن طراحی شده است. سدها (Dikes) ممکن است از خاک، فولاد، بتن و یا مصالح بنایی محکم ساخته شده باشند. از لحاظ شکلی ممکن است به شکل مربع، مستطیل، دایره و یا یک شکل بی قاعده باشند. این سدها با توجه به تطابق با شكل طبیعی زمین اطراف آنها، یک و یا چندین مخزن را در بر بگیرند. در مورد سد کشیدن اطراف مخازنی که شامل مایعات آتش زا و آتش گیر هستند، باید به NFPA30 مراجعه نمود.
یک نوع طراحی معمول این است که سد (Dike) از خاک ساخته شود. به طور معمول ارتفاع سد بين ft3 تا ft6 (m9/0 تا m8/1)
بالای سطح زمین در سمت داخلی آن می باشد. پهنای قسمت فوقانی سد باید حداقل ft2 (m6/0)باشد مگر اینکه طراحی آن با درنظر گرفتن ترافیک وسایل نقلیه انجام شده باشد. شیب سد می بایست با توجه به زاويه قرارگیری ماده ای سازندهای آن ثابت باشد، در غیر این صورت شیب سدهای صنعتی معمولا از 5/1:1 می باشد. (به عبارت دیگر به ازای هر فوت از ارتفاع سد، قسمت پایین آن به اندازه f5/1 از لبه بالایی فاصله افقی دارد)
نوع دیگر طراحی سد که به ویژه برای مکان های محدود و کم وسعت مناسب است سدهای با دیواره بتنی می باشد. ، محل قرارگیری مخازن ذخیره معمولا باید در محدوده مرز مشترک دو سایت (Battery Limits) در یک واحد فرآیندی باشد و سدهای خاکی برای این نوع کاربرد عملی نمی باشد.
در مواردی که نیاز به ذخیره گاز مایع در نزدیکی مرکز تجمع انسان ها ضروری می باشد، باید نگهدارنده دو تایی ساخته شود. این روش نگهداری از یک دیوار بتنی دایروی که یک سد خاکی مرسوم محصور شده است استفاده می کند.
در صورتی که دیواره اولی ناکارآمد باشد، نگهداری کامل از سرریز صورت می گیرد.
روش دیگر محافظت از سرریزها استفاده از سد بتنی بلند می باشد. اضافه نمودن خاکریز شیب دار در دو سمت دیوار بتنی باعث کاهش ضخامت آن می شود.
مخازن عموما در مکان های شیب دار یا پر از تپه که استفاده از سدهای مربع و یا مستطیل شکل در آنها غیر کاربردی می باشد، قرار میگیرند. مدل طراحی باید از شکل زمین طبیعی، برای مستقر نمودن گروهی از مخازن بهره ببرد. باید اضافه کرد که می بایست جاده و تجهیزات پمپاژ متناسب با شكل طبیعی زمین در نظر گرفته شود.
هنگامی که نقشه ی کامل شده plot plan برای تجهیزات فرآیندی آماده شده است، در صورت امکان باید ذخیره سازی خارج از سایت در ارتفاعی پایین تر از ارتفاع واحد فرآیندی درنظر گرفته شود. این شیوه یک حاشیه امنیت بالاتر در مواقع بروز خرابی های جدی می باشد.
نحوه دسترسی به داخل سد (Dike)
باید ملاحظات لازم در زمینه فراهم آوردن راههای دسترسی ماشین رو و آدم رو به داخل محوطه سد کشی شده انجام گیرد. جاده شیب دار برای عبور ماشین ها نمی بایست دارای شیبی بالاتر از ۱۵ درصد باشد و باید در سمت مخالف جایی که پمپ ها نصب شده اند قرار گیرد. محل دسترسی کارکنان باید از طریق یک پلکان که با توجه به استانداردهای OSHA طراحی شده باشد. یک پلکان که در نزدیکی پمپ ها قرار گرفته راه دسترسی به گروبه رو (راهرو باریک) در بالای سد را فراهم می آورد.دو پلکان دیگر امکان دسترسی تعمیراتی را در محوطه سدها به وجود می آورند.
زمانی که می بایست طرح جانمایی یک tank farm در تاسیساتی که موجود است تهیه گردد اشیای غیرقابل جابه جایی و سازه ها سبب انسداد راه در محل سدکشی شوند.. این گونه طراحی ها معمول می باشند ولی فاصله گذاری مابین پوسته خارجی مخزن و مانع باید مطابق با استاندارد NFPA با سایر قوانین حکم فرما باشد.
هنگامی که آرایش سدکشی به پایان رسید، تعداد کمی از فاکتورهای دیگر نیز نیاز به طراحی دارند. شیب بندی زمین از مخزن به سمت چاله جمع آوری سرریزها (Sunp) باید معین گردد. باید سرریزهای کوچکتر به همراه آب باران از Sump به سمت حوض تصفیه پمپ شوند. ارتفاع سدها نیز باید با توجه به لیست اقلام موجود و همچنین مقدار زمین موجود مشخص گردد.
گرمکن های مخزن : (Tank Heaters)
گرمکن های مخزن در اندازه ها و شکل های گوناگون وجود دارند. فضای کافی و عاری از هرگونه موانع باید در قسمت خارجی دریچه دسترسی درنظر گرفته شود تا امکان جداسازی گرمکن وجود داشته باشد.
نحوه سایز کردن مخازن وسدها
رسیدن به سایز بهینه برای مخازن و سدها از طریق پروسه سعی و خطا انجام می گیرد. ملاحظات شامل موجود بودن زمین، امکان استفاده از سایزهای استاندارد برای ظرفیت های پایین تر و مشکلات بالقوه طراحی فنداسیون که توسط انتخاب مخازن با سایزهای اولیه به وجود می آید می باشد. طراح برای آگاهی از سایز مخازن استاندارد و ساخته شده در کارگاه باید به استاندارد API 12F مراجعه کند.
اگر از گرمکنهای مخزن استفاده شود، تجهیزات نگهداری و تعمیرات می بایست در قابل دسترس ترین مکان درنظر گرفته شوند. نگهداری و تعمیرات مخزن شامل مواردی مانند بازرسی داخلی، نظافت و تعمیرات تكيه گاه های داخلی سقف و تجهیزات ابزار دقیق اندازدگیری سطح میباشد. قرار دادن درگاه ورودی پلکان یا نردبان روی سطح مبنا (زمین) جهت ایجاد سهولت در عملکرد پرسنل بهره برداری بسیار مهم می باشد. این نکته را باید درنظر گرفت که پلکان ها برای مخازن با قطر کمتر از in 6 ft 15 (m 7/4 ) پیشنهاد نمی گردد.
جهت رعایت مسایل ایمنی، می بایست در طول لبه سقف مخزن و هر دو طرف نردبان یا پلكان، نرده کشی شود. تجهیزات ابزار دقیق اندازه گیری سطح با شناور داخلی معمولا در فضای اطراف دریچه دسترسی نگهداری و تعمیرات سقف قرار می گیرند، چرا که در این صورت بازرسی و تعمیرات و نظافت این تجهیزات با سهولت بیشتری انجام می شود.
کمترین قطر نازل گرد استاندارد in 18 (m 460/0) می باشد. نوع بزرگتر بیضی شکل با کف تخت بیشتر در مخازن بزرگ و یا مدل های با گرمکن داخلی مورد استفاده قرار می گیرد. مهندس طراح جانمایی اید فضای اطراف نازل دسترسی را عاری از موانعی مانند تکیه گاههای بزرگ لوله، لوله کشی و دکل های روشنایی درنظر بگیرد.
اختصاص فضای کافی برای پرسنل بهره برداری جهت دسترسی به شیرهای اصلی مخزن از بالاترین درجه اهمیت برخوردار است.
نسبت میان ارتفاع تمامی فلکه شیرها با مسیر گربه رو باید درنظر گرفته شود. اضافه کردن دسته بلندتر به شیرهای کوچکتر، باز و بسته کردن این شیرها را تسهیل می کند.
تكيه گاههای مخزن : (Tank Supports)
مهندس عمران مسئول تصمیم گیری در مورد به صرفه ترین مدل طراحی از لحاظ هزینه بر پایه اطلاعات بنیادی موجود درباره شرایط خاک می باشد. طراحان جانمایی می بایست درک کافی از ساختار طبیعی هرکدام از طرح ها را جهت بهینه سازی مسیر لوله کشی و مکان قرارگیری پلکان و نردبان بدون امكان ایجاد مشکلات برای ساختمان مخزن و یا پرسنل واحد صنعتی داشته باشند.
طرح فوندانسیون یک مخزن دما پایین از یک صفحه تخت بتنی که با ستون هایی ساپورت می شود، استفاده میکند به صورتی که یک فضای خالی در زیر صفحه تخت ایجاد می کنند. این فضای خالی به بالا رفتن دمای صفحه تخت در زمان خرابی مخزن اصلی کمک می کند.
مدل مرسوم تر فوندانسیون مخزن دما پایین دارای یک المنت حرارتی جاسازی شده برای استفاده در زمان سرریزهای مخرب احتمالی می باشد. پیش از جانمایی هرکدام از مخازن نگهداری پایپینگ در صورت ضرورت استفاده از هرکدام از طرح ها با مهندسان عمران مشاوره می شود.
جهت مشخص کردن بهترین مکان برای پمپها , باید خطرات احتمالی و نظر کارفرما را در گرفت.
خط لوله خروجی از مخزن، می تواند از داخل دیواره Dike و یا از روی آن عبور کند. محل قرارگیری Pipe rack در ارتفاع و یا Sleeper نسبت به پمپ ها می بایست با درنظر گرفتن نیاز به سرویس و نگهداری واحد صنعتی درنظر گرفته شود. هنگامی که Sleeper مابین پمپ و دیوار Dike قرار می گیرد امکان دسترسی به پمپ های عاری از موانع دسترسی (Unobstructed Pumps) را فراهم می کنند. پمپ های جاسازی شده در زیر Pipe rack خط لوله دهش پمپ (Discharge) را ساپورت می کنند ولی دسترسی به پمپ در زمان سرویس و نگهداری را محدود می گردد. مهمترین موضوع که می بایست درنظر گرفته شود اختصاص منطقه وسیعی جهت سرویس و نگهداری در اطراف و بالای پمپ ها می باشد.
قرار دادن پمپ ها در سمت داخلی دیوار بتنی Dike در بسیاری از واحدهای فرآیند از واحدهای فرایندی مرسوم است که ارتفاع فونداسیون پمپ همتراز با ارتفاع Dike تنظیم می گردد. با به کارگیری این ترکیب در هنگام سرریز به داخل Dike، پمپ مستغرق نخواهد شد. این طرح این امکان را فراهم می سازد تا از تركيب لوله کشی Closed-coupled استفاده شود. با درنظر گرفتن میزان نشتی می توان خط دهش پمپ (Discharge) را از روی دیوار dike به سمت Pipe rack حرکت کند. این طرح می بایست به تأیید کارفرما برسد.
چیدمان جایگزین دیگری برای مسیر خطوط لوله حامل محصول از مخازن نگهداری پایپینگ بسیار بزرگ به سمت پمپ ها وجود دارد که در آن با جانمایی پمپ ها خارج Dike خاکی و پس از آنکه میزان نشست مجاز تعيين گردید، مسیر عبور لوله از زیر زمین عبور داده می شود. این طرح هنگامی که اقلام بزرگی به کار رفته باشد باعث کاهش آسیب های احتمالی در خطوط مکش میشود.
خطوط لوله عبوری از میان دیوارهای بتنی Dike می بایست در مقابل نشتی با استفاده از مواد آب بندی متعارف و در دسترس محافظت شوند. در این حالت کمترین میزان حرکت محوری امکان پذیر می باشد. آب بندی هنگامی که خط لوله عایق شده از داخل یک غلاف لوله ای بزرگتر عبور می کند، مورد استفاده قرار می گیرد که باید از قسمت داخلی DIKE آب بندی انجام شود.
