مخزن ذخیره سازی یک تجهیزات استاتیک بسیار مهم آموزشگاه فنی برای صنعت نفت و گاز برای ذخیره سیالات است. با وجود اینکه کدها و استانداردهای مختلف طراحی آن را برای جلوگیری از خرابی مخازن ذخیره سازی بیان می کنند، اما همچنان حوادث زیادی از خرابی مخازن ذخیره سازی وجود دارد. بنابراین خرابی مخزن ذخیره سازی اصلا پدیده جدیدی نیست. در این مقاله به بررسی علل خرابی چنین تانک ها و اقدامات پیشگیری می پردازیم.
انواع مخازن ذخیره سازی (API 650)
مخازن ذخیره سازی را می توان بر اساس خدمات، بر اساس ساخت، بر اساس فشار و دما و بر اساس سقف (فشار اتمسفر) طبقه بندی کرد. در اینجا، انواع مخازن ذخیره را بر اساس ساختار سقف فهرست می کنیم.
مخازن سقف شناور دوطبقه (DDFR): سقف شناور دو طبقه مخزن دارای دو لایه از عرشه است که روی محصول داخل مخزن شناور است. این نوع ساخت تانک مواد زیادی مصرف می کند زیرا عرشه دو برابر است. اما فقط برای محصولات بسیار فرار استفاده می شود.
سقف شناور تک عرشه (SDFR): سقف شناور تک عرشه مخازن مشابه DDFR هستند. تنها تفاوت این است که عرشه شناور تک است. از فنر برای این نوع مخزن برای حفظ شناور استفاده می کند.
سقف مخروطی (CR): سقف مخروطی مخازن دارای سقف مخروطی هستند. شیب سقف منوط به طراح است اما 1:100 یک روش معمول است.
سقف شناور داخلی (IFR): سقف شناور داخلی مخازن اساساً ترکیبی از عرشه و سقف هستند. بنابراین، این نوع تانک ها دارای عرشه و همچنین سقف خواهند بود. نوع عرشه می تواند هر نوع باشد، ممکن است تک عرشه یا دو طبقه پان.
سقف گنبدی (DR): – سقف گنبدی مخازن تقریباً مشابه سقف مخروطی هستند. تنها تفاوت این است که آنها هیچ عرشه ای را حمل نمی کنند و شکل سقف از نوع Dome خواهد بود.
علل رایج خرابی مخزن ذخیره سازی
مطالعات مختلف دوره مهندسی مکانیک نتیجه می‌گیرند که اکثر خرابی‌های مخزن ذخیره‌سازی به دلیل یکی یا ترکیبی از دلایل زیر است:
- خوردگی: شایع ترین علت خرابی مخزن ذخیره سازی
- ساخت و ساز نامناسب
- تعمیر و نگهداری ضعیف
- ناسازگاری سیال با دیواره مخزن
- مشکلات توزیع
- فقدان ایمنی فیزیکی یعنی نیروها یا رویدادهای داخلی/خارجی (سیل، آتش سوزی، ضربه و غیره)
- فشار بیش از حد به دلیل پر شدن بیش از حد مخازن ذخیره سازی
- مشکلات مربوط به سن/UV با مخازن غیر فلزی
- خرابی شیر خلاء فشار (PVRV)
- شکست طراحی لرزه ای
- شکست اسکادا
- واژگونی به دلیل تیر باد
- خرابکاری
- خطاهای عملیاتی در مورد دخالت انسان
- تغییرات شدید آب و هوا
انواع خرابی مخزن ذخیره سازی
حالت های خرابی مخزن ذخیره را دوباره می توان به انواع مختلفی از جمله تقسیم کرد
- خرابی های مبتنی بر پمپاژ
- بر اساس مواد
- بر اساس خدمات
- خرابی مکانیکی، عمرانی یا الکتریکی و غیره
شما منابع زیادی برای خرابی مخزن ذخیره سازی در شبکه ناشی از خوردگی، ساخت و ساز نامناسب، نگهداری ضعیف و غیره دریافت خواهید کرد. ما چند مثال خرابی مخزن ذخیره را بر اساس خرابی مکانیکی توضیح خواهیم داد.
خرابی مخزن ذخیره سازی به دلیل پر شدن بیش از حد
در پالایشگاه گورو گوبیند سینگ هند (2012)، پس از تکمیل تمام جزئیات لازم، این پالایشگاه برای راه اندازی تحویل داده شد. به دلیل زمان نامناسب و برخی الزامات ساخت و ساز، آب در یک مخزن بزرگ پر شد تا بتوان از آب برای آزمایش هیدرولیک سایر مخازن استفاده کرد. عصر بود و افراد عملیاتی باید برای تعویض شیفت می رفتند. اما بدون اطلاع سایر افراد مرتبط در شیفت بعدی، مسئول سوار اتوبوس شد. بنابراین طبیعتاً دریچه بسته نیست. مخزن کاملاً پر شده و شروع به سرریز شدن کرده است اما نرخ سرریز قادر به کنترل دبی پمپ نیست. در یک بازه زمانی کوتاه مخزن از کار افتاد، خروار سقف آسیب دید، عرشه چسبیده به بالا و جوش صفحات با ضخامت پایین سمت بالا بریده شد.
خرابی مخزن ذخیره سازی به دلیل خرابی بریکر PVRV
در واحد بازیابی گوگرد همان پالایشگاه، یک حادثه خرابی مخزن در حین راه اندازی رخ داد. این خرابی به دلیل خرابی PVRV رخ داد. اپراتور شیر را باز می کند تا پمپ خارج شود، اما به دلیل خرابی PVRV، مخزن فرو می ریزد. در عرض چند ثانیه تانک مانند بمب منفجر می شود. محصولات آب بودند و بنابراین پخش شدن در اطراف تأثیر چندانی بر آنها نداشت.
تجزیه و تحلیل علت ریشه ای نشان می دهد که نصب PVRV به صورت متقاطع بررسی نشده است. از آنجا که طبق API 650، نیازی به نصب یک قطعه تحت فشار در حین تست هیدرولیک نیست زیرا دقیقاً مانند آزمایش پر کردن آب در مخازن فشار ATM است.
دلیل شکست
شایع ترین دلیل خرابی مخزن ذخیره، عدم دانش، آموزش و بازرسی است. در هر دو خرابی فوق، مشخص شد که در هر دو مورد اپراتور به خوبی آموزش ندیده است. اولین شکست صرفاً اشتباه اپراتور است. در مورد دوم، خرابی PVRV بود، اما اگر قبل از هر عملیات PVRV را بررسی کنیم، می تواند تجهیزات و جان انسان ها را نجات دهد. شکست دوم در مخازن با قطر کوچک (قطر 9 متر) بود. این مخازن با قطر 9 متر بود. اگر قطر مخزن بزرگتر بود به راحتی می توانستیم مرگ و میر را تصور کنیم.
تجزیه و تحلیل علت اصلی برای یافتن دلیل اصلی آنچه اتفاق افتاده است انجام می شود. پس از آن، یافته‌ها در ثبت درس‌های آموخته شده برای مراجعات بعدی ثبت می‌شود تا دلیل شکست در پروژه‌های آینده از بین برود. در این مقاله، می‌توانیم بفهمیم که ریشه کمبود آموزش و خرابی تجهیزات PVRV (پشتیبانی) است.
برای ثبت درس آموخته ها می توان از SME (کارشناس موضوع) کمک گرفت. آنها به مستندسازی دلایل اصلی شکست راهنمایی و کمک خواهند کرد.
جلوگیری از خرابی مخزن ذخیره سازی
خرابی سیستم های مخزن ذخیره سازی را می توان با روش های زیر کاهش داد.
تمام نصب های لازم باید بازرسی TPI (بازرسی شخص ثالث) شود. حتی پس از FAT (آزمون پذیرش کارخانه) باید در محل ساخت و ساز توسط مهندس مسئول یا با حضور مهندس مسئول بررسی شوند.
PVRV (شیر خلاء فشار) چیزی است که معمولا استفاده می شود. در حین عمل باید مرتبا بررسی شود.
تمام مخازن باید توسط سیستم هواکش اضطراری محافظت شوند.
تمام مخازن باید به صورت دوره ای بازرسی شوند.
طراحی فایروال و دیوار باند باید برای ذخایر احتمالی در نظر گرفته شود.
تکیه گاه های سقف خارجی / سقف های خود نگهدار
طراحی ضخامت مخزن باید مناسب باشد
متالورژی مناسب مواد سازگار مورد استفاده برای کاهش خوردگی
کد و استانداردهای بازرسی مخزن برای کاهش خرابی مخزن ذخیره سازی
کدها و استانداردهای زیر دستورالعمل هایی را برای بازرسی برای کاهش احتمال خرابی ارائه می دهند
API 575 – بازرسی مخازن اتمسفر و کم فشار
API 653 – بازرسی، تعمیر، تغییرات و بازسازی مخزن
API 570 – کد بازرسی لوله
UL 142 – مخازن فولادی برای مایعات قابل اشتعال و احتراق
STI SP001 – استاندارد برای بازرسی مخازن ذخیره سازی روی زمین
دلایل شکست مخازن ذخیره‌سازی
مسائل ساخت و ساز
تانک هایی که اشتباه طراحی شده اند احتمال خرابی بیشتری دارند و می توانند این کار را به طرز شگفت انگیزی انجام دهند. هر گونه مشکل در ساخت و ساز، از جمله جوش، یکپارچگی پوسته، پایداری سقف یا درزها، می تواند باعث نشتی و خرابی شود. برای جلوگیری از این امر، هر مخزن باید با استانداردهای مربوطه مطابقت داشته باشد. همچنین باید آزمایشاتی برای اطمینان از درست بودن همه چیز قبل از شروع به کار مخزن انجام شود.
آب و هوا: این واقعیت که مخازن در بالای زمین و اغلب بیرون از آن قرار دارند به این معنی است که آب و هوا یک خطر بزرگ است. شکست می تواند به دلیل عناصر طبیعی مختلف رخ دهد. به عنوان مثال، باران شدید و مداوم می تواند مشکلات بزرگی برای مخازن سقف شناور ایجاد کند. آنها به گونه ای طراحی شده اند که وزن چندین میلی متر آب را تحمل کنند، اما اگر از این مقدار بیشتر شود، ممکن است از کار بیفتند.
رعد و برق نیز یک نگرانی بزرگ است. این می تواند مستقیماً به تانک ها ضربه بزند یا به هر نقطه نزدیک آنها برخورد کند و باعث خرابی تانک شود. بسته به محتویات، مخزن ممکن است آتش بگیرد یا حتی منفجر شود. در نتیجه مهم است که تانک ها را به طور موثر زمین کنید.
بادهای شدید نیز می تواند مشکل ساز باشد. آنها می توانند مقدار زیادی بار اضافی بر روی مخازن وارد کنند. بسته به ارتفاع یا شکل، این می تواند برای ایجاد خرابی کافی باشد.
سوراخ شدن و خوردگی: هنگامی که مخازن عملیاتی شدند، مهم است که آنها را با خدمات بازرسی منظم مخازن ذخیره سازی نظارت کنید. این باید نشانه های سایش، به ویژه مواردی مانند سوراخ شدن و خوردگی را بررسی کند. هر دوی اینها می توانند دلایل اصلی شکست باشند، به خصوص اگر اقدامات پیشگیرانه یا اصلاحی انجام ندهید.
حرکت زمینی: در حالی که زمین لرزه ها در بریتانیا نادر است، ممکن است رخ دهد. این می تواند برای بسیاری از سازه ها از جمله مخازن مشکل ایجاد کند. یک نگرانی بزرگتر و رایج تر، حرکت زمین به دلیل آب و چرخه یخ/ذوب است. مهم است که در مورد این فکر کنید، تانک ها را طوری طراحی کنید که بتوانند حرکت زمین را تحمل کنند.
حوادث عملیاتی: متأسفانه برخی از خرابی های تانک ممکن است به دلیل اشتباه اپراتور رخ دهد. ممکن است چیزی شبیه جوشکاری یا استفاده از ابزارهای برش دیگر بسیار نزدیک به مخزن باشد. یا ممکن است یک تصادف وسیله نقلیه باشد.
فشار: طراحان مخازن ذخیره سازی را با در نظر گرفتن فشارهای خاص ایجاد می کنند. در اینجا یک حد بالایی وجود خواهد داشت که نباید از آن تجاوز کرد. با این حال، اپراتورهای آموزش پایپینگ می توانند این کار را با پر کردن بیش از حد مخزن یا مسدود کردن دریچه ها انجام دهند. یا ممکن است به دلیل گرم شدن یا سرد شدن منابع مخزن رخ دهد. به عنوان مثال، مایعات فرار تمایل دارند نقطه تبخیر کمتری داشته باشند. بنابراین، اگر یک دوره هوای گرم وجود داشته باشد، آنها می توانند تبخیر شوند، بخار تولید کنند و فشار را افزایش دهند. فشار بیش از حد می تواند باعث پارگی و یا حتی انفجار مخزن شود.
نشان داده شده است که روش سنتی تجزیه و تحلیل بارهای لرزه ای محافظه کارانه نیست، زیرا تعامل بین سیال و ساختار مخزن را در نظر نمی گیرد. این مطلب حالت‌های احتمالی شکست ساختاری مخازن به دلیل بار لرزه‌ای و روش‌های ابداع شده توسط نویسندگان مختلف برای ارزیابی ظرفیت ساختار مخزن در حالت‌های شکست مختلف را شناسایی می‌کند. این روش‌ها بر اساس داده‌های تجربی مربوط به رفتار ساختاری مخازن در طول رویدادهای لرزه‌ای واقعی، آزمایش‌ها و تحلیل‌های نظری هستند. راه‌حل‌هایی برای مشکل سازه‌ای اصلی، لنگرگاه مخزن، که برای آن ارزیابی مجدد ظرفیت لنگر مورد نیاز است، با استفاده از روش‌هایی (عنصر محدود) کمتر محافظه‌کارانه نسبت به روش‌هایی که توسط سایر نویسندگان پیشنهاد شده است، پیشنهاد می‌کند. همچنین تقویت محلی لنگرها برای افزایش ظرفیت آنها پیشنهاد شده است.
خرابی مخزن می تواند خطرناک باشد. خرابی ممکن است نشتی باشد که از طریق آن محصول از مخزن گم می شود. بلکه از طریق آن آلودگی می تواند رخ دهد. خرابی ها همه گیر هستند. زیرا مخازن مدفون دور از دید هستند، اکثر خرابی های مخازن مدفون واقعاً خرابی خاک است. خاک فشرده می شود یا می لغزد یا مایع می شود. خاک نه تنها یک بار است، بلکه یک تکیه گاه است که بدون آن مخزن تغییر شکل می دهد. سطح آب بالا به بار روی مخزن می افزاید. همچنین استحکام خاک را کاهش می دهد. بر اساس آزمایش‌ها، تحلیل‌های ساختاری برای مخازن خالی مدفون در خاک‌هایی با کیفیت‌های مختلف، با سطح آب در سطوح مختلف و با خلاء داخلی پیشنهاد شده‌اند. خرابی ممکن است فروپاشی مخزن باشد. چنین فروریختگی یک وارونگی ناگهانی و قابل شنیدن سیلندر در هنگام لیز خوردن خاک پرکن است. شکست ممکن است شناورسازی باشد. شکست ممکن است نشت باشد. بیشتر نشتی ها شکستگی در جوش ها در درزهای همپوشانی در نقاط صاف است. لکه های مسطح در اثر بستر سخت یا بار سنگین سطح چرخ ایجاد می شوند. از آنجایی که دیواره مخزن در محل همپوشانی دو ضخامت دارد، تنش برشی در جوش افزایش می یابد. سایر خرابی‌های جوش زمانی رخ می‌دهند که صفحه انتهایی از کنار سیلندر برش می‌یابد. یا زمانی که مخزن فقط در انتهای خود مانند یک تیر نگه داشته شود. این خرابی ها و سایر خرابی ها را می توان با دقت قابل توجیهی با استفاده از اصول اولیه مکانیک مواد تحلیل کرد. 10 انجیر
منطقه اصلی کارخانه در آزمایشگاه ملی اوک ریج (ORNL) حاوی 12 مخزن گونیت مدفون است که برای ذخیره و انتقال زباله های رادیواکتیو مایع استفاده می شد. اگرچه این مخازن دیگر مورد استفاده قرار نمی گیرند، اما مشخص شده است که آنها حاوی مقداری لجن و مایعات آلوده باقی مانده هستند. در صورت شکست تصادفی گنبد مخزن، هر چند بعید است، مایعات، لجن‌ها و آلاینده‌های رادیواکتیو درون دیواره‌های مخزن می‌توانند میدان‌های تشعشعی ایجاد کنند و منجر به قرار گرفتن در معرض بالای پس‌زمینه برای کارگران اطراف شوند. این یادداشت فنی مجموعه‌ای از محاسبات را برای تخمین میزان قرار گرفتن در معرض رادیولوژیکی بالقوه و کل قرار گرفتن در معرض کارگران در صورت فروپاشی فرضی گنبد مخزن Gunite مستند می‌کند. محاسبات به طور خاص برای تانک W-10 انجام شد زیرا حاوی بزرگترین موجودی رادیواکتیویته (تقریباً نیمی از کل فعالیت) در بین تمام تانک‌های Gunite است. این محاسبات فقط بر نوردهی مستقیم گامای خارجی برای سناریوهای قرار گرفتن در معرض فرضی و تجویز شده تمرکز می‌کنند و سایر حالت‌های احتمالی خرابی مخزن یا مسیرهای قرار گرفتن در معرض را بررسی نمی‌کنند. محاسبات با کدهای مدل‌سازی پرتو گامای نقطه هسته انجام شد
مودهای شکست مخازن
چهار حالت شکست مختلف مربوط به غشاهای پشتیبان لوله‌ای (لایه‌های متراکم نازک روی یک تکیه‌گاه متخلخل ضخیم) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. حالت های شکست عبارتند از:
1) فروپاشی سازه در اثر فشار خارجی
2) ترکیدگی نواحی بدون تکیه گاه موضعی،
3) ایجاد ترک های سطحی در غشاء به دلیل عدم تطابق TEC…… و در نهایت
4) لایه لایه شدن بین غشا و پشتیبانی به دلیل انبساط غشاء در هنگام استفاده.
معیارهای طراحی برای به حداقل رساندن خطر شکست توسط چهار حالت مختلف مورد بحث قرار گرفته است. تحلیل نظری دو حالت خرابی آخر با خرابی های مشاهده شده بر روی اجزای واقعی مقایسه می شود.
فشار فروپاشی برای یک غشاء TFC PRO به عنوان بالاترین فشار اعمال شده بر جریان کشش در فرآیند PRO تعریف می شود. آزمایش فشار فروپاشی با استفاده از واحد آزمایش RO جریان متقاطع با یک پمپ فشار بالا انجام می شود. با سرعت جریان متقاطع ثابت، آب مقطر (DI) و محلول کلرید سدیم با غلظت خاصی به ترتیب به محلول خوراک و جریان کشش وارد می شوند. فشار اعمال شده به جریان کشش از صفر تا فشار فروپاشی خطاب می شود. در آزمایش، فشار فروپاشی تعیین می شود که در آن شار نفوذی به تدریج کاهش می یابد و سپس منفی افزایش می یابد، یا شار املاح معکوس (RSF) به سرعت به اوج می رسد. این به این معنی است که لایه فعال و/یا لایه پشتیبان غشاء به دلیل فروپاشی ساختار غشایی به طور مناسب برای جداسازی یون‌ها در آب مخلوط یونی آسیب خارجی نمی‌بینند.
منابع:
https://worldwidescience.org/topicpages/t/tank+failure+modes.html
https://www.formatndt.co.uk/what-causes-storage-tanks-to-fail/https://whatispiping.com/storage-tank-failure-examples-causes-and-prevention/
