توسط مقدمه :
واحدهای پالایشگاهی وپتروشیمی جهت نگهداری مواد اولیه مورد نیاز ، انجام فرایندهای میانی و پایانی و همچنین انبار کردن فرآورده های نفتی گوناگون نیازمند مخازن می باشند . تعداد این مخازن به عواملی چند، چون دوری و نزدیکی واحد به منابع تامین کننده نفت خام ، تعداد و ظرفیت واحدهای پالایش، تنوع فرآورده های تولیدی و سرانجام چگونگی انتقال و پخش فرآورده ها بستگی دارد.
در صنایع شیمیایی ، مواد ارزشمند مانند بنزین یا گاز مایع ، طی فرآیندهای مختلفی از مواد شیمیایی خام، مانند نفت خام جدا می شوند یا از آنها به وجود می آیند. چند راه برای انتقال مواد خام از منابع تامین کننده به واحد فرآیندی وجود دارد که بر حسب مورد و شرایط ، از یکی از آنها مانند خطوط انتقال یا تانکر استفاده می گردد. همچنین محصولات تولیدی نیز به روش های مختلف به بازار داخلی یا خارجی عرضه می شوند.
به دلایل زیادی از جمله یکسان کردن کیفیت محصول، انجام فرایندهای میانی و پایانی ،اندازه گیری حجم محصول جهت فروش، امکان بارگیری و انتقال به تانکر یا کشتی در حداقل زمان ممکن و … مواد تولید ی را در مخازن یا تانک های مناسب ذخیره نمایند.
به طور کلی مخازن چند وظیفه اصلی به عهده دارند:
۱- ذخیره مواد اولیه و خوراک واحدها
۲- ذخیره و انجام فرایند میانی و یا نهایی بر روی مواد واسطه تولید شده درفرآیندهای قبلی
۳- ذخیره فرآورده ها
۴- ذخیره مواد برای بارگیری و پخش
۵- همسان نمودن کیفیت محصول
۶- معیاری جهت اندازه گیری حجم خوراک و محصول تولید شده
به عنوان مثال مخازن یک پالایشگاه را بنا به نوع کاربرد و منطقه قرارگیری به چهار دسته تقسیم می کنند:
۱- مخزن های نفت خام
انواع گوناگون نفت خام سبک یا سنگین را می توان به طور جدا یا آمیخته، در این مخزن ها ذخیره کرد. مخزن های امروزی نفت خام، سقفی شناور داشته، بیشتر به لوله های مارپیچ بخار، برای گرم کردن نفت خام در فصل زمستان، پروانه های همزن، عمق سنج و … مجهزند.
۲- مخزن های واسطه
این مخزن ها، برای دریافت فرآورده های نیم نهایی از یک واحد پالایش، انجام فرایندهای ثانویه و یا تکمیلی و دادن آن ها به واحدهای دیگر برای انجام گرفتن فرآیندهای دیگر پالایش یا دریافت ترکیبات گوناگون فرآورده های پیش از آمیختگی و انتقال آن ها به مخزن های فرآورده های نهایی به کار برده می شوند.
۳- مخزن های فرآورده ها
فرآورده های گوناگون نفتی بنا به مشخصات مورد نظر در این مخزن ها تهیه و به شبکه پخش انتقال داده می شوند.
۴- مخزن های بارگیری و پخش
برخی از فرآورده های سبک و سنگین، مانند گاز مایع، روغن موتور، قیر و … که بردن آن ها به جاهای دوردست از راه خطوط لوله، دشوار یا نشدنی است، در مخزن های بارگیری انبار شده، سپس به نفت کش ها یا مخزن دارهای راه آهن منتقل و به محل مصرف فرستاده می گردد. کار بارگیری معمولاً به وسیله تلمبه انجام می گیرد. اگر فرآورده های نفتی روان باشد و فاصله مخزن تا جای بارگیری زیاد نباشد، با ایجاد اختلاف سطح میان مخزن و نقطه بارگیری، مایع با نیروی جاذبه به وسیله نقلیه منتقل می شود. مخزن هایی که در این سرویس هستند، مخزن های بارگیری و پخش خوانده می شوند.
چون نصب مخزن ها در هر پالایشگاه، هزینه سرمایه ای بسیار خواهد برد، در طرح پالایشگاه کوشش می گردد تا شمار و ظرفیت مخزن ها به کمترین حد کاهش یابد برای مثال، شمار و ظرفیت مخزن های واسطه تا حد منظور می شود که بتوان تداوم عملیات و موازنه کار عادی دستگاه ها را حفظ کرد. همچنین با انجام عملیات آمیختگی فرآورده های گوناگون در لوله ها و در مرحله انتقال به مخازن، می توان شمار مخزن های واسطه و فرآورده ها را کاهش داد، به شرطی که میان تولید و انتقال فرآورده ها، موازنه برقرار باشد. این کار نیازمند یک برنامه ریزی دقیق روزانه، هفتگی و ماهانه است.
تعاریف و تقسیم بندی مخازن :
بطور کلی مخزن عبارت است از محفظه ای جهت نگهداری مواد. در تقسیم بندی کلی ، مخازن به دو دسته اصلی مخازن انبارش با فشارکاری پایین و مخازن تحت فشار طبقه بندی می شوند. در این طبقه بندی مخازن انبارش تنها وظیفه نگهداری و یکسان سازی محصول نهایی را به عهده دارند حال آنکه مخازن تحت فشار علاوه بر وظیفه نگهداری ممکن از لحاظ عملیاتی نیز تغییری را در فرآیند تولید محصول عهده دار باشد.
در این قسمت ابتدا به توضیح و تشریح مخازن انبارش با فشارکاری پایین پرداخته و در قسمتهای بعد ، به طبقه بندی و تشریح مخازن تحت فشار خواهیم پرداخت.
مخازن ذخیره با فشارکاری پایین
انواع مخازن ذخیره
بطور کلی مخازن ذخیره با فشارکاری پایین به مخازنی گفته می شود که مطابق تعاریف ، فشار کاری مخزن مساوی با فشار اتمسفر بوده و دمای محصول مابین دمای انجماد و ۹۰ درجه سانتیگراد باشد. البته شایان ذکر است که برخی استانداردها با درنظر گرفتن برخی تمهیدات فشارکاری بالاتررا تا ۱۸ Kpa بیشتر از وزن سازه سقف و دمای انجماد تا ۲۶۰ درجه سانتیگرادرا برای این نوع مخازن مجاز شمرده اند.
تقسیم بندی جامع و یکسانی برای مخازن ذخیره وجود ندارد اما می توان مخازن را بر اساس اینکه این مخازن زیر سطح زمین ، روی سطح زمین و یا بالای سطح زمین ساخته می شوند طبقه بندی کرد . همچنین بر اساس شکل هندسی ، مخا زن ذخیره به مخازن استوانه ای عمودی ، مخازن استوانه ای افقی ، مخازن بیضوی و مخازن مستعطیلی قابل تقسیم بندی می باشند.
در یک تقسیم بندی ثانویه مخازن استوانه ای عمودی به مخازن با سقف باز ، مخازن با سقف ثابت، مخازن ذخیره با سقف شناور خارجی و مخازن ذخیره با سقف شناور داخلی تقسیم بندی می شوند. به طور کلی نحوه تقسیم بندی مخازن مختلقف که امروزه در صنایع در حال استفاده می باشند در جدول ۱-۱ نمایش داده شده است .
ذیلا اجزای انواع این نوع مخازن توضیح داده خواهد شد. از آنجا که مواد مختلف، دارای خواص شیمیایی و فیزیکی مختلفی هستند، شرایط و نحوه مناسب ذخیره سازی آن ها متفاوت خواهد بود. به همین جهت انتخاب نوع مناسب مخازن اهمیت فراوانی دارد. مهمترین پارامترهایی که در انتخاب نوع مخزن ملاک قرار می گیرند، شامل موارد زیر می باشد:
۱- فراریت یا به عبارت دیگر فشار بخار
۲- سمی بودن
۳- میزان آتش گیری ماده مورد نظر
با در نظر گرفتن این موارد در هر قسمت تطابق فرایند و محصول با مخازن ، مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
– مخازن بدون سقف:
مخازن ذخیره سازی روباز، یکی از ساده‌ترین اشکال مخازن بوده و به شکل دیواره ای بدون سقف می‌باشند. از این نوع مخازن بدلیل نبود سقف و تماس سیال با محیط بیرون برای ذخیره سازی موادی استفاده می‌گردد که:
۱- میزان فراریت آنها بسیارکم باشد، زیرا بالا بودن میزان فراریت باعث تبخیر و اتلاف ماده می شود.
۲- خاصیت اشتعال زایی نداشته باشند، زیرا امکان بروز آتش‌سوزی بوجود می آید.
۳- مواد انبارش شذه گران قیمت نباشند، زیرا امکان آلوده شدن ماده وجود دارد مگر آنکه خالص بودن سیال اهمیت چندانی نداشته باشد و یا قبل از استفاده تصفیه شود.
این دسته از مخازن ذخیره‌سازی عموماً دارای اندازه‌های بزرگی هستند. تانک‌های باز معمولاً در محدوده قطرهای تا ۷۰ متر و عمق تا ۷ متر و بعضاً بزرگتر ساخته می‌شوند. جنس این مخازن ممکن است از استیل، بتون و… باشد.
از جمله موادی که در این مخازن ذخیره می شوند آب، آب نمک، کودهای شیمیایی که به شکل دوغاب هستند و … می تواند نام برد. مخازن ذخیره آب نمک در واحدهای کلرآلکالی پتروشیمی ها از این نمونه هستند.
مخازن با سقف ثابت :
این مخازن به سه گروه سقف مخروطی ، سقف گنبدی وسقف شناور داخلی تقسیم می شوند که تمامی این گروهها به دوصورت بدون نگهدارنده و یا با باد بند ساخته می شوند.
مخازن با سقف ثابت
فشار کاری این مخازن در سه گروه زیرقابل طبقه بندی است :
- فشار کاری اتمسفریک
فشار کاری مخازن
- فشار پایین با فشارداخلی کمتر از ۲ Mb
فشار کاری مخازن
- فشار بالا با فشار داخلی در حدود ۵۶Mb
فشار کاری مخازن
این نوع مخازن جهت نگهداری موادی به کار می روند که در دمای محیط بخار نمی شوند . بطور دقیق این مخازن جهت نگهداری موادی مورد استفاده قرار می گیرند که :
۱- فشار بخار واقعی آنها در دمای کاری مخزن کمتر از PSI 1.5 باشد.
۲- ماده مورد نظر آتشگیر یا سمی بوده و یا خلوص آن اهمیت داشته باشد.
لازم به ذکر است که چنانچه فشار بخار سیال ذخیره شده بالا باشد، تمایل زیاد مایع به تبخیر، سبب تشدید پدیده‌ای به نام اتلاف تنفسی در این نوع مخازن می‌گردد که سبب از بین رفتن مقادیری از مواد شده و در صورتیکه مواد سمی و یا آتشگیر باشند، مسائل و مشکلات ایمنی و محیط زیستی را نیز به همراه خواهد داشت.نسبت ارتفاع به قطر در طراحی این مخازن مهم میباشد، و برای بدست آوردن این نسبت نکات مختلفی مورد توجه قرار می‌گیرد. به عنوان مثال عواملی چون کم بودن فضای موجود برای نصب مخزن، زیاد بودن فراریت ماده‌ای که باید در مخزن ذخیره شود و بالا بودن سرعت ته‌نشین شدن مواد می‌تواند دلایلی برای انتخاب مخازنی با قطر کمتر و ارتفاع بیشتر گردد. تحمل کم خاک زیر مخزن می‌تواند دلیلی برای انتخاب یک مخزن با قطر بالا و ارتفاع کم باشد.از جمله موادی که در این مخازن ذخیره می‌گردد به آب و ترکیبات سنگین مانند آکریل آمید، دی اتیل پیروکربنات، دی ایزو پروپیل فلوئوروفسفات، کاستیک، نفت کوره و موادی از این قبیل می‌توان اشاره نمود.
مخازن با سقف شناور:
سقف این مخازن بصورت شناور طراحی می شوند تا از بخار شدن محتویات و ایجاد فشار بخار زیاد در مخازن جلوگیری شود. بطور کلی این مخازن برای نگهداری موادی با فشار بخار بالاتر از PSI 11.1 مورد استفاده دارند. از جمله این مواد می توان به نفت سفید و مازوت اشاره نمود. این مخازن به دو دسته تقسیم می شوند :
۱- مخازن با سقف شناور خارجی :
موادی چون نفت خام که فشار بخار آنها، کمی زیاد بوده و در حدود نزدیک به psi5/0 می باشد، در مخازن خاصی که مجهز به سقف شناور می باشند، ذخیره می گردند. این نوع از سقف شناور ها، فاقد سقف ثابت بوده و اصطلاح External Floating Roof گفته می شوند. گفتنی است که این مخازن، برای موادی که سمی نبوده یا آتش گیری کمی دارند، مناسب می باشند. نمونه ای از این مخازن در تصویر زیر قابل مشاهده می باشد.
مخازن با سقف شناور خارجی
۲– مخازن با سقف شناور داخلی :
اگر فشار بخار ماده ای در همین محدوده بوده ولی، ماده مذکور سمی یا آتش گیر باشد، از نوع خاصی از مخازن با سقف شناور که دارای یک سقف نیز می باشند، استفاده می گردد. به این نوع مخازن در اصطلاح، Internal Floating Roof گفته می شوند.
مخازن با سقف شناور داخلی
مخازن سرد
مخازن سرد جهت نگهداری گازهای مایع و موادی با نقطه جوش پایین و غالبا زیر صفر درجه سانتیگراد مورد استفاده قرار می گیرند. با توجه به پایین بودن دمای جوش این مواد، غالب آنها در دمای عادی محیط به شکل گاز می‌باشند، لذا باید این دسته از مواد را در دمای پایین نگهداری نمود. اقتصادی ترین و ایمن ترین دما برای نگهداری این گازها، کمی پایین تر از دمای جوش آنها و در حالت مایع میباشد. به عنوان مثال گاز بوتان در صفر درجه سانتیگراد، بوتادین در ۴- ، آمونیاک در ۳۳- ، پروپان در۴۲- ، اتیلن در ۱۰۳- ، آرگون در ۱۸۶- ، نیتروژن در ۱۹۶- ،هیدروژن در ۲۵۳- و … درجه سانتیگراد نگهداری می‌گردند.
برای مایع نگهداشتن این گازها می توان آنها را در فشارهای بالا و دمای محیط نیز نگهداری نمود ولی دلایل متعددی باعث شده‌اند که ذخیره سازی در دمای پایین و فشار اتمسفریک بر ذخیره سازی در فشار بالا و دمای محیط مزیت داشته باشد، از جمله این دلایل می توان به موارد ذیل اشاره نمود:
- وجود فشار پایین تر از دید ایمنی بسیار مناسب تر میباشد.
- هرچه فشار مخزن افزایش یابد، ناچارا باید ظرفیت ذخیره سازی را برای ایمنی وهزینه‌های ساخت کاهش داد. لذا کارکردن در فشار پایین تر سبب می شود تا ظرفیتبیشتری برای ذخیره سازی با هزینه مناسب تر استفاده نمود.
- مخازن دارای فشار زیاد از نقطه نظر ایمنی نیاز به محافظهای زیاد و غالبا دوربودن از سایر تجهیزات و واحد های فرایندی دارند، لذا کار کردن در فشار پایین تر سبب استفاده بهینه تری از زمین می‌گردد.
- عملیات بهره برداری در فشار کم راحت تر و سازگار با سیستم حمل و نقل می باشد.
مخازن سرد غالباً به شکل استوانه‌ای با کف صاف هستند که به مخازن تبرید نیز موسوم می‌باشند. این نوع مخازن اشکال روزمینی و زیرزمینی دارند.
مخازن متداول برای انبارهای بزرگ از نوع روزمینی، کف‌صاف و سقف‌گنبدی و دو جداره مــــی‌باشند، که از یک جدار داخلی از جنس فولاد نیکل‌دار و یک پوشش خارجی از فولاد و یک ماده عایق‌کننده وسطی تشکیل شده است. سیستم عایق‌بندی آن متشکل از دانه‌های پودری پرلایت است که در فضای بین دوجداره و با استفاده از فشار مثبت نیتروژن نگهداری می‌شود. این نوع از مخازن را اصطلاحا تانک‌های نگهداری کامل نیز می‌گویند.
نوع دیگری از این مخازن به شکل زیرزمینی است. یکی از مسائل مهمی که در مخازن زیرزمینی پیش می‌آید، مشکل تشکیل یخ در خاک اطراف و زیر مخزن است که باعث ایجاد فشارهای فوق‌العاده به مخزن و فونداسیون می‌شود. برای کنترل و رفع این مشکل، زیر و اطراف مخزن را با شن درشت پر می‌نمایند و در بعضی موارد از سیستم‌های گرمایشی در فونداسیون زیر مخزن استفاده می‌نمایند. مزیت مخازن زیرزمینی در مقابل مخازن روزمینی این است که در صورت اشکال در مخزن، مایع در سطح زمین اطراف پخش نمی‌شود ولی عیب عمده آنها این است که در صورت بروز نشتی در زیر خاک، یافتن نشتی مشکل است.
سیستم های کاهش دهنده فشار در مخازن سرد نیز مورد استفاده قرار می گیرند و در صورت بالا رفتن فشار از حد مجاز، مقداری از گاز را از مخزن تخلیه کرده تا فشار در حد مجاز قرار گیرد. در مورد گازهای آتشگیر باید برای آن از سیستمی ایمنی استفاده نمود تا گازهای حاصل از تخلیه فشار مایع سرد را به نقطه ای بیرون از قسمت های حساس واحد عملیاتی منتقل نماید و در یک flare آن را بسوزانند و درضمن به خاطر مسایل محیط زیستی نیز باید کلیه شیرهای ایمنی به مشعل flare تخلیه گردند. ملاحظات ایمنی ایجاب می‌کند که به منظور جلوگیری از خطرات در هنگام شکافت احتمالی، مخازن به وسیله دیواره‌ها و یا حصارهایی (dike) محصور شوند. این مخازن دارای سیستم تبرید می‌باشند.
از جمله مخازن سرد می‌توان از مخازن LNG، مخازن اتیلن، اکسیژن، نیتروژن، آرگون، هیدروژن و … نام برد.
نظرات