ปัจจัยสำคัญและกฎระเบียบด้านความปลอดภัยสำหรับเรือแรงดันและการออกแบบถังเก็บ

1. บทนำ
ถังแรงดัน เป็นอุปกรณ์ที่สามารถทนความดันบางอย่างและใช้ในการเก็บก๊าซหรือของเหลว พวกเขาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเช่นปิโตรเคมี, ก๊าซธรรมชาติ, การผลิตพลังงาน, โลหะวิทยา, ยาและอาหาร พวกเขามักจะเก็บความดันสูงอุณหภูมิสูงไวไฟระเบิดหรือเป็นพิษ ดังนั้นความเป็นเหตุเป็นผลของการออกแบบของพวกเขาจะกำหนดความปลอดภัยและอายุการใช้งานของอุปกรณ์โดยตรง

การเพิกเฉยต่อปัจจัยสำคัญในระหว่างขั้นตอนการออกแบบหรือไม่ปฏิบัติตามกฎระเบียบด้านความปลอดภัยที่เกี่ยวข้องอาจนำไปสู่อุบัติเหตุร้ายแรงเช่นการรั่วไหลและการระเบิดในระหว่างการดำเนินการส่งผลให้เกิดการบาดเจ็บล้มตายอย่างมีนัยสำคัญและการสูญเสียทางเศรษฐกิจ ดังนั้นการออกแบบทางวิทยาศาสตร์และการปฏิบัติตามมาตรฐานความปลอดภัยอย่างเข้มงวดจึงเป็นสิ่งที่จำเป็นต้องมีเพื่อให้มั่นใจว่าการทำงานที่เชื่อถือได้ของถังเก็บ

2. ปัจจัยการออกแบบที่สำคัญ
ความดันและอุณหภูมิในการทำงาน

ความดันการออกแบบ: การออกแบบควรขึ้นอยู่กับแรงดันในการทำงานสูงสุดที่ถังสามารถทนได้ด้วยอัตรากำไรขั้นต้นที่เพียงพอ

อุณหภูมิการออกแบบ: ไม่เพียง แต่ควรพิจารณาอุณหภูมิการทำงานปกติเท่านั้น แต่ยังมีความผันผวนของอุณหภูมิในระหว่างการเริ่มต้นการปิดระบบและสภาพอากาศที่รุนแรง

ตัวอย่าง: ถังเก็บก๊าซธรรมชาติเหลว (LNG) ต้องทำงานที่อุณหภูมิต่ำมาก (ประมาณ -162 ° C) ดังนั้นจึงต้องใช้เหล็ก cryogenic หรือวัสดุคอมโพสิตเพื่อป้องกันอุบัติเหตุที่เกิดจากการแตกหักเปราะ ลักษณะสื่อการจัดเก็บข้อมูล
ความไวและการระเบิด: ถังเก็บก๊าซสำหรับโพรเพนและบิวเทนต้องการอุปกรณ์ป้องกันการระเบิดและการออกแบบการปิดผนึกอย่างเข้มงวด
การกัดกร่อน: ของเหลวที่กัดกร่อนเช่นกรดซัลฟิวริกและกรดไฮโดรคลอริกทำให้ความต้องการวัสดุถังสูงมากมักใช้สแตนเลสหรือการเคลือบที่ทนต่อการกัดกร่อน
ความเป็นพิษ: เมื่อเก็บก๊าซเช่นแอมโมเนียและคลอรีนนอกเหนือจากการเลือกวัสดุแล้วจำเป็นต้องมีเปลือกหอยสองชั้นเพิ่มเติมหรือระบบสเปรย์ฉุกเฉินเป็นมาตรการด้านความปลอดภัย
การเลือกวัสดุ
เหล็กกล้าคาร์บอน: ต้นทุนต่ำเหมาะสำหรับอุณหภูมิปกติและความดันหรือถังเก็บความดันต่ำ แต่มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ไม่ดี
สแตนเลส: เสนอการกัดกร่อนและความต้านทานอุณหภูมิที่ดีเยี่ยมเหมาะสำหรับอุตสาหกรรมเช่นอาหารยาและสารเคมี แต่มีราคาแพงกว่า
โลหะผสมเหล็ก: ใช้ในสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิสูงและมีความดันสูงเช่นถังเก็บหม้อไอน้ำโรงไฟฟ้า
วัสดุคอมโพสิต: ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามีการใช้งานมากขึ้นในการใช้งานที่ต้องการวัสดุที่มีน้ำหนักเบาและทนต่อการกัดกร่อน
การออกแบบโครงสร้าง
โครงสร้างทั่วไป ได้แก่ แนวตั้งแนวนอนทรงกลมและทรงกระบอก ถังทรงกลมสามารถทนต่อความดันภายในที่ค่อนข้างสม่ำเสมอและมักใช้ในการเก็บก๊าซเหลว การออกแบบความหนา: ขึ้นอยู่กับสูตรการคำนวณความหนาของผนัง (เช่นที่ได้รับจาก ASME และ GB150) ให้แน่ใจว่าความหนาของผนังสามารถทนต่อแรงดันในขณะที่หลีกเลี่ยงการสูญเสียวัสดุ
กระบวนการเชื่อม: การเชื่อมเป็นลิงค์ที่อ่อนแอที่สุดซึ่งต้องการการควบคุมคุณภาพอย่างเข้มงวดและการทดสอบแบบไม่ทำลาย
การผลิตและการแปรรูป
การควบคุมคุณภาพการเชื่อม: การทดสอบรังสี (RT), การทดสอบอัลตราโซนิก (UT), การทดสอบแบบเจาะ (PT) และการทดสอบอนุภาคแม่เหล็ก (MT) ใช้เพื่อให้แน่ใจว่ามีคุณภาพการเชื่อม
การรักษาด้วยความร้อน: แผ่นเหล็กหนาต้องการการรักษาความร้อนโดยรวมหลังจากการเชื่อมเพื่อบรรเทาความเครียดและป้องกันการแตกหักเปราะ
กระบวนการขึ้นรูป: สำหรับกระบวนการต่าง ๆ เช่นการกดแบบเย็นและการกดร้อนตรวจสอบให้แน่ใจว่าแผ่นเหล็กไม่ได้สร้างรอยแตกหรือความเครียดที่เหลือมากเกินไปหลังจากก่อตัว

3. กฎระเบียบและมาตรฐานความปลอดภัย
มาตรฐานสากล
ASME Boiler & Pressure Vessel Code (American Society of Mechanical Engineers): รหัสการออกแบบเรือความดันที่ใช้กันอย่างแพร่หลายทั่วโลกครอบคลุมการออกแบบการผลิตและกระบวนการตรวจสอบทั้งหมด API 650/620 (สถาบันปิโตรเลียมอเมริกัน): ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการออกแบบและการก่อสร้างถังเก็บความจุขนาดใหญ่ API 650 ใช้กับถังความดันบรรยากาศในขณะที่ API 620 ใช้กับถังแช่แข็งและแรงดันต่ำ

มาตรฐานจีน
GB 150 "เรือกดดัน": มาตรฐานการออกแบบเรือแรงดันหลักของจีน
GB/T 151 "เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเชลล์และท่อ": กฎระเบียบโดยละเอียดสำหรับภาชนะรับแรงดันการแลกเปลี่ยนความร้อน
TSG 21 "กฎระเบียบด้านเทคนิคการกำกับดูแลด้านความปลอดภัยของเรือกดดันที่อยู่กับที่": กฎระเบียบการจัดการความปลอดภัยตั้งแต่การออกแบบการผลิตการตรวจสอบการปฏิบัติงาน

การออกแบบมาร์จิ้น

การวิเคราะห์ความเครียด: การวิเคราะห์องค์ประกอบ จำกัด (FEA) ใช้ในการคำนวณการกระจายความเครียดในส่วนประกอบต่าง ๆ เพื่อให้แน่ใจว่าปัจจัยด้านความปลอดภัยที่สมเหตุสมผล

ข้อควรพิจารณาในการโหลด: นอกเหนือจากความดันภายในแล้วต้องพิจารณาปัจจัยภายนอกเช่นแผ่นดินไหวโหลดลมและโหลดหิมะด้วย

อุปกรณ์เสริมความปลอดภัย

วาล์วความปลอดภัย: ป้องกันไม่ให้ถังทำงานภายใต้แรงดันเกิน

Disc Rupture: ปลดปล่อยความดันในสภาวะที่รุนแรงเพื่อปกป้องถัง

มาตรวัดความดันและมาตรวัดระดับ: ตรวจสอบสถานะการทำงานแบบเรียลไทม์ ระบบควบคุมและสัญญาณเตือนอัตโนมัติ: ใช้เซ็นเซอร์และ PLC เพื่อเปิดใช้งานการตรวจสอบระยะไกลและคำเตือนอุบัติเหตุ

4. การตรวจสอบและบำรุงรักษา
การตรวจสอบก่อนการจัดส่ง: รวมถึงการทดสอบแรงดันไฮดรอลิก (เพื่อตรวจสอบความสามารถในการรับแรงดันแบริ่ง) และการทดสอบความรุนแรง (เพื่อป้องกันการรั่วไหล)
การตรวจสอบในบริการ: การทดสอบความหนาของอัลตราโซนิกและการตรวจสอบอัตราการกัดกร่อนใช้เพื่อประเมินการย่อยสลายของอุปกรณ์
การตรวจสอบเป็นระยะ: จำเป็นต้องมีการตรวจสอบอย่างสม่ำเสมอและครอบคลุมตามกฎหมายและข้อบังคับ (เช่นกฎระเบียบเกี่ยวกับการกำกับดูแลด้านความปลอดภัยของอุปกรณ์พิเศษ)
การจัดการวงจรชีวิต: คลังเก็บชีวิตเต็มรูปแบบสำหรับถังเก็บได้รับการจัดทำเอกสารการออกแบบการออกแบบการผลิตการดำเนินงานและข้อมูลการบำรุงรักษาเพื่ออำนวยความสะดวกในการประเมินความเสี่ยง