یکی از مهمترین مسائل در زمینه صنایع استخراج و پالایش نفت و مشتقات آن ذخیره سازی این مواد پس از خالص سازی و آماده برای مصرف می باشد . موادی که خوراک بسیاری از پالایشگاه ها و پتروشیمی ها را تامین می کنند پس از تولید بلافاصله مورد استفاده قرار نمی گیرند. ذخیره درست و بی خطر این مواد یکی از مهمترین موارد صنایع نفت و پتروشیمی و پالایشگاه می باشد.
واحدهای نفت و گاز برای نگهداری نفت خام و گاز و نیز انبار کردن فرآورده های نفتی گوناگون, نیاز به تعداد بسیاری مخزن دارند. 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 فرایندهای مختلفی از مواد شیمیایی خام مانند نفت خام جدا میشود و یا از آنها بوجود می‌آید. چند راه برای انتقال مواد خام از منابع تامین‌كننده به واحد فرایندی وجود دارد كه بر حسب مورد و شرایط از یكی از آنها مانند خطوط انتقال و یا تانكر استفاده میشود. همچنین محصولات تولیدی نیز به روشهای مختلف به بازار داخلی و یا خارجی عرضه می شود.
به دلایل زیادی از جمله یكسان كردن كیفیت محصول، اندازه گیری حجم محصول جهت فروش، امكان بارگیری و انتقال به تانكر و یا كشتی در حداقل زمان ممكن و … سبب می شود تا مواد محصول را بعد از تولید در مخازن یا تانكهای مناسب ذخیره نمایند. از اصطلاح تانك برای ظروف ذخیره سازی بزرگ و با كاربرد جابجا كردن، ذخیره سازی، اندازه گیری و حمل و نقل مایعات استفاده میگردد.
به عبارت دیگر مخازن چند وظیفه اصلی به عهده دارند:
1- ذخیره مواد اولیه و خوراك واحدها
2- ذخیره مواد واسطه، كه در فرایند تولید می شود
3- ذخیره فرآورده‌ها
4- ذخیره مواد برای بارگیری و پخش
5- همسان نمودن كیفیت محصول
6- معیاری جهت اندازه گیری حجم خوراك و محصول تولید شده
بطور كلی می توان مخازن ذخیره‌سازی را به دو دسته كلی مخازن روباز و دربسته تقسیم بندی نمود. گازها، سیالات آتشگیر، مواد شیمیایی خطرناك مثل اسیدها یا بازها و سیالاتی كه از خود گازهای سمی منتشر می‌كنند، باید در مخازن دربسته نگهداری و ذخیره شوند.
از مخازن دربسته می توان به مخازن با سقف ثابت، مخازن سقف شناور، مخازن كروی، استوانه‌ای و مخازن سرد اشاره نمود.
با توجه به این‌كه مواد گوناگون دارای خواص شیمیایی و فیزیكی مختلفی هستند، لذا نحوه ذخیره سازی مناسب آنها با یكدیگر تفاوت دارد.
از مهمترین پارامترهایی كه باید در انتخاب نوع مخزن مورد توجه قرار گیرد، می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
1-فراریت یا به عبارت دیگر فشار بخار،
2-سمیت
3-میزان آتشگیری ماده مورد نظر
1- تانك های درباز
مخازن ذخیره سازی روباز، یكی از ساده‌ترین اشكال مخازن بوده و به شكل دیواره ای بدون سقف می‌باشند. از این نوع مخازن بدلیل نبود سقف و تماس سیال با محیط بیرون برای ذخیره سازی موادی استفاده می‌گردند كه:
1- میزان فراریت آنها بسیاركم باشد، زیرا بالا بودن میزان فراریت باعث تبخیر و اتلاف ماده می شود
2- خاصیت اشتعال زایی نداشته باشند، زیرا امكان بروز آتش‌سوزی بوجود می آید
3- مواد گران قیمتی نباشند، زیرا امكان آلوده شدن ماده وجود دارد مگر آنكه خالص بودن سیال اهمیت چندانی نداشته باشد و یا قبل از استفاده تصفیه شود.
این دسته از مخازن ذخیره‌سازی عموماً دارای اندازه‌های بزرگی هستند. تانكهای باز معمولاً در محدوده قطرهای تا 70 متر و عمق تا 7 متر و بعضاً بزرگتر ساخته میشوند. جنس این مخازن ممكن است از استیل، بتون و… باشد.
از جمله موادی كه در این مخازن ذخیره می شوند آب، آب نمك، كودهای شیمیایی كه به شكل دوغاب هستند و … می تواند نام برد. مخازن ذخیره آب نمك در واحدهای كلرآلكالی پتروشیمی ها از این نمونه هستند.
2- مخازن با سقف ثابت
این مخازن در مواردی بكار می‌روند كه:
1- فشار بخار مایع ذخیره شونده كم و یا ناچیز باشد
2- ماده مورد نظر آتشگیر یا سمی بوده و یا خلوص آن اهمیت داشته باشد.
لازم به ذكر است كه 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 كه سبب از بین رفتن مقادیری از مواد شده و در صورتیكه مواد سمی و یا آتشگیر باشند، مسائل و مشكلات ایمنی و محیط زیستی را نیز به همراه خواهد داشت.
این نوع از مخازن دارای دیواره‌ای استوانه‌ای شكل با كف و سقف می‌باشند. غالباً كف آنها را صاف و سقف را به اشكال مخروطی و گنبدی میسازند.
نسبت ارتفاع به قطر در طراحی این مخازن مهم میباشد، و برای بدست آوردن این نسبت نكات مختلفی مورد توجه قرار می‌گیرد. به عنوان مثال عواملی چون كم بودن فضای موجود برای نصب مخزن، زیاد بودن فراریت ماده‌ای كه باید در مخزن ذخیره شود و بالا بودن سرعت ته‌نشین شدن مواد می‌تواند دلایلی برای انتخاب مخازنی با قطر كمتر و ارتفاع بیشتر گردد. تحمل كم خاك زیر مخزن می‌تواند دلیلی برای انتخاب یك مخزن با قطر بالا و ارتفاع كم باشد.
از جمله موادی كه در این مخازن ذخیره میگردد به آب و تركیبات سنگین مانند آكریل آمید، دی اتیل پیروكربنات، دی ایزو پروپیل فلوئوروفسفات، كاستیك، نفت كوره، Soil و موادی از این قبیل می‌توان اشاره نمود.
3- مخازن با سقف شناور
این مخازن داری دیواره‌ای استوانه‌ای شكل، كف و سقف شناور می‌باشند. دو نوع از این مخازن طراحی و ساخته می شوند:
1-مخازن سقف شناوری كه سقف ثابت ندارند و سقف شناور با فضای باز در ارتباط است و اصطلاحا مخازن سقف شناور از نوع خارجی یا EFRT نامیده می شوند.
2-مخازن سقف شناوری كه علاوه بر سقف شناور به یك سقف ثابت نیز مجهز هستند و اصطلاحا مخازن سقف شناور از نوع داخلی یا IFRT نامیده می شوند.
تفاوت اصلی این دو نوع مخزن در وجود یك سقف ثابت است و بهمین دلیل هر یك از این انواع مخازن كاربرد مخصوص به خود را دارا میباشد. هر دو نوع آنها برای موادی مورد استفاده قرار می گیرند كه میزان فراریت مواد ذخیره شده در آنها بالا و فشار بخار در حدود psig5/0 باشد و در صورتیكه ماده مورد نظر خواص سمیت و آتشگیری كمی داشته باشد از نوع EFRT و در صورت بالا بودن سمیت و یا آتشگیری ماده مورد نظر از IFRT استفاده خواهد گردید. از جمله
مزیت های سقف ثابت روی سقف شناور :
1-محافظت سقف شناور و سیستم های آب بندی از عوامل جوی مانند باران، برف و باد
2-جلوگیری كامل از نشت مواد سمی و آتش گیر
3-امكان اعمال فشار مثبت روی سقف شناور به كمك گاز ازت به منظور جلوگیری از نوسان و كج شدن سقف شناور
سقف شناور روی سطح مایع قرار گرفته و زمانی كه ارتفاع سطح مایع در مخزن به هر دلیلی مثل پر كردن و خالی كردن مخزن و یا شرایط عملیاتی تغییر می كند، سقف شناور نیز بالا و پایین می رود. قرار گرفتن سقف شناور بر روی سطح مایع سبب میگردد كه فشار بر روی سطح مایع زیاد گردد و این افزایش فشار از میزان فراریت ماده ذخیره شده می‌كاهد چراكه بالاتر بودن فشار فضای روی سیال نسبت به فشار بخار مایع باعث جلوگیری از تبخیر ماده می شود. موادی چون نفت خام را در EFRTو متانول، MTBE، و … را در IFRT ذخیره می كنند.
4- مخازن كروی و استوانه‌ای
در صورتیكه فشار بخار ماده مورد نظر در حدود بین 5/0 تا psig50 باشد از مخازن كروی و استوانه‌ای افقی استفاده میگردد. البته در این محدوده فشاری مخازن استوانه‌ای افقی ترجیح داده می شوند ولی بر حسب شرایط عملیاتی خصوصاً چنانچه به حجم زیادی برای ذخیره سازی نیاز باشد، از مخازن كروی استفاده میگردد.
در صورتیكه فشار بخار ماده مورد ذخیره سازی بالاتر از psig50 باشد، باید حتماً از مخازن كروی استفاده نمود. با توجه به ساختار فیزیكی و هندسی این مخازن كه بصورت متقارن می‌باشند تحمل فشار در آنها از سایر مخازن بیشتر بوده از اینرو عموماً از آنها برای ذخیره سازی مواد در حجم های نسبتا بالا و فشار زیاد استفاده میگردد. معمولاً ظرفیت آنها در محدوده 1000 تا 25000 بشكه و فشارآنها از محدوده Psig 10 تا psig 200 میباشد. این مخازن دارای جداره كروی شكل بوده و دیواره آنها با استفاده از صفحات خمیده ساخته شده است. معمولاً این صفحات در محل، جوش داده و نصب می‌گردند.
این مخازن دارای مزایایی از جمله موارد زیر هستند:
1-در ظرفیت های مساوی، سطح مخزن كروی 88% سطح مخازن استوانه ای میباشد كه علاوه بر مسائل اقتصادی باعث كاهش انتقال حرارت میگردد.
2-در صورت بروز نشتی در مخازن با فشار بالا و بروز پدیده فلاش، امكان یخ‌زدگی وجود خواهد داشت. در مخازن كروی كه نیاز به زیرسازی و فونداسیون كمتری نسبت به مخازن استوانه ای میباشد، خطر یخ ز‌دگی خاك به علت عدم تماس وجود ندارد .از این مخازن بطور وسیعی در ذخیره سازی موادی چون كلر مایع، آمونیاك بی آب ، دی اكسید گوگرد، اكسید اتیلن، دی اكسید كربن، وینیل كلراید مونومر، برش‌های سبك نفتی(Light end) و …. در صنایعی چون كاغذسازی، واحدهای تولید سود سوزآور، سفید كننده ها، واحدهای تصفیه آب و فاضلاب، صنایع پالایش نفت و پتروشیمی، تولید كودهای شیمیایی، تولید PVC و …. استفاده میگردد.
5- 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 شكل گاز می‌باشند، لذا باید این دسته از مواد را در دمای پایین نگهداری نمود.
اقتصادی ترین و ایمن ترین دما برای نگهداری این گازها، كمی پایین تر از دمای جوش آنها و در حالت مایع میباشد. به عنوان مثال گاز بوتان در صفر درجه سانتیگراد، بوتادین در 4- ، آمونیاك در 33- ، پروپان در42- ، اتیلن در 103- ، آرگون در 186- ، نیتروژن در 196- ، هیدروژن در 253- 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 كه ذخیره سازی در دمای پایین و فشار اتمسفریك 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 و هزینه‌های ساخت كاهش داد. لذا كاركردن در فشار پایین تر سبب می شود تا ظرفیت بیشتری برای ذخیره سازی با هزینه مناسب تر استفاده نمود.
• مخازن دارای فشار زیاد از نقطه نظر ایمنی نیاز به محافظه ای زیاد و غالبا دور بودن از سایر تجهیزات و واحد های فرایندی دارند، لذا كار كردن در فشار پایین تر سبب استفاده بهینه تری از زمین میگردد.
• عملیات بهره برداری در فشار كم راحت تر و سازگار با سیستم حمل و نقل می باشد.
مخازن سرد غالباً به شكل استوانه‌ای با كف صاف هستند كه به مخازن تبرید نیز موسوم می‌باشند. این نوع مخازن اشكال روزمینی و زیرزمینی دارند.
مخازن متداول برای انبارهای بزرگ از نوع روزمینی، كف‌صاف و سقف‌گنبدی و دو جداره مــــی‌باشند، كه از یك جدار داخلی از جنس فولاد نیكل‌دار و یك پوشش خارجی از فولاد و یك ماده عایق‌كننده وسطی تشكیل شده است. سیستم عایق‌بندی آن متشكل از دانه‌های پودری پرلایت است كه در فضای بین دوجداره و با استفاده از فشار مثبت نیتروژن نگهداری میشود. این نوع از مخازن را اصطلاحا تانكهای نگهداری كامل نیز می‌گویند.
نوع دیگری از این مخازن به شكل زیرزمینی است. یكی از مسائل مهمی كه در مخازن زیرزمینی پیش می‌آید، مشكل تشكیل یخ در خاك اطراف و زیر مخزن است كه باعث ایجاد فشارهای فوق‌العاده به مخزن و فونداسیون میشود. برای كنترل و رفع این مشكل، 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 كه در صورت اشكال در مخزن، مایع در سطح زمین اطراف پخش نمی‌شود ولی عیب عمده آنها این است كه در صورت بروز نشتی در زیر خاك، یافتن نشتی مشكل است.
سیستم های كاهش 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 كرده 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 یك flare آن را بسوزانند و در ضمن به خاطر مسایل محیط زیستی نیز باید كلیه شیرهای ایمنی به مشعل flare تخلیه گردند. ملاحظات ایمنی ایجاب می‌كند كه به منظور جلوگیری از خطرات در هنگام شكافت 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، اكسیژن، نیتروژن، آرگون، هیدروژن و … نام برد.
6- مخازن خاص- Gas Holder
گاهی اوقات گازها را در مخازنی به نام Gas Holder ذخیره مینمایند. ساختار آن بدین صورت است كه یك محفظه استوانه‌ای شكل كه از یك طرف باز است، بصورت عمودی و به نحوی در داخل یك تانك پر از آب یا یك سیال دیگر قرار می‌گیرد كه سمت بسته این محفظه استوانه‌ای در بالا و سمت باز آن در پایین باشد. حد فاصل بین دو دیواره و بین محفظه استوانه‌ای و تانك پر از آب را بخش آببندی تشكیل می‌دهد. با ورود گاز به محفظه استوانه‌ای و تجمع در آن، محفظه در داخل تانك پر از آب حركت كرده و بالا می‌رود و گاز در فضای استوانه‌ای شكل و آب نگه داشته میشود. برای حفظ تعادل محفظه استوانه‌ای در حین بالا و پایین رفتن از ریل‌هایی كه به دیواره محفظه استوانه‌ای جوش داده شده و در درون چرخهایی متصل به تانك پر از آب بالا و پایین می‌رود، استفاده میگردد. برای آنكه محفظه استوانه‌ای زیادتر از حد بالا نیاید و یا به كف تانك آب برخورد ننماید، از نگهدارنده‌هایی در بالا و پایین تانك پر از آب استفاده میگردد كه بصورت اتصالاتی بر روی دیواره می‌باشند.
از نمونه‌های عملی این مخازن می توان به مخزن نگهداری VCM در واحد PVC پتروشیمی بندرامام اشاره نمود.
1.كلیات
2.انواع مخازن؛ شامل قسمت‌های زیر:
- مخازن درباز
- مخازن با سقف ثابت
- مخازن با سقف شناور
- مخازن كروی
- مخازن سرد
- Gas Holder
3.ساختمان و اجزاء مخازن:
شامل قسمت‌های ذیل:
اجزاء مشترك در همه مخازن شامل:
- دیواره‌های مخزن
- ورودی و خروجی‌ها
- خارج‌كننده آب
- مجرای خروج نشتی
- مجرای تخلیه سرریز
- مجرای تخلیه سقف
- شیرهای اطمینان
- تجهیزات ابزاردقیق و كنترلی
- كابل‌های اتصال به زمین
- كویل‌های حرارتی
- مجاری تزریق نیتروژن
- سیستم حفاظت كاتدی
- دریچه‌های عبورآدم
- دریچه‌های نمونه‌گیری
- دریچه‌های عمق‌سنجی
- عایق‌های برودتی و حرارتی
- حصار و پلكان
- رینگ‌های آتش
- تجهیزات تزریق فوم
- مانیتورهای آتش‌نشانی
- حوضچه‌های تخلیه اضطراری
- فونداسیون
- Breather
•اجزاء خاص در مخازن سقف ثابت
- سقف ثابت
- همزن
- مجاری اتصال به اتمسفر
- نگهدارنده‌های سقف ثابت
•اجزاء خاص در مخازن با سقف شناور
- سقف شناور
- پایه‌های سقف شناور
- ابزارهای ضدچرخش سقف شناور
- سیستم‌آب‌بندی
•اجزاء خاص در مخازن كروی
•اجزاء خاص در مخازن سرد
- فونداسیون
- دیواره دوجداره و عایق
4.جنس مخازن
5.اتلاف تنفسی
6.تجهیزات ایمنی در مخازن
7.اطفاء حریق
8.ایمنی فردی
9.MSDS
10.بازدید
11.بازرسی
12.نمونه‌گیری از مخازن
13.تعمیرات
14.تحویل‌گرفتن از تعمیرات
15.در سرویس‌قرار دادن مخازن
16.تعاریف و اصطلاحات
17.خودآزمایی
