بعد از این همه سال در این زمینه، آمده ام تا ببینممخازن نگهداری مواد شیمیاییبه عنوان یکی از فریبنده ترین قطعات تجهیزات در هر تاسیسات صنعتی. آنها واقعاً ساده به نظر می‌رسند-فقط یک ظرف. اما مشخص کردن، بهره برداری و نگهداری صحیح یکی از علم مواد، مکانیک سیالات، مهندسی خوردگی، ابزار دقیق و مجموعه ای از مقررات زیست محیطی و ایمنی است که به نظر می رسد هر ساله چند برابر می شود.
من مخازنی را دیده ام که برای بیش از دو دهه با کمی بیشتر از تعویض معمولی واشر و گاه به گاه لمس کردن پوشش- کار می کردند. من همچنین مخازنی را دیده‌ام که در طی سه سال پس از نصب، ترک‌های استرسی ایجاد کرده‌اند، مواد شیمیایی نشت می‌کنند که نه فقط محصول و جریمه‌ها را برای اپراتور، بلکه صدمات اعتباری که تعمیر آن سال‌ها طول کشید، برای اپراتور تمام می‌کند.
تفاوت معمولاً در قیمت خرید خود مخزن نیست-بلکه این است که آیا تیم مهندسی در مرحله مشخصات سؤالات درستی را مطرح کرده است. این مقاله حول آن سؤالات سازماندهی شده است که از پروژه هایی که من روی آنها کار کرده ام و اشتباهاتی که دیده ام (و مرتکب شده ام) است.
سوال اول: در واقع چه چیزی را ذخیره می کنید؟
می دانم که واضح به نظر می رسد، اما من بیش از چند پروژه را در این مرحله اول دیده ام.
کلمه "شیمیایی" دامنه وسیعی را پوشش می‌دهد-از لخته‌کننده‌های آب آشامیدنی- تا اسید سولفوریک دود، از روغن‌های گیاهی در دمای محیط تا محلول‌های سوزاننده داغ در دمای 80 درجه، از نمک‌های کاملاً بی‌اثر تا مونومرهایی که در تماس با هوا پلیمریزه می‌شوند. هر کدام نیازهای متفاوتی دارند.
قانون من ساده است: قبل از اینکه چیزی را مشخص کنید، مشخصات شیمیایی کامل را دریافت کنید. حداقل، شما نیاز دارید:
- ترکیب شیمیایی و غلظت{0}}این امر باعث سازگاری مواد می‌شود
- نرخ خوردگی دمای عملیاتی و محدوده دمایی-به ازای هر 10 درجه افزایش تقریباً دو برابر می‌شود
- وزن مخصوص{0}}بار هیدرواستاتیک روی پوسته مخزن را تعیین می کند
- فشار بخار{0}}به شما می‌گوید که آیا به طراحی درجه‌بندی فشار{1}} نیاز دارید یا فقط یک دریچه تنفس
- نمایه ناخالصی{0}}آلاینده های ردیابی اغلب تهاجمی تر از جزء اصلی هستند
من روی پروژه ای کار کردم که در آن مشتری 98٪ اسید سولفوریک را در یک مخزن FRP ذخیره می کرد. روی کاغذ، سازگاری مواد خوب به نظر می رسید. شش ماه پس از بهره برداری، دیواره مخزن شروع به نرم شدن کرد. این تحقیق مشکل را برای ردیابی آلودگی کلرید در اسید ردیابی کرد-برگ داده خوردگی تامین کننده "اسید سولفوریک خالص" را پوشش می داد، اما هیچ اشاره ای به برهمکنش کلرید نداشت، و هیچ کس جزئیات را در طول مشخصات کشف نکرده بود.
سوال دوم: از چه موادی باید استفاده کرد؟
انتخاب مواد برای مخازن ذخیره مواد شیمیایی یکی از موضوعاتی است که همه نظری دارند و تعداد کمی موافق هستند. برخی می گویند: «ضد زنگ بهترین است. دیگران استدلال می کنند: "FRP بیشترین سود را برای شما به ارمغان می آورد." گروه سوم اصرار دارند: "فولاد کربن با آستر تنها روش قابل اعتماد است." هر دیدگاهی شایستگی دارد، اما هیچ کدام کل داستان را بیان نمی کند.
در اینجا تجزیه و تحلیل من است، بر اساس آنچه من در واقع کار در این زمینه دیده ام:
فولاد کربن با آستر داخلی
این ترکیب کلاسیک در ذخیره سازی مواد شیمیایی است. فولاد استحکام ساختاری را فراهم می کند. آستر-لاستیک، پلی اتیلن، PVDF یا شیشه-ذوب شده-به-فولاد-سد خوردگی را ایجاد می‌کند. هزینه قابل مدیریت است و دامنه کاربردها گسترده است. نقطه ضعف این است که وقتی آستر شکسته می شود، بستر فولاد کربنی به سرعت خورده می شود و تعمیرات معمولاً مستلزم خارج کردن مخزن از سرویس، تخلیه، تمیز کردن، سنگ زنی و پوشش مجدد- یک فرآیند طولانی و پرهزینه است. من پروژه‌ای را دیدم که در آن مخزن{10}}لاستیکی پس از پنج سال کار، ترک مویی در درز جوش ایجاد کرد. اسید از آن نفوذ کرد و در عرض سه ماه صفحه فولادی زیر سوراخ شد.
فولاد ضد زنگ
304 و 316 گریدهایی هستند که اکثر مردم می شناسند، اما برای ذخیره سازی مواد شیمیایی، اغلب به آلیاژهای بالاتر-904L، 2205 دوبلکس، یا 6% مولیبدن فوق-آستنیتیک نیاز دارید. مزیت بزرگ این است که ضد زنگ نیازی به آستر جداگانه ندارد. لایه اکسید غیرفعال تا زمانی که کلریدها و دما در محدوده قابل قبول باقی بمانند، خود التیام می‌یابند. اما هزینه آن چندین برابر فولاد کربنی است و اگر نمره را اشتباه بگیرید{11}}مثلاً، 304 در یک کلرید{12}}حاوی خوردگی حفره‌دار محیطی می‌تواند سریع‌تر از خوردگی یکنواخت در فولاد کربنی پیشرفت کند.
پلاستیک تقویت شده با فایبرگلاس-(FRP)
FRP حد وسط را اشغال می کند: دماهای متوسط، خورندگی متوسط. مزایا ساخت بدون درز، سطح داخلی صاف و مقاومت در برابر خوردگی خوب است. معایب عبارتند از کاهش قابل توجه استحکام بالای 80 درجه و کیفیت که به شدت به کار چیدمان دستی بستگی دارد.
پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE)
برای ذخیره‌سازی-دمای محیط، فشار اتمسفر-مواد شیمیایی غیر اکسیدکننده، HDPE نسبت به هزینه‌ها سخت است. در برابر اکثر اسیدها، بازها و محلول های نمک مقاومت می کند. اما نمی تواند دماهای بالا را تحمل کند (معمولاً بالای 60 درجه نیست)، مقاومت ضعیفی در برابر حلال های آلی دارد و در آتش، مخزن HDPE ذوب می شود و فرو می ریزد و دود سمی آزاد می کند.
سوال سوم: اتمسفر یا فشار- رتبه بندی شده است؟
این یکی از آن سوالاتی است که همیشه دست کم گرفته می شود. بسیاری از مواد شیمیایی فشار بخار پایینی در دمای اتاق دارند، بنابراین یک مخزن جوی کافی به نظر می رسد. اما گرمای تابستان را اضافه کنید،مخزنتنفس، و فشرده سازی فضای سر در هنگام پر کردن، و فشار واقعی می تواند بسیار بالاتر از محیط باشد.
من موردی را به خاطر می آورم که در آن مشتری یک حلال نسبتاً فرار با فشار بخار فقط 0.5 کیلو پاسکال در دمای اتاق ذخیره می کرد. آنها از یک مخزن اتمسفر با دریچه استاندارد استفاده کردند. در یک روز تابستانی 38 درجه، فشار بخار داخل به 8 کیلو پاسکال رسید. دریچه نمی‌توانست خود را حفظ کند و سقف خوشبختانه بدون پارگی-برآمده شد، اما پوسته برای همیشه تغییر شکل داده بود.
از آن پروژه، من با "اتمسفر" با احتیاط برخورد کردم. برای هر ماده شیمیایی با فشار بخار بالاتر از 1 کیلو پاسکال، من طراحی با فشار- یا حداقل، دریچه‌های تنفسی با اندازه سخاوتمندانه و دستگاه‌های امداد اضطراری را توصیه می‌کنم. API 620 فشار تا 15 psig (تقریباً 103 کیلو پاسکال) را پوشش می دهد. بالاتر از آن، شما در قلمرو ASME Section VIII هستید.
سوال چهارم: کدام استاندارد طراحی اعمال می شود؟
طراحی و ساخت مخزن ذخیره مواد شیمیایی شامل استانداردهای متعددی است، و انتخاب اغلب کمتر بر اساس اولویت های فنی است تا الزامات قانونی در محل نصب.
در ایالات متحده، API 650 و API 620 استانداردهای-برای ذخیره سازی اتمسفر و فشار کم{3}} هستند. بخش هشتم ASME مخازن تحت فشار را پوشش می دهد. برای مخازن کوچکتر، UL 142 اغلب به آن اشاره می شود. در اروپا، EN 13445 چارچوب را ارائه می دهد. سیستم هماهنگ جهانی سازمان ملل متحد (GHS) در درجه اول به طبقه بندی و برچسب گذاری می پردازد اما بر انتخاب مخزن و علامت گذاری نیز تأثیر می گذارد.
این مشکلی است که من بیش از یک بار با آن برخورد کرده‌ام: پروژه‌های چندملیتی که مالک آن استانداردهای ایالات متحده را مشخص می‌کند اما ساخت آن در چین انجام می‌شود-"طراحی شده برای API، ساخته شده در چین." در این سناریو، کد طراحی و کد ساخت باید تراز شوند. یک مخزن طراحی شده با API 650 که در چین ساخته شده است هنوز باید الزامات چینی را برای صلاحیت جوشکار، روش های NDT و آزمایش مجدد مواد برآورده کند. شکاف بین استانداردها نیازمند یک مهندس مجرب برای پل زدن است. در غیر این صورت، با درگیری هایی مانند "طراحی API، بازرسی چینی" مواجه می شوید که می تواند یک پروژه را برای هفته ها متوقف کند.
من روی پروژه ای کار کردم که در آن طراحی با API 650 مشخص شده بود، اما تیم ساخت به GB 50341، استاندارد چینی برای مخازن ذخیره سازی فولادی استوانه ای عمودی، عادت داشتند. این دو استاندارد در محاسبات ضخامت دیوار، ضرایب اتصال جوش و نرخ نمونه برداری NDT متفاوت هستند. بررسی نقشه به تنهایی بیش از یک ماه طول کشید، و ما مجبور شدیم یک-مشاور شخص ثالث را بیاوریم تا قبل از اینکه بتوانیم راه حلی پیدا کنیم که هر دو چارچوب را برآورده کند، مقایسه ای-در کنار- انجام دهد.
سوال پنجم: اگر نشت کند چه اتفاقی می افتد؟
سوالی که کسی دوست ندارد بپرسد-زیرا احتمال شکست را تصدیق می کند. اما مهندسی با امید کار نمی کند. ما باید با «چه می‌شد اگر».
برای نگهداری مواد شیمیایی، نگهداری ثانویه نیاز به توجه جدی دارد. تاسیسات بالای زمینی معمولاً از دایک های بتنی در اطراف مزرعه مخزن استفاده می کنند که اندازه آنها حداقل 110٪ از حجم بزرگ ترین مخزن (125٪ در برخی حوزه های قضایی) است. کف دایک به یک پوشش مهاری، یک ترانشه زهکشی و یک گودال جمع آوری با پمپ انتقال نیاز دارد تا هر ماده شیمیایی آزاد شده را بتوان به سرعت به مخزن نگهداری اضطراری یا سیستم تصفیه منتقل کرد.
مخازن زیرزمینی-در کارخانه‌های شیمیایی کمتر رایج هستند، اما هنوز هم وجود دارند-معمولاً از ساختار دو جداره- با سنسورهای تشخیص نشت در فضای بینابینی استفاده می‌کنند. اگر دیواره داخلی شکسته شود، رهاسازی در فضای حلقوی محفوظ است و قبل از رسیدن هر گونه آلودگی به خاک، زنگ خطر را ایجاد می کند.
من روی یک پروژه شیمیایی خوب کار کردم که در آن مالک مهار ثانویه را جدی گرفت-هر دایک مخزن سنسور سطح مخصوص به خود را داشت که به سیستم هشدار اتاق کنترل مرکزی متصل بود. سه سال پس از بهره برداری، یک مخزن حاوی یک ماده واسطه اسیدی یک ترک مویی در درز پایین جوش ایجاد کرد. مقدار کمی اسید به داخل دایک نفوذ کرد. هنگامی که سطح مایع فقط 2 میلی متر افزایش یافته بود، سنسور یک زنگ هشدار را ایجاد کرد. تیم عملیات محتویات را انتقال داده و ظرف 20 دقیقه دایک را تمیز کردند. تلفات واقعی آن حادثه، اگر حسگر آنجا نبود، احتمالاً مخزن پر از مواد، بتن آسیب دیده در اثر اسیدپاشی و تحقیقات آژانس محیط زیستی بود.
سوال ششم: چه کسی و چگونه آن را حفظ می کند؟
نگهداری مخازن ذخیره مواد شیمیایی علم موشکی نیست، اما شکاف بین خوب و بد کاملاً در جزئیات است.
در اینجا یک چک لیست اساسی تعمیر و نگهداری است که من در طول سال ها ایجاد کرده ام و برای اکثر تاسیسات مخازن شیمیایی قابل استفاده است:
- هفتگی-بازرسی بصری پوسته خارجی، اتصالات لوله، فلنج ها، شیرها و دایک. چه چیزی را باید جستجو کرد: چکه، تغییر رنگ، زنگ زدگی، پوشش های تاول، پیچ و مهره های شل.
- ماهانه-ابزار و زنگ هشدار را بررسی کنید. آیا دریچه های تنفس آزادانه کار می کنند؟ آیا سطح سنج دقیق است؟ آیا سنسورهای دما به درستی می خوانند؟
- سه ماهه-در صورت نصب، حفاظت کاتدی را بررسی کنید. پتانسیل ها را اندازه گیری کنید و با قرائت های قبلی مقایسه کنید. به دنبال روندهای نزولی باشید
- آزمایش سالانه ضخامت اولتراسونیک در نقاط شبکه انتخاب شده روی پوسته و صفحه پایین. ضخامت باقیمانده را با مقادیر طراحی مقایسه کنید. محاسبه نرخ خوردگی
- هر 3-5 سال-بازرسی داخلی. مخزن را تخلیه، تمیز و تهویه کنید. یک بازرس معتبر برای بررسی صفحه پایین، پوسته، سقف و درزهای جوش وارد می شود. بازرسی داخلی مواردی را پیدا می کند که UT از قلم افتاده است، به ویژه ترک خوردگی تنشی در مناطق متاثر از حرارت جوش.
- آستر/پوشش-در صورت نیاز. علائم اولیه تخریب-گچ زدن، ترک خوردن، خونریزی زنگ زدگی در لبه ها-قبل از اینکه خرابی گسترده شود را لمس کنید.
- من یک سرپرست تعمیر و نگهداری در یکی از سایت ها را به یاد می آورم که به وسواس معروف بود. هر روز صبح، او با یک دفترچه یادداشت کوچک در مزرعه مخزن قدم می‌زد و هرگونه «ناهنجاری»- را یادداشت می‌کرد، حتی فقط یک ذره زنگ روی یک پیچ. مردم فکر می کردند که او از اوج بالاتر است. اما پنج سال بعد، آن تاسیسات حتی یک مورد نشتی نداشت. وقتی گیاهان دیگر مردم را فرستادند تا از آنها بیاموزند، او آن را به گونه ای که هرگز فراموش نکرده ام خلاصه کرد: "هیچ رازی وجود ندارد. من فقط هر روز به آنها نگاه می کنم."
نظارت هوشمند: یک ابزار، نه یک جایگزین
در دهه گذشته، فناوری اینترنت اشیا در سنسورهای سطح{0} نظارت مخازن شیمیایی، سنسورهای دما، فرستنده‌های فشار، حتی نظارت بر انتشار صوتی به طور فزاینده‌ای رایج شده است. هزینه ها کاهش یافته و قابلیت ها به طور قابل توجهی گسترش یافته است.
این چیز خوبی است. اما من یک هشدار می دهم: سیستم های نظارت هوشمند ابزار هستند، نه جایگزینی برای قضاوت انسان.
من پروژه ای را دیدم که در آن مالک سرمایه گذاری زیادی روی یک سیستم نظارتی جامع IoT انجام داد، سپس تصمیم گرفت که بتواند بازرسی های دستی را از روزانه به هفتگی کاهش دهد-با اعتماد به سیستم برای دریافت هر چیز مهمی. سپس یک روز، یک سنسور یک سطح غیر طبیعی را علامت گذاری کرد. اپراتور در اتاق کنترل نگاهی به آن انداخت، به عنوان دریفت حسگر آن را از روی شانه انداخت و کاری انجام نداد. دو روز بعد، یک بوی شدید شیمیایی در منطقه مخزن ایجاد شد-چند صد لیتر از درز پایینی نشت کرده بود.
تحقیقات به این نتیجه رسید که سنسور دقیق بوده است. مشکل اتکای بیش از حد-تیم عامل به سیستم و آموزش پاسخ ناکافی بود. آنها عادت کرده بودند که هشدارها را بدون پروتکل راستی‌آزمایی مناسب به‌عنوان «مثبت‌های غلط» رد کنند.
این روزها، توصیه من به مشتریان صریح است: سیستم مانیتورینگ هوشمند را به هر طریقی نصب کنید، اما فرکانس بازرسی دستی را کاهش ندهید. این سیستم به شما کمک می‌کند تا 24/7 نظارت داشته باشید، اما برای تصمیم‌گیری در مورد اینکه آیا یک ناهنجاری یک هشدار نادرست است یا یک تهدید واقعی، به تجربه انسانی نیاز دارد.
نتیجه گیری: انتخاب پایان نیست-این آغاز است
در حین نوشتن این مقاله، مدام به یک سوال بازگشته ام: اگر بتوانم فقط یک توصیه به شخصی که روی پروژه مخزن ذخیره مواد شیمیایی کار می کند، بدهم، آن چه خواهد بود؟
پس از کلی فکر، پاسخ من این است: با این پروژه به عنوان یک "خرید تانک" رفتار نکنید.
مشخص کردن مخزن ذخیره مواد شیمیایی به معنای ورق زدن کاتالوگ تامین کنندگان، مقایسه قیمت ها و ثبت سفارش نیست. این یک تمرین مهندسی سیستم است- که با تجزیه و تحلیل کامل خواص مواد شیمیایی شروع می‌شود، از طریق انتخاب مواد، تعیین کد طراحی، نظارت بر کیفیت ساخت، نصب و راه‌اندازی حرکت می‌کند و سپس به چندین دهه مدیریت عملیاتی ادامه می‌یابد.
پروژه هایی که من شاهد موفقیت آنها بوده ام، همگی مخزن را به عنوان بخشی جدایی ناپذیر از سیستم تولید تلقی کرده اند، نه فقط "مکانی برای قرار دادن وسایل". در آن پروژه‌ها، مهندس مشخصات و تیم عملیات با هم نشستند و درباره هر سناریویی صحبت کردند{1}}چگونه مواد وارد و خارج می‌شوند؟ چگونه آن را تمیز کنیم؟ چگونه آن را بررسی خواهیم کرد؟ چگونه آن را تعمیر خواهیم کرد؟ اگر نشت کند چه اتفاقی می افتد؟ هنگامی که تمام این موارد را انجام دادید، مخزن انتخابی شما در واقع به خوبی کار خواهد کرد.
ارزش دفتری یک مخزن ذخیره مواد شیمیایی ممکن است 20 یا 30 سال باشد. اما عمر واقعی آن بستگی به این دارد که در مرحله مشخصات چقدر به آن فکر کرده اید. مخزنی که به درستی مشخص شده باشد همچنان در سال 30 به طور قابل اعتماد کار می کند. مخزنی که به طور تصادفی انتخاب شده است ممکن است به بزرگترین دردسر ایمنی کارخانه قبل از سال پنجم تبدیل شود.
من این مقاله را نوشتم تا برخی از تفکراتی را که در طول سال ها انباشته ام به اشتراک بگذارم، به این امید که به افرادی که این کار را انجام می دهند کمک کند تا از برخی از اشتباهاتی که من دیده ام جلوگیری کنند. اگر هر یک از آن را مفید یافتید، ارزش تلاش را داشت.