بستن
شماره های پیشین نشریه
مروری بر مخازن ذخیره و خطرات این مخازن در صنایع
مروری بر مخازن ذخیره و خطرات این مخازن در صنایع
نویسنده: پریسا مشعشعی
کارشناسی ارشد بهداشت حرفه ای، دانشگاه علوم پزشکی تبریز، گروه بهداشت حرفه ای، تبریز، ایران.
چکیده
صنایع فرآیندی از جمله صنایع دارای ریسک بالا می باشد که هر گونه حادثه ای در این صنایع می تواند منجر به یک فاجعه در جامعه شود. از این رو ایمنی این صنایع بسیار مهم می باشد. از طرفی نفت خام به عنوان ماده ي اصلي صنايع، يكي از مهم ترين مواد با ارزش و استراتژيك در دنيا محسوب مي شود. این مواد بعد از استخراج به واحد های فرآیندی ارسال می شوند تا در این واحد ها مورد استفاده قرار بگیرند. این مواد بعد از انتقال به واحد های فرآیندی در این واحد ها با استفاده از مخازن ذخیره سازی ذخیره می شوند. با توجه به این که حجم بسیار زیادی از این مواد در داخل این مخازن ذخیره می شود هر گونه حادثه ای در این مخازن می تواند به یک فاجعه بزرگ تبدیل شود. از این رو شناسایی خطرات و ارزیابی ریسک های این مخازن بسیار ضروری می باشد به طوری که اگر این کار به خوبی صورت پذیرد می توان با انجام اقدامات کنترلی این خطرات را تا حد قبل قبول و ممکن کاهش داد. این مطالعه سعی دارد ابتدا این مخازن را معرفی و در ادامه به اهمیت حریق و کنترل حریق در این مخازن بپردازد.
لازم به ذکر است این مطالعه بخشی از پایان نامه کارشناسی ارشد سرکار خانم پریسا مشعشعی کارشناس ارشد بهداشت حرفه ای می باشد.
1-مقدمه
با توسعه سریع اقتصاد تقاضای مواد نفتی نیز افزایش یافته است(1). در صنايع شيميايي، مواد ارزشمند، مانند بنزين يا گاز مايع، طي فرايندهاي مختلفي از مواد شيميايي، مانند نفت خام جدا مي شود و يا از آنها بوجود مي آيد. نفت خام به عنوان ماده ي اصلي صنايع، يكي از مهم ترين مواد با ارزش و استراتژيك در دنيا محسوب مي شود. چند راه براي انتقال مواد خام از منابع تـامين كننـده به واحد فرايندي وجود دارد كه بر حسب مورد و شرايط، از يكي از آنها ماننـد خطـوط انتقـال و يـا تـانكر استفاده مي گردد(2). همچنين محصولات توليدي نيز به روش هاي مختلف به بازار داخلي و يا خارجي عرضه مي شود. به دلايل زيادي از جمله يكسان كردن كيفيت محصول، اندازه گيري حجم محصول جهت فروش، امكان بارگيري و انتقال به تانكر در حداقل زمان ممكن و ... سبب مي شود تا مواد محصول را بعد از توليد، در مخازن يا تانك هاي مناسب ذخيره نمايند. تعداد اين مخازن به عواملي چند چون دوري و نزديكي واحد به منابع تامين كننده نفت خام، تعداد و ظرفيت واحدهاي پالايش، تنوع فرآورده هاي توليدي و سرانجام چگونگي انتقال و پخش فرآورده ها بستگي دارد(3).
به طور کلی مخازن چند وظيفه اصلي به عهده دارند:
-ذخيره مواد اوليه و خوراك واحدها
-ذخيره مواد واسطه، كه در فرايند توليد مي شود
-ذخيره فرآورده ها
-ذخيره مواد براي بارگيري و پخش
-همسان نمودن كيفيت محصول
-معياري جهت اندازه گيري حجم خوراك و محصول توليد شده
از اصطلاح مخزن براي ظروف ذخيره سازي بزرگ و با كاربرد ذخيره سازي، اندازه گيري و حمل و نقل مايعات استفاده مي گردد(2, 3). مخازن نگهداري يک ابزار مهم در زنجيره ي تکنولوژيکي فرآيند استخراج، حمل و نقل و توزيع نفت خام و فرآورده هاي آن به حساب مي آيند(1).
2-تاريخچه ذخيره سازي نفت در مخازن
تاريخچه ساخت و استفاده از اين مخازن در كشورهاي توليد كننده نفت، به زمان كشف و استخراج نفت بر مي گردد. از همان موقع همگام با پيشرفت صنعت نفت توليدكنندگان آن به فكر ذخيره و نگهداري نفت در حجم هاي بسيار وسيع افتادند و براي اين منظور از مخزن با حجم هاي مختلف استفاده مي كردند.
در سال 1859 وليام اسميت به همراه دو پسرش اولين اكتشاف نفت خام را از چاه کولونل دراکس در ايالت پنسيلوانياي آمريكا به انجام رساند. با اين اكتشاف نياز به ظروف مناسب جهت ذخيره سازي نفت احساس شد و مسئولين امر به فكر تهيه مخارن مناسب با حجم لازم در حوالي چاه حفر شدند. اولين مخزن از جنس چوب و با ظرفيت 8 بشكه در نزديكي چاه ساخته و نصب گرديد(4).
در اولين روزهاي تجارت نفت كليه مخازن به شكل قوطي "مكعب" و به ابعاد چهار فوت طول و چهار فوت عرض و سه فوت ارتفاع ساخته شدند. در سال 1861 شخصي به نام آکین اولين مخزن استوانه اي را به قطر و ارتفاع 8 فوت را بنا نهاد و در آن تاريخ نشتي و تبخير مسئله جدي تلقي نمي شد چون توليد پالايشگاه هاي اوليه عمدتاً نفت چراغ و روغن ليزكننده بود. در سپتامبر1864 كمپاني گراف هاسون در آمريكا اولين مخزن فلزي به گنجايش 8000 بشكه و ده سال بعد مخزن ديگري به گنجايش 800000 بشكه را ساخت و در سال 1913 اولين مخزن پيچ و مهرهاي و در سال 1918 اولين مخزن با پله مخصوص ساخته شد. در اولين سال هاي 1920جوشكاري مخازن ابداع گرديد. به عنوان اولين استاندارد به صنايع مخزن سازي معرفي شد از آن تاريخ به بعد پيشرفت هاي شاياني در صنايع مخزن سازي به وجود آمد كه مهم ترين آنها عرضه مخازن سقف شناور در سال 1922 مي باشد(5).
در حال حاضر ایران نیز مانند دیگر کشورهای بزرگ تولید کننده نفت به دنبال ذخیره سازی نفت تولید شده است تا بتواند از این طریق بازار نفت را تحت کنترل قرار دهد. در كشور ما در حال حاضر در حال حاضر ظرفیت ذخیره سازی نفت خام ایران به ۱۰۰ میلیون بشکه می رسد و بيش از يك هزار مخزن اصلي با ظرفيت هاي متفاوت از يك هزار متر مكعب تا پنجاه هزار متر مكعب (يك ميليون ليتر تا پنجاه ميليون ليتر) در انبارهاي نفت نصب مي باشد كه به وسيله آنها كار ذخيره سازي فرآورده هاي نفتي صورت مي پذيرد. با توجه به سرمايه گذاري انجام شده در امر سوخت اين مخازن كه ظرفيت كل آنها بيش از شش ميليارد ليتر مي باشد، ملاحظه خواهيد فرمود كه نگه داشت و استفاده صحيح از آنها كاملاً مهم و حياتي خواهد بود(5).
3-انواع مخازن ذخیره سازی
همان طور که پیشتر بیان شد، مخازن ذخیره سازی يک ابزار مهم در زنجيره ي تکنولوژيکي فرآيند استخراج، حمل و نقل و توزيع نفت خام و فرآورده هاي آن به حساب مي آيند. اين مخازن که در شکل ها و اندازه هاي مختلفي وجود دارند؛ يك مخزن ذخيره سازی معمولاً از اجزاي زير تشكيل مي شود(6):
آ.پوسته استوانه اي كه از رول كردن ورق ساخته مي شود.
ب.سقف مخزن كه داراي انواع زير است:
1.سقف شناور
2.سقف ثابت
3.سقف ثابت و سقف شناور
ت.رينگ هاي تقويتي كه معمولاً از پروفيل هاي استاندارد ساخته مي شوند.
ث.لوله ها و فلنج ها
ج.كف مخزن
در طراحي قسمت هاي مختلف مخازن، پارامترهاي متعددي مورد استفاده قرار مي گيرد؛ از جمله اين پارامترها مي توان به طول، قطر يا حجم مخزن، فشار طراحي مخزن، تعداد نازل ها، طريقه اتصال و غيره اشاره كرد. براي داشتن يك مخزن مناسب بايد تمام پارامترهاي آن به طور صحيح بررسي شوند. علاوه بر آن پارامترهاي ديگري نيز وجود دارند كه بايد به طور دقيق لحاظ شوند از جمله اين پارامترها مي توان به محل كار مخزن، نوع ماده مورد استفاده در مخزن، عوامل جغرافيايي مثل باد، زلزله، قيمت مخزن مورد نظر با توجه به سرويس دهي و عمر مفيد آن و غیره اشاره كرد(5, 6).
1-3-1 مخازن بر اساس نوع کاربرد
مخازن را از نظر نوع کاربرد آنها در پالایشگاه ها به چهار دسته زیر تقسیم می کنند(6, 7):
الف- مخازن نفت خام
انواع گوناگون نفت خام سبك يا سنگين را مي توان به طور جدا يا آميخته در اين مخزن ذخيره كرد. مخزن هاي امروزي نفت خام سقفي شناور داشته بيشتر به لوله هاي مارپيچ بخار براي گرم كردن نفت خام در فصل زمستان، پروانه هاي همزن، زيرآب، ژرفاسنج و... مجهزاند.
ب-مخازن واسطه
اين مخزن ها براي دريافت فرآورده هاي نيمه نهايي از يك واحد پالايش، و دادن آنها به واحدهاي ديگر براي انجام گرفتن فرآيندهاي ديگر پالايش يا دريافت تركيبات گوناگون فرآورده ها پيش از آميختگي و انتقال آنها به مخزن هاي فرآورده هاي نهايي به كار برده مي شوند.
پ- مخازن فرآورده
فرآورده هاي گوناگون نفتي بنا به مشخصات مورد نظر در اين مخزن ها تهيه و به شبكه پخش انتقال داده مي شوند.
ت-مخازن بارگيري و پخش
برخي از فرآورده هاي سبك و سنگين، مانند گاز مايع، روغن موتور، قير و ... كه بردن آنها به جاهاي دور دست از راه خطوط لوله دشوار يا نشدني است، در مخزن هاي بارگيري انبار شده، سپس به نفت كش ها يا مخزن دارهاي راه آهن منتقل، و به محل مصرف فرستاده مي گردد. كار بارگيري معمولا به وسيله تلمبه انجام مي گيرد. اگر فرآورده نفتي روان باشد و فاصله مخزن تا جاي بارگيري زياد نباشد، با ايجاد اختلاف سطح ميان مخزن و نقطه بارگيري، مايع با نيروي جاذبه به وسيله نقليه منتقل مي شود. مخزن هايي كه در اين سرويس هستند، مخزن هاي بارگيري و پخش خوانده مي شوند.
چون نصب مخزن ها در هر پالايشگاه هزينه سرمايه اي بسياري خواهد برد، در طرح پالايشگاه و كوشش مي گردد تا شمار و ظرفيت مخزن ها به كمترين حد كاهش يابد، مثلا شمار و ظرفيت مخزنه اي واسطه تا آن حد منظور مي شود كه به توان تداوم عمليات و موازنه كار عادي دستگاه ها را حفظ كرد. همچنين با انجام عميات آميختگي فرآورده هاي گوناگون در لوله ها در مرحله انتقال به مخازن، مي توان شمار مخزن هاي واسطه و فرآورده ها را كاهش داد، مشروط بر اينكه ميان توليد و انتقال فرآورده ها موازنه برقرار شد و اين كار نيازمند يك برنامه ريزي دقيق روزانه، هفتگي و ماهانه است.
به طور كلي يك تقسيم بندي جامع و يكسان براي مخازن ذخيره وجود ندارد. طبقه بندي مخازن مي تواند از ديدگاه هاي متفاوتي مانند شكل هندسي، نوع سيال و يا بر حسب فشار بخار ماده ذخيره شده در آن باشد. اما مي توان همة مخازن را به دو دسته كلي مخازن روباز و دربسته تقسيم بندي نمود(8, 9). این نوع طبقه بندی مخازن در شکل (1-1) نشان داده شده است.
شکل1-1: طبقه بندی مخازن ذخیره سازی
2-3-1 انواع مخازن
1-2-3-1 مخازن روباز
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(10).
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 ... را می توان نام برد. مخازن ذخیره آب نمك در واحدهای كلرآلكالی پتروشیمی ها از این نمونه هستند(10).
2-2-3-1 مخازن در بسته
از مخازن دربسته می توان به مخازن تحت فشار، مخازن سقف ثابت، مخازن سرد و مخازن سقف شناور اشاره نمود(9, 11).
الف- مخازن تحت فشار
مخزن تحت فشار عبارت است محفظه ای بسته که جهت نگهداری سیال در فشاری متفاوت از فشار محیط (اتمسفر)، طراحی شده است. اختلاف فشار یک پارامتر خطرناک است و بر اثر تغییرات این پارامتر در مخازن تحت فشار، امکان انفجار و تخریب آن وجود دارد. در نتیجه، طراحی، ساخت و بهره برداری از این مخازن، توسط سازمان های مهندسی تحت نظارت قانونی قرار می گیرد(12).
تعریف مخازن تحت فشار از کشوری به کشور دیگر متفاوت است اما پارامتر ثابت در این تعریف، حداکثر فشار و درجه حرارت مناسب مخزن می باشد. مخزن تحت فشار مطابق تعاريف و محدوده کاری ASME SEC VIII بوده که بر اساس فشار داخلی يا فشار خارجی طراحی می گردد. معيار تبعيت از اين استاندارد بيشتر بودن فشار داخلی مخزن از pounds/inP2P 15 يا Kilo Pascal 3/1 مي باشد. در مخازن تحت فشار خارجی اين فشار مي تواند ناشی از خلأ بين جاکت و ديواره مخزن باشد(8).
•انواع مخازن تحت فشار
مخازن تحت فشار از دیدگاه های مختلف به شرح ذیل تقسیم بندی می شوند(12):
1.چیدمان: افقی یا عمودی
2.نوع سیال نگهداری شونده: گاز یا مایع
3.ضخامت جداره: جداره نازک یا جداره ضخیم
4.هندسه مخزن: کروی، استوانه ای و یا مخروطی
•کاربرد مخازن تحت فشار
این مخازن در صنعت به عنوان مخازن هوای فشرده، مخازن ذخیره آب، دیگ بخار (بویلر)، مخازن ذخیره انواع گاز، اتاقک تحت فشار، برج تقطیر، مخازن راکتورهای هسته ای، مخازن هوای فضاپیما، مخازن هوای زیردریایی، مخازن پنوماتیک، مخازن هیدرولیک تحت فشار، مخازن ذخیره سازی برای گازهای مایع مانند آمونیاک، کلر، پروپان، بوتان، LPG و ... مورد استفاده قرار می گیرند(8).
در مصارف غیر صنعتی به عنوان مخازن ذخیره آبگرم خانگی، مخازن اکسیژن و .. استفاده می شوند. بیشترین کاربرد مخازن تحت فشاردر صنعت نفت، گاز و پتروشیمی می باشد. مخازن تحت فشار در صنعت پتروشیمی و نفت و همچنین اغلب صنایع اصلی نظیر نیروگاه ها و… از کاربرد ویژه ای برخوردار است. نمونه های دیگر از کاربرد آن می توان مخازن تحت فشار استوانه غواصی، برج های تقطیر، اتوکلاو، راکتورهای هسته ای، زیر دریایی و کشتی، مخازن پنوماتیکی و هیدرولیکی تحت فشار و مخازن ذخیره گازمایع، مانند آمونیاک، کلر، پروپان، بوتان نام برد.
ب- مخازن سقف ثابت
در مواردي كه فشار بخار سوخت كم باشد از اين مخازن استفاده مي شود. معمولاً بخشي از اين مخازن از مايع پر بوده و بخشي در بالاي مايع به وسيله هوا و بخارات مايع اشغال مي گردد(13-15). هنگام روز بر اثر تابش خورشيد به مخزن مخلوط بخار هوا منبسط مي شود و از آنجا كه اين مخازن معمولاً طوري طراحي مي شوند كه در برابر فشار زياد مقاوم نيستند بخارات از طريق منافذ موجود خارج مي گردند. هنگام شب مخلوط فوق سرد شده و به منظور جلوگيري از ايجاد خلاء جزيي در مخزن نيتروژن وارد مخزن مي گردد. اين چرخه اتلاف سوخت ناميده مي شود(16).
در مخازن سقف ثابت، سقف به اشكال مختلف از جمله گنبدي، كروي، نيمه كروي و يا مخروطي شكل وجود دارد. در اين ميان سقف مخروطي و گنبدي متداول تر هستند(17). عمليات مخروطي ها راحت تر و متداول تر است ولي سقف هاي گنبدي از استحكام بيـشتري برخوردار می باشند و البته از نظر ساخت مشكل تر و پرهزينه تر هستند. سقف ها از ديد روش نگهداري به دو دسته تقسيم مي گردند:
1-سقف هاي با سيستم نگهدارنده كه داراي پايه هايي نگهدارنده مي باشند. معمولاً در مخازن با قطر بـيش از 24 فوت، از نگهدارنده استفاده مي گردد.
2-سقف هاي بدون سيستم نگهدارنده يا اصطلاحاً خود نگهدار، كه اين نوع سقف ها به بدنه جوش داده شده و هيچ پايه و ستوني جهت ساپورت كردن مورد نياز نمي باشد. اين سقف ها غالباً در مخازني با قطري کمتر از 24 فوت بكار مي روند.
سقف ثابت به روش هاي مختلفي به ديواره هاي مخزن جوش داده مي شود. اين جوش هـا سبب استقرار و
نگه داشتن سقف بر روي مخزن با استحكام كافي مي گردند. در مواقعي ممكن است كه به هر دليلي فشار در مخزن بيشتر از حد مجاز افزايش يابد و امكان انفجار آن باشد، استحكام و پايداري اين جوش ها بصورتي است كه در حين بروز اين مشكل، كنده شده و سقف از ديواره ها جدا گردد و به اين طريق از پاره شدن ديواره هاي مخزن جلوگيري مي شود تا از انتشار و پخش شدن مواد به بيرون از مخزن و محوطه جلوگيري گردد. لازم به ذكر است كه Breathing Valve ها و شيرهاي ايمني در مخازن براي جلوگيري از بالارفتن بيش از حد فشار نسبت به مقدار مجاز آن در نظر گرفته شده اند، اما گاهي ممكن است بـه دلايل مختلفي از جمله خرابي، آنها وظيفه خود را به درستي انجام ندهند و خطر انفجار مخزن را تهديد نمايد كه در اين زمان شكسته شدن جوش ها راهكاري براي جلوگيري از بروز انفجار مطرح مي گردد.(18)
در اين نوع مخازن روغن، قير، نفت كوره، نفت گاز و نفت خام ذخيره مي گردد و ضخامت ورق هاي بدنه و جنس آنها بستگي دارد به ظرفيت مخزن و نوع ماده اي كه در آن ذخيره مي شود ولي ضخامت ورق هاي سقف در شرايط عادي معمولاً 16′′/3 است .
طبق محاسبه اي كه براي بارگذاري آن سقف ها به عمل آمده قدرت محتمل آن در حدود 2 كيلوگرم بر سانتي متر مربع كه نصف اين مقدار براي بار حاصل از ريزش برف بوده و نصف ديگر براي تحمل فشار حاصل از خلأ مي باشد.
از جمله عواملي كه در گزينش قطر و بلندي مخزن موثرند، شامل؛ فضاي موجود براي نصب مخزن، تحمل فشار خاك زير مخزن، فراريت فرآورده اي كه بايد در مخزن انبار شوند، سرعت ته نشين شدن مواد نفتي مورد نظر و ناخالصي هايي كه در مخزن انبار مي گردد. مخزن هايي كه براي انباشتن مايعات فرار ساخته مي شوند. بايد بدون منفذ بوده و تغييرات فشار ميان 6 تا 20 سانتي متر ستون آب را تحمل نمايند. تغييرات فشار به وسيله شير اطمينان ويژهاي خنثي مي گردد. ديگر تجهيزات اين نوع مخزن ها عبارتند از: حوضچه و شير زير آب، لوله هاي مارپيچ بخار، پروانه همزن براي آميختن فرآورده ها، ژرفاسنج هاي خودكار، دماسنج و غیره. نمونه ای از این مخازن در شکل (2-1) نشان داده شده است.
شکل 2-1 مخازن با سقف ثابت
پ- 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(19).
اقتصادی ترین و ایمن ترین دما برای نگهداری این گازها، كمی پایین تر از دمای جوش آنها و در حالت مایع می باشد. 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 نگه داشتن 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(19):
•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 محافظ های 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، كف صاف و سقف‌گنبدی و دو جداره می‌باشند، 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 تانک های 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 یک فلر آن را بسوزانند و در ضمن به خاطر مسایل محیط زیستی نیز باید كلیه شیرهای ایمنی به مشعل فلر تخلیه گردند. ملاحظات ایمنی ایجاب می‌كند كه به منظور جلوگیری از خطرات در هنگام شكافت احتمالی، مخازن به وسیله دیواره‌ها و یا حصارهایی 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.
•سيستم تبريد
در مخازن سرد، به منظور پايين نگه داشتن درجه حرارت و فشار داخل مخزن، لازم است اقدامات مناسبي صورت گيرد كه استفاده از عايق هاي حرارتي و استفاده از سيكل هاي سرماسـاز از آن جمله مي باشد. با افزايش دماي داخل مخزن و يا افزايش فشار، سيكل سرماسازي راه اندازي شده و سبب پايين آمدن فشار و دما در اين مخازن مي گردد. سيكل هاي سرماساز گوناگوني در صنعت استفاده مي شود كه البته اساس كار همه آنها تقريبا مشابه هم است. در همه اين سيكل ها براي خنک كردن سيال، از يك سيال سرد ديگر استفاده مي شود كه انتخاب اين سيال متناسب با درجه حرارت مورد نياز است. به طور مثال در صورتي كه نياز به درجه حرارت پايين نداشته باشيم، كافي است با كمک يک خنک كننده هوايي و استفاده از هواي خنک اين كار را انجام دهيم. اما در صورتي كه دماهاي پايين تري نياز باشد، مي توان از سيالات سردي همچون پروپان با دماي جوش 42- درجه سانتيگراد استفاده نمود. در شرايط خاص و مواقعي كه درجه حرارت مورد نياز بسيار پايين باشد مي توانيم از نيتروژن مـايع بـا دمـاي جـوش 196- درجه سانتيگراد استفاده كنيم(19).
در يك توضيح ساده و مختصر، سيكل سرماسازي شامل مراحل زير مي باشد:
بخارات ايجاد شده در مخزن وارد كمپرسور شده و متراكم مي گردد كه در حين اين عمليات دماي آن بالامي رود. گاز متراكم و گرم وارد بخش خنک كننده سيستم شده و با كمک جريان هوا يا آب و در صـورت نياز، يک مايع سرد ديگر در دماي پايين خنک مي گردد. بخش خنک كننده در اصل شامل يک مبدل حرارتي مي باشد كه دو سيال را با هم در تبادل حرارتي قرار مي دهد. گاز متراكم را خنک نموده و از يک شير فشار شكن عبور مي دهند كه در اين فرايند مقداري از آن مايع مي شود. بدين ترتيب گاز مايع شده بـه مخزن اصلي برگشت داده مي شود و اين عمليات باعث حفظ دماي مخزن در حد مشخص شده مي گردد. قسمتي از گاز مايع نشده دوباره وارد سيكل سرماسازي شده و فرايند ادامه پيدا مي كند.
ت-مخازن سقف شناور
از آنجايي كه هدف این مطالعه آشنايي و نهايتا ارزیابی ریسک حریق یک مخزن سقف شناور بوده لذا در ادامه راجع به اين نوع مخازن توضيحات بیشتری ذكر می شود.
مخازن سقف شناور از جمله مخازن استوانه ای عمودی بوده که بیشترین کاربرد را در بین مخازن دیگر دارند. موادی چون نفت خام که فشار بخار آنها کمی زیاد بوده و در حدود نزدیک به psi 0.5 می باشد، در مخازن خاصی که مجهز به سقف شناور می باشند، ذخیره می گردند. اين مخازن به صورت استاندارد و شكل سرباز طراحي و ساخته مي شوند(20). سقف مستقيما به صورت شناور بر روي مايع قرار مي گيرد و سطح آن را پوشش مي دهد(17). نمونه ای از این گونه مخازن در شکل (3-1) نشان داده شده است.
شکل 3-1: مخزن با سقف شناور
•انواع مخازن سقف شنارو
دو نوع از اين مخازن طراحي و ساخته مي شوند(17, 21):
1-مخازن سقف شناوري كه سقف ثابت ندارند و سقف شناور با فـضاي باز در ارتباط است. اصطلاحا مخازن سقف شناور از نوع خارجي ناميده مي شوند.
2-مخازن سقف شناوري كه علاوه بر سقف شناور به يک سقف ثابت نيز مجهز هستند و اصطلاحا مخازن سقف شناور از نوع داخلي ناميده مي شوند.
از جمله مزيت هاي سقف ثابت روي سقف شناور عبارت است از(6):
1- محافظت سقف شناور و سيستم هاي آببندي از عوامل جوي مانند باران، برف و باد
2- جلوگيري كامل از نشت مواد سمي و آتشگير
3-امكان اعمال فشار مثبت روي سقف شناور به كمک گاز ازت به منظور جلوگيري از نوسان و کج شدن سقف شناور
سقف شناور روي سطح مايع قرار گرفته و زماني كه ارتفاع سطح مايع در مخزن به هر دليلي، مثلا پر كردن و خالي كردن مخزن و يا شرايط عملياتي تغيير كند، سقف شناور نيز بالا و پايين مي رود. قرار گرفتن سقف شناور بر روي سطح مايع سبب مي گردد كه فشار بر روي سطح مايع زياد گردد و اين افزايش فشار از ميزان فراريت ماده ذخيره شده مي كاهد، چراكه بالاتر بودن فشار فضاي روي سيال نسبت به فشار بخار مايع باعث جلوگيري از تبخير ماده می شود.
شمایی از مخزن با سقف شناور داخلی در شکل (4-1) آورده شده است. تفاوت اصلی مخزن سقف شناور داخلی و خارجی، در وجود یک سقف ثابت است، که هر یک از این مخازن کاربرد مخصوص به خود را دارا می باشند. هر دو نوع آنها برای سيالی مورد استفاده قرار می گيرند که ميزان فراریت آنها بالا باشد و درصورتیکه سيال موردنظر سمّيت و آتشگيری کمی داشته باشد از نوع سقف شناور خارجی و در صورت بالا بودن سمّيت و یا آتشگيری ماده موردنظر، از سقف شناور داخلی استفاده خواهد شد(13, 17, 18). موادي چون نفت خام را در مخازن سقف شناور خارجی ذخيره و تركيباتي از قبيل متانول و MTBE را در مخازن سقف شناور داخلی ذخیره می نمايند.
(الف)
(ب)
شکل 4-1: الف- مخزن با سقف شناور داخلی ب- شمای عرضی از مخزن با سقف شناور داخلی
به طور كلي تكنيک استفاده از سقف هاي شناور داراي مزاياي زير است:
الف - كاهش حجم بخارات ذخيره شده و در نتيجه كاهش احتمالي آتش سوزي و انفجار در مخزن.
ب - كاهش بخار هدر رفته در هنگام پر شدن مخزن.
ج - كاهش ميزان بخاري كه هدر مي رود و در نتيجه كاهش ميزان محصول هدر رفته.
البته در اين ميان آب بندي دور سقف نقش به سزايي بر عهده دارد چنانچه با جلوگيري از خروج بخار از مخزن هم از لحاظ صرفه جويي اقتصادي و هم از لحاظ كاهش آلودگي محيط موثر است(22-24).
عواملي كه فرآيند تبخير محصول در مخزن را تحت تاثير قرار مي دهند عبارتند از(12):
الف - شرايط و ساختمان مخزن
از جمله آن مي توان به سطح ورقه هاي جداره مخزن خارج، احتمالي مخزن از حالت دايروي و نيز رنگ مخزن اشاره كرد.
ب - نوع سيستم آب بندي
بر حسب نوع آب بند استفاده شده (مكانيكي و يا تيوپ هايي كه با سيال پر مي شوند) ميزان نشت گاز به خارج از مخزن متفاوت است. ولي محاسبات مربوط به برآورد ميزان گازهاي خارج شده يک شرايط متوسط براي آب بندها در نظر گرفته مي شود.
ج - قطر مخزن
رابطه بين حجم كل مخزن و مساحت طوقه كناری با قطر مخزن تغيير مي كند و از اين بابت مخازن بزرگتر داراي بازده ی بهتری هستند.
د - فشار بخار
در حالت كلي با افزايش بخار سيال ذخيره پتانسيل تبخير شدن محصول افزايش پيدا مي كند.
ه - دماي نگهداري سيال
دماي سيال ذخيره شده و نيز تغييرات دماي محيط بر ميزان بخار توليد شده تاثير مي گذارد.
و- سرعت باد
اين پارامتر داراي اهميت زيادي است. در مخازني كه در روي آب بندها سپر محافظت از ورود هوا نصب نشده، ورود هوا و تماس آن با آب بند، سبب افزايش مقدار بخارهای هدر رفته مي شود.
در اين گونه مخازن (سقف شناور) آب بندي كه حد فاصل سقف و جدار مخزن قرار مي گیرد وظيفه ممانعت از خروج بخار از منافذ كناري را به عهده دارد.
از نظر اقتصادي در مورد مخازني كه قطرشان در حدود 20 متر يا بيشتر است مزاياي استفاده از اين طرح در شرايط ميانگين كاري سبب بازگشت سرمايه اضافي خرج شده در ساخت، در مدت زمان 2 تا 3 سال خواهد شد.
در طراحي و ساخت اين مخازن از دو نوع عمده آب بندها استفاده مي شود كه عبارتند از(12):
1-آب بندهاي فلزي
2-آب بندهاي پليمري
همچنين انواع عمده تقسيم بندي سقف ها نيز چنين است(16, 17, 25):
1-سقف هاي خزينه اي تک طبقه
2-سقف هاي دو طبقه
حریق در مخازن
بحث حریق یکی از مهمترین و محوری ترین مواردی است که بر هر سه مقولۀ ایمنی، بهداشت و محیط زیست تأثیرگذار بوده و پیشگیری و مقابله با آن ازاهمیت ویژه ای برخوردار است(26). صنایع نفت، گاز و پتروشيمي به دليل ماهيت مواد موجود، نوع تجهيزات و فرآيندهای مورد استفاده بيش از صنايع دیگر مي توانند صحنه بروز حوادث مختلفی باشند. از پر مخاطره ترين حوادثي كه در صنايع فرآيندي اتفاق مي افتند مي توان به انفجار، انتشار مواد سمي و آتش سوزي اشاره نمود. حوادث حریق و انفجار مخازن نفت یک تهدید عمده برای ذخیره سازی نفت خام به شمار می روند. همچنین خاموش کردن آنها مشکل و گسترش آنها سریع می باشد(3). مخازن ذخیره سازی در پالایشگاه ها و کارخانجات شیمیایی حاوی حجم زیادی از مواد شیمیایی خطرناک و قابل اشتعال می باشند. یک حادثه کوچک ممکن است منجر به میلیون ها دلار خسارت شوند و چندین روز وقفه در کار ایجاد کند. حوادث بزرگ ممکن است منجر به داد خواهی، کاهش ارزش سهام و یا ورشکستگی شرکت گردد(27). در 50 سال گذشته، سازمان های تجاری و جوامع مهندسی چون موسسه نفت آمریکا، انجمن مهندسی شیمی آمریکا، انجمن مهندسان مکانیک امریکا، انجمن ملی حفاظت در برابر حریق دستورالعمل ها و استاندارد های مهندسی دقیقی را برای ساخت و ساز و انتخاب مواد، طراحی، مدیریت ایمنی مخازن ذخیره سازی و لوازم جانبی آنها منتشر کرده اند. اکثر شرکت ها از این دستورالعمل ها و استانداردها در طراحی و ساخت و بهره برداری استفاده می کنند اما حوادث مخازن هنوز هم رخ می دهند. یادگیری تاریخچه حوادث گذشته قطعا برای عملیات ذخیره سازی و ایمنی مخازن مهم می باشد(28-30). ایمنی مخازن نفت به عنوان تجهیزات مهم ذخیره سازی نفت بسیار مهم می باشد. خطر مخازن نفتی اشاره به این دارد که چگونه ایستگاه های ذخیره سازی مخازن نفتی می توانند صدماتی را به مردم و محیط اطراف آنها ایجاد کنند. به علت واکنش های شیمیایی درگیر در فرایندها، صنایع پتروشیمی به طور مداوم در معرض خطر حریق و حوادث انفجار قرار دارند، اگرچه تجهیزاتی جهت کاهش خطر فاجعه ناشی از حریق و حوادث ناشی از انتشار آن به کار گرفته شده اند اما بهترین راه پیشگیری و حذف علل ایجاد کننده آنها می باشد. به عبارت دیگر پیشگیری بهتر از درمان است. جهت اجرای این هدف روش های ارزیابی ریسک حریق برای جلوگیری از ایجاد حوادث حریق و انفجار ضرورتا مورد نیاز می باشد. روش های ارزیابی ریسک در رابطه با ایمنی صنایع پتروشیمی توسعه یافته و برای سالیان زیادی مورد استفاده عملی قرار گرفته و مزایای زیادی داشته اند(31). زمانی که یک صنعت شروع به کار می کند، عملکرد آن در پیشگیری از حوادث بایستی تا حد زیادی در نظر گرفته شود. فاجعه های صنعتی بزرگی تاکنون رخ داده اند از جمله این حوادث می توان به فاجعه فلیکس برو که منجر به کشته شدن 28 نفر گشت(32)، انفجار LPG در کشور مکزیک و انفجار بزرگ دیگری در پاسادنا تگزاس اشاره نمود(8). این حوادث گاهی اوقات منجر به آسیب به محیط زیست و اقتصاد کشورها نیز می گردد. در واقع، فجایع در اشکال مختلفی رخ می دهند اما ویژگی مشترک همه آنها حریق، انفجار و مواد سمی می باشد(8).
در کشور ما نیز صنایع فرآیندی در دهه های اخیر رشد چشمگیری داشته است. جلوگیری از تکرار وقوع حوادث بزرگ، فقدان قوانین جامع و دقیق ایمنی فرآیندی در کشور مانند مدیریت ایمنی فرآیند، نظارت ضعیف بر اجرای قوانین موجود و سطح فرهنگ ایمنی نه چندان بالای صنایع موجود در کشور، ضرورت توجه به اجرای مطالعات دقیق ارزیابی ریسک حریق و انفجار بخصوص در سایت های مخازن بیش ازپیش احساس می گردد. بنابرآنچه که گفته شد، اقدام مهم جهت پیشگیری از حریق مخازن نفتی، تجزیه و تحلیل دلایل ایجاد حریق مخازن نفتی و متقابلا اتخاذ اقدامات پیشگیری مناسب برای رفع آنها می باشد. پیش بینی و مدل سازی حوادث قبل از وقوع همواره یکی از آمال مهندسین ایمنی بوده است. در این راستا تکنیک ها و روش های متعددی از قبیل , PHA , HAZOP, FMEA FTA ,ETA و .. وجود دارد. این تکنیک ها معمولا بر اساس قضاوت کارشناسان و عمومی تمامی حیطه ها بوده همچنین اکثرا کیفی می باشند. برخی از این روش ها مثل PHA برای استفاده نیازمند یک سری پیش نیاز مانند تعریف و تشریح سیستم مورد آنالیز همچنین جمع آوری ریسک از سیستم های قبلی و مشابه می باشند.
نتیجه گیری
این مطالعه سعی کرد ابتدا یک معرفی مختصری از انواع مخازن مورد استفاده در صنایع پتروشیمی ارئه کند. همانطور که پیشتر ذکر شد، در کل می توانیم این مخازن را در سه دسته: 1-سقف شناور 2- سقف ثابت و 3- سقف ثابت و سقف شناور دسته بندی کنیم، در ادامه به مبحث حریق در این صنایع پرداخته شد. حریق در این مخازن می تواند به دلایل مختلفی رخ دهد. با توجه به اهمیت این مخازن شناسایی خطرات و ارزیابی ریسک های مرتبط با این مخازن از اولویت بالایی برخوردار است. با توجه به بررسی مختصر روش های شناسایی و ارزیابی ریسک های موجود مشخص شد که ما نیازمند ارائه یک روش مناسب و دقیق جهت ارزیابی ریسک حوادث آتش سوزی و انفجار در این مخازن هستیم تا بتواند اغلب پیامدها ممکن را بر اساس ناهنجاری های خاص مخازن ارزیابی کند. این روش باید بتواند برخلاف روش های عدد کمی برای ریسک ارائه کند. تا بتواند با به حداقل رساندن قضاوت کارشناسان دقت عدد ریسک به دست آمده را بالا ببرد.
