Basınçlı kaplara genel bakış: Yapı, prensip ve işlev

1. Basınç gemisinin tanımı
A basınçlı gemi iç veya harici basınç farklarına dayanabilen kapalı bir kaptır. Özellikle yüksek veya düşük basınç altında çalışma gerektiren endüstriyel işlemlerde sıvılar, gazlar ve buhar gibi çeşitli ortamları depolamak için yaygın olarak kullanılırlar. Basınçlı kaplar kimyasal, petrol, doğal gaz, güç ve farmasötik endüstrilerde vazgeçilmez ekipmandır.
Birçok endüstriyel uygulamada, basınç kapları sadece maddeleri değil, aynı zamanda reaksiyonlar, buharlaşma ve ayrımlar gibi karmaşık süreç operasyonlarını da gerçekleştirir. Basınçlı damarlar içindeki basınç genellikle atmosferik basınçtan önemli ölçüde daha yüksek olduğundan, tasarımları, üretimleri ve bakımları, ilgili ulusal standartlara ve endüstri özelliklerine sıkı sıkıya bağlı kalmalıdır.

2. Basınçlı kapların temel yapısı
Bir basınç kapının yapısal tasarımı, basınç kapasitesi, kullanılan medyanın özellikleri ve sıcaklık koşulları da dahil olmak üzere birçok faktörü dikkate almalıdır. Temel yapısı öncelikle kabuk, uç kapaklar, destek yapıları, eklemler ve güvenlik cihazlarından oluşur. Her bileşenin ayrıntılı bir açıklaması aşağıdadır:
a) Kabuk
Kabuk, öncelikle iç basıncın taşınmasından sorumlu olan basınç kabının ana gövdesidir. Kabuk tasarımı, geminin şekline bağlı olarak değişir.
Silindirik kabuk: Bu en yaygın basınçlı kap şeklidir. Depolama tankları ve reaktörler gibi çoğu uygulama için uygundur. Silindirik gemilerin üretimi nispeten kolaydır, kararlı bir yapıya sahiptir ve basıncı etkili bir şekilde dağıtır.
Küresel Kabuk: Küresel kabuklar en düzgün basınç dağılımını sunar ve daha yüksek iç ve dış basınçlara dayanabilir. Bu nedenle, genellikle sıvılaştırılmış gaz saklama kapları gibi son derece yüksek basınçlara dayanması gereken gemilerde kullanılırlar. Bununla birlikte, küresel kapların üretimi daha pahalıdır ve silindirik kaplardan daha az yaygındır.
Elipsoidal veya Hemisferik Kabuk: Bu tasarım, silindirik ve küresel kapların avantajlarını birleştirerek son derece yüksek basınçlı uygulamalar için uygun hale getirir ve daha fazla basınç direnci sunar. Genellikle yüksek basınçlı buhar kazanlarında veya bazı özel kimyasal reaktörlerde kullanılırlar.
b) Kafalar
Kafalar basınçlı bir kabın uçlarıdır, sızdırmazlık ve basıncı kısmen emer. Bir kafanın tasarımı ve şekli genellikle geminin şekliyle eşleşir. Kafanın kalınlığı ve şekli, taşınan basınca bağlı olarak değişir.
Yarım Kafa: Bu kafa şekli iç basıncı eşit olarak dağıtır ve stres konsantrasyonlarını en aza indirmek için küresel veya silindirik damarların uçlarında yaygın olarak kullanılır. Oval kafalar: Düşük ve orta basınçlı gemiler için uygundur. Şekilleri, stresi gemiye eşit olarak dağıtmaya yardımcı olur ve genellikle kimyasal ve petrol endüstrilerindeki depolama tanklarında bulunur.
Konik kafalar: Konik kafalar genellikle damarların dibinde, özellikle düşük basınçlı gemiler için veya sıvı drenajının gerekli olduğu yerlerde kullanılır.
c) Destek yapıları
Destek yapıları tüm basınç kabının ağırlığını destekler ve tipik olarak geminin altına veya yanına monte edilir. İstikrarı sağlarlar ve yerçekimi veya titreşim nedeniyle eğim veya yer değiştirmeyi önlerler.
Destek yapıları bacakları, kaldırma çerçevelerini ve tabanları içerir. Destek yapıları, güvenlik ve istikrarı sağlamak için geminin boyutuna ve çalışma ortamına göre tasarlanmalıdır.
d) Nozullar
Nozullar, bir basınç kapının boruları, vanaları, enstrümanları ve diğer ekipmanları birleştiren parçalarıdır. Yaygın tipler arasında yem bağlantı noktaları, egzoz portları, tahliye portları ve gaz çıkışları bulunur.
Nozullar sızdırmaz bir bağlantı sağlamak ve gemi basınç altındayken sızıntıyı önlemek için tasarlanmalıdır. Tipik olarak damar gövdesine kaynak veya dişleme ile bağlanırlar. e) Güvenlik tahliye vanası
Aşırı iç basınç nedeniyle patlama veya rüptürü önlemek için, basınç kapları en yaygın olanı bir güvenlik valfi olan bir güvenlik cihazı ile donatılmalıdır. Bir emniyet valfi iç basıncı otomatik olarak algılar ve basınç belirli bir değeri aştığında, aşırı basıncı serbest bırakmak için açılır, böylece gemiyi hasardan korur.

Güvenlik vanalarına ek olarak, diğer basınç tahliye cihazları arasında patlama diskleri ve acil deşarj vanaları bulunur.

3. Basınçlı gemilerin çalışma prensibi
Basınçlı gemilerin çalışma prensibi öncelikle iç ortam içindeki basınç ve sıcaklık dalgalanmaları ve geminin kendisinin malzeme mukavemeti etrafında döner. Aşağıdakiler birkaç temel çalışma ilkesidir:
A) İç Basınç Etkileri
Bir basınç kabının birincil işlevi, iç veya dış basınç farklarına dayanmaktır. Operasyon sırasında, damar içindeki gaz veya sıvı ortam belirli bir baskı yaşar. Basınç ne kadar büyük olursa, gemi üzerindeki stres o kadar büyük olur. Gemi güvenliğini sağlamak için, damar duvarının kalınlığı, malzeme ve diğer temel bileşenleri, dayanabileceği maksimum basınca göre tasarlanmalıdır.
b) Basınç iletimi
Bir basınçlı kapta, basınç duvarından yapı boyunca basınç iletilir. İç basınç damar duvarı boyunca eşit olarak dağıtılırken, uç kapak ve eklemler gibi alanlarda önemli stres konsantrasyonları ortaya çıkabilir. Bu nedenle, bu alanlar tipik olarak ek takviye gerektirir.
c) Sıcaklığın basınçlı kaplar üzerindeki etkisi
Bir geminin içindeki sıcaklık, ortamın yoğunluğunu ve viskozitesini etkiler, böylece damar içindeki basıncı etkiler. Artan sıcaklıklar, damar duvar malzemesinin genişlemesine veya yumuşamasına neden olabilir, bu nedenle sıcaklığın tasarım sırasında damar malzemesinin mukavemeti üzerindeki etkileri dikkate alınmalıdır. Yüksek sıcaklıklarda kullanılan basınç kapları genellikle yüksek sıcaklığa dayanıklı malzemeler kullanır.
d) gemilerdeki stres dağılımı
Basınçlı kaplardaki stres dağılımı düzensizdir. Tipik olarak, geminin uçları (uçları) daha fazla stres yaşar. Bu alanlarda çatlamayı veya deformasyonu önlemek için tasarım, daha fazla duvar kalınlığı veya özel yapısal özellikler gerektirir.

4. Basınçlı kapların işlevleri
Basınçlı kapların işlevleri, maddelerin depolanması veya taşınmasıyla sınırlı değildir; Ayrıca çeşitli karmaşık endüstriyel süreçleri de kapsarlar. Belirli işlevler aşağıdaki gibidir:
a) Depolama
En yaygın işlevlerden biri gazların, sıvıların veya buharların depolanmasıdır. Örneğin, petrokimya endüstrisinde, basınçlı kaplar genellikle sıvılaştırılmış doğal gaz (LNG) veya diğer kimyasal sıvıları depolamak için kullanılır. Sıkıştırılmış hava sistemlerinde, basınç kapları hazır kullanım için yüksek basınçlı gazları depolar.
b) reaksiyon
Basınçlı kaplar, kimyasal, petrol, gaz ve farmasötik endüstriler gibi birçok endüstride reaktör olarak kullanılır. Kimyasal veya fiziksel reaksiyonlar, istenen kimyasalları veya ara maddeleri üretmek için yüksek basınç altında gerçekleştirilir. Reaksiyon sırasında yüksek basınç, reaksiyon hızını hızlandırmaya veya verimi arttırmaya yardımcı olur.
c) Isıtma ve soğutma işlevleri
Bazı basınçlı gemilerin ısıtma veya soğutma fonksiyonları da vardır. Örneğin, bir ısı değişim sisteminde, ısıyı bir ortamdan diğerine aktarmak için bir ısı eşanjörünün bir parçası olarak bir basınçlı kap kullanılabilir. Kazanlar ve su ısıtıcıları da bu kategoriye girer ve yaygın olarak buhar veya sıcak su üretmek için kullanılır.
d) Sıkıştırma ve genişleme işlevleri
Basınçlı kaplar ayrıca gazları sıkıştırmak veya genişletmek için yaygın olarak kullanılır. Örneğin, doğal gaz genellikle depolama ve taşıma için yüksek basınçlı kaplarda sıkıştırılır. Sıkıştırılmış hava sistemleri de basınçlı gemiler için önemli bir uygulamadır.

5. Basınçlı Güvenlik
Basınçlı kaplar genellikle yüksek basınç ve yüksek sıcaklığa maruz kaldıkları için güvenliklerinin çok önemli olmasını sağlar. Basınçlı gemilerin güvenlik tasarımındaki önemli noktalar şunları içerir:
Malzeme Seçimi: Yüksek mukavemet, korozyon direnci ve yorgunluk direnci olan malzemeler seçilmelidir. Yaygın olarak kullanılan malzemeler arasında karbon çeliği, paslanmaz çelik ve yüksek sıcaklıklara ve basınçlara dayanabilen alaşım çelik bulunur.
Tasarım özellikleri: Tasarım, ilgili tasarım özelliklerine ve standartlarına kesinlikle uymalıdır. Ortak uluslararası standartlar, basınç kaplarının tasarımı, üretimi ve incelenmesi için gereksinimleri belirten ASME Kazanı ve Basınçlı Kodu Kodunu (BPVC) içerir.
İnceleme ve test: Dış denetim, endoskopik inceleme ve tahribatsız testler (ultrasonik test ve X-ışını testi gibi) dahil olmak üzere basınç kaplarının düzenli olarak incelenmesi çok önemlidir. Bu testler, çatlaklar ve korozyon gibi gizli tehlikeleri derhal tespit edebilir ve kazaları önleyebilir.
Güvenlik Cihazları: Basınçlı kaplar güvenlik vanaları veya basınç tahliye cihazları ile donatılmalıdır. Gemin içindeki basınç bir güvenlik eşiğini aştığında, bu cihazlar aşırı basınç salgılamak ve geminin patlamasını veya yırtılmasını önlemek için otomatik olarak açılır.

6. Basınçlı gemilerin uygulamaları
Basınçlı kaplar, öncelikle yüksek veya düşük basınç koşulları altında çalışma gerektiren endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır:

Petrokimya endüstrisi: sıvılaştırılmış petrol gazı, doğal gaz, kimyasallar ve petrol ürünlerinin depolanması için kullanılır.

Enerji endüstrisi: Kazalar, buhar jeneratörleri ve ısı eşanjörleri, ısıyı depolamak ve aktarmak için basınçlı kaplar gerektirir.

İlaç endüstrisi: Basınçlı kaplar ilaç reaksiyonları, sterilizasyon ve gaz depolama için kullanılır.

Yiyecek ve içecek endüstrisi: Basınçlı kaplar ısıtma, soğutma ve sıvı gıdaların işlenmesi için kullanılır.