الرئيسية / المعيار الدولي / ASME Code / ASME sec VIII D1 / External Pressure الضغط الخارجي وكيفيه معالجته
التفتيش الهندسي plant-inspection
التفتيش الهندسي plant-inspection

External Pressure الضغط الخارجي وكيفيه معالجته

External Pressure الضغط الخارجي او ما يسمي بال (vacuum)  في الخزانات Tanks او المجمعات Vessles

الجزء الاول

في الحقيقة عندما تبداء حسابات الضغط الخارجي فآنت قد وصلت الي الامور الاكثر تعقيدا من الضغط الداخلي في انشاء او اعادة هيكلة وصيانة الخزانات والمجمعات او حتي خزانات السيارات حاملة البترول او السفن وعندما تتخيل كيف سوف يتعرض الجسم لاي من مصادر الضغط تبدا الصعوبات في ايجاد حل لمتغيرات آليات العمل الميكانيكية وفي الحقيقة ان هذه المقالة هي من ثلاث اجزاء فقط وهي ليست شرح للعمليات الحسابية التي تجد فيها الصعوبات وانما هي شرح مبسط للاخطاء التي مررنا بها مرارا وتكرارا اثناء عمليات التشغيل وفيها نستعرض اهم العوامل والاخطاء الشائعة في عمليات الضغط الخارجي External Pressure وكيفية معالجتها وماهو هو النظام الصحيح المتبع اثناء عمليات التصميم الاولي واعادة هيكلة او الصيانة كما ان موقع عقل المهندس يرحب باى استفسارات عبر منتديات الدعم الفني في هذا الشآن

وقد اعتمدت الشرح في هذه المقالة من خلال ASME Section VIII Division 1 Rules for construction of pressure vessels لسنه ٢٠١٠ كما تم الشرح ايضا من خلال معطيات كتاب شركة Pressure Vessel Engineering Ltd PVEng بكندا الصادر بناء علي ASME section VIII Division 1 لسنة ٢٠٠٧ مع تعديل اضافات ASME الجديدة لسنة ٢٠٠٩ وهو عبارة عن العمليات الحسابية للضغط الخارجي للمجمعات  External Pressure Calculations الكتاب من اعداد المهندس Laurence Brundrett وتمت مراجعته من المهندس Ben Vanderlo بعنوان

sample calculation showing various material thicknesses required to meet external pressure loads كما انه يمكنك تحميل هذا الكتاب حتي تتمكن من المتابعة معنا الاجزاء الثلاث من شرح عوامل الضغط الخارجي من خلال رابط مضاف في نهاية هذا المقال وهو يعتبر المختصر المفيد في عمليات حسابات الضغط الخارجي لاي مجمع vessle

وفي هذه المقالة سوف يتم تعديل الضغط علي اساس 30 psi من اجل تغيير العوامل في التخانات الخاصة بالمعدن عن المجودة في كتاب PVEng والفسل اللي هنشتغل عليه هيكون مواصفاته كما هو واضع ادناه

vessel 48″ diameter x 96″ long with a Flanged and Dished (F&D) head at one end and a Semi Elliptical (SE) head at the other.

اولا الاساسيات الرئيسية المسببة للفشل الميكانيكي في الضغط الخارجي

(يعني ايه اللي بيخلي الخزان يطبق في بعضه او يتشفط للداخل او بالانجليزية mechanism of external pressure failure) وانا اعتذر عن اللغة اللي بكتب بها لاني مش بعرف اكتب عربي فصحة كويس ولاني ايضا لا اجد معاني للانجليزية فآضطر لكتابة المصطلح لكن بحاول قدر الامكان فآرجو المعذرة

في الواقع ان الية الفشل الميكانيكي للضغط الخارجي mechanism of external pressure failure هو يختلف اختلافا كليا عن عوامل فشل الضغوط الداخلية لذلك انت تحتاج الي تصميم من نوع خاص لكل خزان او مجمع vessle من خاص لكي تصل به الي عمليات التشغيل بآمان وسلامة كما ان وجه الاختلاف ما بين الضغط الداخلي والخارجي هو ان فشل الضغط الداخلي يسهل فهمه لانه يعتمد علي قوة المعدن نفسها فاذا وصل المجمع او الخزان لضغط اعلي من الضغط المصمم من اجله قد يؤدي الي شرخ في اللحام او تآكل في الجسم او تسريب في جاسكيت الفلانج كما جميعا نلاحظه في المبدلات الحرارية او المفاعلات ذات الضغوط العاليه لاكنه بالطبع لايؤثر مطلقا علي علي انحاء الجسم او يتم شفطه للداخل او انه يخرجه من الخدمه وانا اتكلم عن الجسم الخارجي وليس ما هو موجود بالداخل سواء كانت صواني للفلتره او اسكالوب بايب او اي ان كان فان اي عوامل ايضا في زياده او نقصان الضغط الداخلي قد يؤدي الي تدمير الاجزاء الداخليه للخزانات او الابراج او المفاعلات المستخدمة في حقول النفط والغاز وكما هو معروف ان غاز البوتان او الوتجاز يتم تنقيته عبر الماء داخل فلاتر مفاعلات reactors عن طريق الماء وكور السراميك فاذا زادت او ارتفعت نسبه الماء قد يؤدي الي تغيير نسبة الضغط الداخلي ومن ثم تدمير وتكسير كل ما هو داخل الريآكتور او المفاعل لان الضغط الداخلي للخزان او المجمع هو عامل من عوامل الضغط الخارجي لما هو بالداخل وكما سنلاحظ في الصور الاتية انه ليس للضغط الخارجي اي علاقه سواء كانت بقوة المعدن او تخانته او حجمه لذلك يجب علينا الاخذ بالاعتبار ان عوامل فشل المجمع او الخزان في الضغط الخارجي يكون كفيل باخراجه من الخدمة واعاده تصنيع خزان اخر وهذا يعد اهدارا للمال والوقت بصورة غير طبيعيه ايضا سوف نتعرف فيما هو قادم الفرق بين تآثير الضغط الخارجي والداخلي علي الخزان او المجمع يمكنك الضغط علي كل صورة او اي من (٦صور) او الوقوف عليها لقرآة الملاحظات والمفارقات بين عوامل فشل الضغط الخارجي والداخلي

من هنا يتبين لنا ان عوامل فشل الضغط الخارجي ياتي بثلاث ٣ طرق اساسية وهي

  1. اما ان يكون السبب هو سوء حسابات عمليه التفريغ الداخلي Vcuum insid مع عوامل الضغط الخارجية
  2. او انه يكون السبب انسداد فتحات تفريغ الضغط الداخلي كما في Storage Tank او سفن نقل البترول عبر المحيطات او ان عمليات التفريغ الضغط الداخلي اقوي من عامل الضغط الخارخي فتحات التنفيث
  3. في حالات كثيرة انه يكون عبارة عن مزيج من السبب الاول والثاني تفريغ الضغط الداخلي + عامل الضغط الخارج اقوي كثيرا من فتحات التهوية بمعني ان عمليات السحب تكون بضغط اعلي من المعدلات الطبيعية فيسبب توليد الضغط الخارجي

وفي الغالب ان عمليه فشل الضغط الخارجي تكون غير متوقعة بالمرة لانها في اغلب الاحيان تاتي نتيجة التفريغ سواء للمجمع vessel او خزان كبير tank او انه تفريغ لاختبار تجريبي pipe hydrotest مثلا وهو عدم وجود تنفيث كامل ومنتظم  او انه ايضا يكون هناك عمليه تبريد خاطئة cooling down في المجمعات التي يكون بها بخار يتكثف الي ماء vessel filled with steam that condenses to water عن طريق pipe jacket وعلي حسب ماقرآت سابقا من بعض الكتب انه من الجيد ان تحاول اثناء تصميم المجمع الذي به بخار يتكثف الي ماء  في حالة عمليه التبريد السريعة ان تحافظ علي عامل الضغط الخارجي بان يكون معدل التبريد هو نفسه المحافظ علي عمليات الضغط وده هو سر المهنه في التصميم 🙂 ولكني لا اخفيكم شيئا فانتظروني في الايام القادمة في سلسلة دروس التصاميم ادعوا لنا بالتوفيق فقط

الضغط الخارجي الناتج عن التفريغ او التنفيث الداخلي وهذه هي اكثر الاماكن تآثيرا
الضغط الخارجي الناتج عن التفريغ او التنفيث الداخلي وهذه هي اكثر الاماكن تآثيرا

في النهاية يمكننا ان نقول ان موضوع الضغط الخارجي هو عباره عن عدم استقرار اوفقدان استقرار المجمع Vessel ولم يعد لديه القدره علي الاحتفاظ بشكله مما يؤدي الي انهيار شكله تماما بسبب الضغط (وعلي رآي المثل الضغط يولد الانفجار)

في الواقع يآتي دور ASME pressure vessels code في انه وضع عمليات حسابية وقوانين لكيفيه التعامل مع حساب الضغط الخارجي لاي مجمع سوف يتم تصميمه حتي تضمن سلامه الجسم الخارجي للمجمع بدون كراش او انحناء او تطعيج سيكون علي اساس اربعة ٤ متغيرات اساسية بالنسبه الي  External pressure generated from an internal vacuum وهي تعني الضغوط الخارجية التي نشاء من عمليات التفريغ الداخلي او التنفيث الداخلي  وذلك حسب الاتي:-

  1. الاقطار او القطر ( كلما زاد القطر قل الاستقرار ) يعني كل ما كبر حجم المجمع او الخزان اصبح عرضه لفشل الضغط الخارجي
  2. الطول (كلما زاد الطول قل الاستقرار ) وهو يعني الارتفاع او العرض في الطول ايضا يصبح عرضة لفشل الضغط الخارجي
  3. التخانة او السمك thickness shell or wall thickness (كلما قل او رق السمك قل استقرار الجسم) التخانات يقصد بها مم يعني كل ما قلت كل اصبح ايضا عرضه للضغط الخارجي
  4. material properties – a lower yield point is less stable and a lower modulus of elasticity is less stable وهو يعني هنا خصائص المواد مثال البلاستيك كاقل yield point او yield strength هو اكثر عرضة للانهيار وبالتالي ان الاقل مرونه لنفس الخامة البلاستيك ايضا اقل عرضة للانهيار او انهيار الجسم وهكذا (وسوف نناقش هذا الموضوع لاحقا yield strength) 🙂

ويتم استخدام المتغيرات الاربعة السابق ذكرها في عمليات حساب معادلات ASME لتتمكن من عمليات حساب ال  shell thichness لتصل به الي الوضع الامن بمعني ادق انك بتستخدم معادلاتك الحسابية لحساب shell لوحده وبعدين تبداء في عمليات حساب head or bonet الرؤس او البونيت سواء كان المجمع افقي او رآسي وبتكون بنفس الطريقة باستخدامك للمتغيرات السابق ذكرها اما بخصوص الفتحات او الفهوات Nozzles فتكون لها طريقة عمليه حسابيه اخري من خلال مواصافات اخري كا API او BS او اي كود اخر مماثل وبعدين يمكنك ان تجري اختباراتك بواسطة NDT او Hydrotest لكي تكون متآكد من سلامة العمل هذا لان  ASME Code  مش ضامم لك كل حاجة زي ما انت عاوز اي انه لا يغطي كافة المتطلبات ولكن مع ذلك ASME Code هو احد اهم المراجع التي يعطيك كيف ومن اين يمكنك البدء وتخيل ان لو لم يوجد ال ASME code مدي الصعوبات التي سوف كنت ستواجهها في حياتك العمليه في النهاية نقول ان ASME code قد وضع ليبسط عليك الاشياء التي كنت لا تعرفها كما وان تحليلات ASME code في كافة المراجع هي لمعرفة ما هي الحدود القليلة التي يجب عليك اتبعاعها وهو يستخدم قواعد معممة ويجب عليك عند التصميم ان تضع الكود الخاص بك انت باستخدام هذه المعادلات فقط

نبداء بقة الشغل اللي محتاج مننا شوية تركيز وهو كيفية تصميم الضغط الخارجي

من اجل انك لاتصعب علي نفسك الامور فعليك انك تاخد اسهل طريقة لحساب الضغط الخارجي وهو انك تختار سمك او تخانة المعدن بما فيه الكفايه يعني (لا تنزل علي المستوي الامني اطلاقا ) او بمعني اخر ان تقابل متطلبات ومعايير ASME ولا بد ان يتم الحساب علي اساس ان طول الجسم او vessel shell له عمليه حسابية مختلفة علي heads في الطرفين او ما يسمي bonet في بعض المبدلات الحرارية وسوف تجد كل ما تريده عن العمليات الحسابية هذه في جداول ASME VIII-1 UG-28 وفي الصورة ادناه

عمليات حساب ال shell مع احتساب الرآسين الامامي والخلفي ومراعاة حساب الدائرة
عمليات حساب ال shell مع احتساب الرآسين الامامي والخلفي ومراعاة حساب الدائرة

 كما هو واضح العملية الحسابية الصحيحة كيف يتم حسابها ان تقوم بحساب طول الشل L shell مضاف اليه بعض من طول الرآس head وبعدها يتم احتساب الكرة H او bonet 

وبهذا نكون انتهينا من الجزء الاول والي اللقاء في الجزء الثاني اترككم في رعاية الله

لتحميل الكتاب بصيغة PDF اضغط هنا

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *