مخازن هیدروکربنی و مواد شیمیایی کاربرد فراوانی در صنعت دارند. از آنجاییکه غالبا این مخازن حاوی حجم بالایی از مواد قابل اشتعال هستند یک حادثه کوچک می‌تواند تبعات بزرگ و جبران‌ناپذیری به همراه داشته باشد طراحی ایمن و انتخاب مخازن مناسب با توجه به شرایط محیطی از اهمیت بالایی برخوردار است. نشت و آتش‌سوزی مخازن نه تنها آلودگی‌های محیطی در پی دارد که تبعات مالی بسیار و اثرات جبران‌ناپذیری بر روی آینده یک بیزینس و نام و نشان آن برجای می‌گذارند. در این مطلب در نظر داریم در پرتکرار‌ترین مخاطراتی که در مخازن رخ می‌دهد و نحوه جلوگیری از آن‌ها صحبت کنیم.

الزامات ایمنی برای مخازن ذخیره (Storage Tanks):

نوع مخزن ذخیره‌ای که باید برای محصولات مختلف به کار ‌رود اصولاً توسط شرایط ایمنی و محیطی تعیین می‌شود. هزینه عملیاتی و اثربخشی از جمله عوامل اساسی در انتخاب مخزن هستند.

حریق:

حریق، پرتکرارترین مخاطره برای مایعات ذخیره شده در یک مخازن است. بنابراین الزامات طراحی که باید برای آن در نظر گرفته شود عبارتند از:

• رعایت فاصله مناسب بین مخازن.
• در نظر گرفتن مهارکننده شعله در خروجی‌ها برای جلوگیری از سرایت حریق.
• عدم استفاده از هوا برای مخلوط کردن مایعات قابل اشتعال.
• استفاده از عایق‌های مقاوم در برابر حریق برای لوله‌های حساس، دریچه‌های خروجی، خطوط محرک شیرها، خطوط ابزار و امکانات اصلی برق.
• استفاده از شیرهای اتوماتیک و شیرهایی که امکان کنترل از راه دور آن‌ها وجود دارد و استفاده از شیرهای محرک حریق برای جلوگیری از تلف شدن محتویات مخزن در شرایط اضطراری، در نظر گرفتن افزونه‌های ایمنی برای حفاظت از حریق این اتصالات.
• شیرآلات باید در نزدیکترین فاصله به مخزن نصب شوند و در برابر خوردگی مقاوم باشند تا موجب نشت ناخواسته مایعات به محیط نشوند.
• بار الکتریکی که در اثر تجمع الکتریسیته ساکن ایجاد می‌شود می‌تواند به راحتی موجب آتش‌سوزی شود. به کمک روش‌هایی از قبیل اتصال به زمین مخزن و لوله‌‌ها همچنین استفاده از سایر تجهیزات جانبی و جانمایی عمقی لوله‌ها می‌توان این حفاظت را اعمال کرد.

سیستم‌های اطفای فوم عموما از یک مخزن تغذیه، یک خط آب آتش‌نشانی، همزن، لوله‌کشی فوم/آب و نازل های فوم/آب تشکیل شده‌اند. سیستم اطفای فوم برای مخازن به نحوی طراحی می‌شود که در هنگام حریق لایه فومی بر روی سطح مایعات قابل اشتعال موجود در مخزن ایجاد ‌کند.

افزایش فشار و افت فشار:

افزایش فشار:

تغییر شکل مخزن در نتیجه ایجاد مخلوط قابل اشتعال از ترکیبات آلی و هوا در منبع احتراق اتفاق می‌افتد. این مخلوط‌های قابل اشتعال می‌توانند در حین پرکردن، خالی‌کردن یا اختلاط محتویات داخل مخزن ایجاد شوند.

ترجیحا بهتر است در مخازنی که احتمال تشکیل بخارات قابل اشتعال وجود دارد سقف مخزن به صورت متحرک طراحی شود تا در صورت افزایش ناخواسته فشار و عدم عملکرد صحیح خروجی، فشار اضافی بتواند از سقف تخلیه شود (API Std 2000).

برای حفاظت بیشتر می‌توان از سایر ادوات کاهش فشار نیز برای هدایت بخارات قابل اشتعال به محیط ایمن استفاده شود.

بخش‌های سقف که در حین انفجار می توانند رانده شوند باید با لولایی مناسب برای سقف یا کابل و فنر مهار شوند.

افت فشار (وکیوم‌شدن):

افت فشار عموما در مخازن با سقف ثابت و در اثر تخلیه ناگهانی محتویات مخزن یا افت درجه حرارت اتفاق می‌افتد. حفاظتی که برای افت فشار انجام می‌شود باید به نحوی باشد که بتواند تمامی این مخاطرات را مهار نماید. (برای مطالعه بیشتر در مورد این مطلب به الزامات بیان شده در API Std 2000 و NFPA 30 رجوع کنید.) تجهیزی که برای تخلیه بیشینه فشار در نظر گرفته می‌شود بهتر است در بالا یا نزدیک بلندترین قسمت مخزن نصب شود. علاوه بر این افت فشاری که در نتیجه شرایط طبیعی محیط اتفاق می‌افتد نیز باید در نظر گرفته شود.

تولید بیش از حد بخار:

ممکن است در نتیجه تغییرات ناگهانی دما یا جانمایی سیالی فرارتر از سیال طراحی شده برای مخزن، حجم بخارات درون مخزن افزایش پیدا کند. همچنین برای مخازن که گرمکن داخلی دارند باید ارتفاع لازم برای گردآوری بخارات در بالای مخزن همچنین تجهیزاتی برای تخلیه بخارات اضافی از مخزن در نظر گرفته شود.

در برخی از موارد ممکن است در اثر افزایش ناگهانی دما یا فشار در مخزن محتویات درون مخزن پلیمریزه شود. در این شرایط وجود شیر تخلیه استاندارد برای تخلیه محتویات پلیمریزه کافی نیست؛ چرا که ممکن است این محتویات دو فازی باشند یا محتویات جامد خروجی مخزن را مسدود نمایند. در این شرایط باید از راپچر دیسک‌های مناسب استفاده کرد.

نمونه دیگر از تجمع بخارات اضافی تولید شده در مخازن کروی به دلیل وقوع پدیده rollover است. این پدیده در اثر اشباع رخ می‌دهد  باعث ایجاد لایه فوقانی متراکم در بالای مخزن می‌شود. با نظارت پیوسته برای بر هم خوردن مواد درون مخزن می‌توان از این واقعه جلوگیری کرد.

نشتی از مخزن:

دلایل متداول نشتی از مخزن:

• پرشدن بیش از حد مخزن به دلیل خطای اپراتور یا عدم عملکرد آلارم پر شدن مخزن.
• تخلیه آب از کف مخزن بدون توجه اپراتور
• نقص مکانیکی در تجهیزات نگهدارنده سقف مخزن و سقوط سقف.
• تجمع حجم زیادی از آب، برف یا یخ بر روی سقف مخزن که موجب سقوط سقف و انفجار مخزن می‌شود.

یکی از دلایل نشت محتویات داخل مخزن به بیرون شناور بودن سقف مخزن است. ممکن است سقف شناور کمی کج شود و محتویات مخزن از آن به بیرون نشت کند، یا مواد دیگری به آن اضافه شود و تعادل آن را بر هم بزند. این اتفاق عموما زمانی رخ می‌دهد که به منظور تعمیر مخزن محتویات آن تخلیه می‌شود و سقف به جای شناور بودن باید بر روی پایه‌های خود قرار بگیرد.

راهکارهایی برای جلوگیری از نشت و به حداقل رساندن آسیب به سایر واحدها:

• به کار گرفتن تجهیزات ابزار دقیق برای نظارت بر سطح محتویات درون مخزن.
• در نظر گرفتن روش‌های ایمن برای تخلیه محتویات مخزن همچنین تخلیه آب یا مواد اضافی قرار گرفته بر روی آن.
• ایجاد حوضچه‌های مهار ثانویه در اطراف مخازن برای جلوگیری از نشت محتویات به سایر نقاط. حوضچه‌های مهار باید بتوانند حجمی معادل حجم محتویات درون مخزن به اضافه حجم متوسط آب باران‌های منطقه در 25 سال گذشته را نگه دارند. این حوضچه‌های مهار باید با شیب مشخص طراحی شوند تا بتوان مایعات را به راحتی تخلیه کرد. باید اطمینان حاصل شود که مواد ذخیره شده در حوضچه مهار مشکل ثانویه‌ای ایجاد نمی‌کنند و در صورت مخلوط شدن مواد در حین حادثه، واکنش نامطلوبی رخ نخواهد داد.
• اندازه خطوط سرریز باید در حدی باشد که در صورت سرریز مخزن بتوانند جریان حداکثری را تحمل نمایند. به طور کلی این لوله‌ها باید یک سایز از لوله ورودی بزرگتر باشند. در محیط‌های خیلی سرد باید اقدامات لازم برای جلوگیری از یخ زدگی خط سرریز در نظر گرفته شود. باید در نظر داشت که در زمان عبور مایعات فرار، خطوط سرریز مخازن اتمسفری منبع مناسبی برای آزادسازی بخار هستند.

رخ‌دادن پدیده‌هایی از قبیل Forthover یا boilover در مخزن:

پدیده frothover زمانی رخ می‌دهد دمای مخزن به حدی برسد آب درون آن به جوش بیاید و مخلوطی از کفی از بخارات و مواد آلی تشکیل دهد. اگر این تشکیل کف به شدت انجام شود، مواد آلی قابل اشتعال یا سایر سیالات موجود در آن سرریز می‌شوند که می‌تواند موجب اشتعال این مواد شود. Forthover ممکن است در اثر عوامل زیر رخ دهد:

• اضافه کردن آب به مخازن روغن داغ می‌تواند بخار فراوانی تولید کرده و مخزن را منفجر نماید.
• خرابی تجهیزات بالادستی موجب نشت آب به محصولات درون مخزن شود.
• ذخیره‌سازی هیدروکربن‌های سبک سرد در مخازن داغ یا هیدروکربن‌های داغ سنگین در مخازن سرد.
• تبخیر آبی که در کف مخزن ذخیره شده در حین آتش‌سوزی

برای جلوگیری از سررفتن آب از مخزن بهتر است دمای آن حداقل 7 درجه‌سانتی‌گراد پایین‌تر از نقطه جوش آب باشد.

پارگی مخزن (Tank Rupture):

Rupture پدیده‌ای است که به موجب آن بخش بزرگی از سطح مخزن به طور ناگهانی از بین می‌رود و موجب می‌شود که محتویات آن به اطراف بپاشد.

 Rupture در شرایط متفاوتی رخ می‌دهد یکی از این عوامل پرکردن بیش از حد مخزن است.

افزایش بیش از حد فشار محتویات درون مخزن در نتیجه واکنش‌های شیمیایی یا به جوش آمدن مواد ذخیره شده در مخزن در نتیجه مواجهه مستقیم با حرارت، سوختن بخشی از مواد داخل مخزن برای مدت زمان طولانی، خوردگی دیواره مخزن، یا از بین رفتن یکپارچگی دیواره‌ی جوشی مخزن سایر مواردی است که می‌تواند موجب پارگی دیواره مخزن شود.

با در نظر گرفتن چند عامل اساسی در طراحی می‌توان از وقوع پدیده Rupture در مخازن جلوگیری کرد:

• در نظر گرفتن راپچر دیسک و شیرآلاتی با اندازه‌های مناسب برای تخلیه ایمن فشار.
• نصب ادوات ابزار دقیق مناسب برای آگاهی از بالا رفتن سطح مایعات درون مخزن و جلوگیری از پر شدن بیش از حد آن
• در نظر گرفتن سیستم اطفای مه‌پاش برای خنک کردن دیواره‌های مخزن در هنگام آتش‌سوزی
• استفاده از مواد مناسب با توجه به جنس و ضخامت مخزن همچنین در نظر گرفتن عوامل مخربی همچون خوردگی
• انجام تست‌های بازرسی جوش در حین و بعد از انجام تست‌های فشار بر روی مخزن

در شکل زیر برخی از مخاطرات مخازن به طور شماتیک نشان داده شده است:

1. Rim seal fire: آتش‌گرفتن لبه‌ی مهر و موم شده

2. Spill roof fire: آتش پراکنده در سقف مخزن

3. Full surface fire: آتش‌سوزی کل سقف مخزن

4. Bound or Dyke fire: آتش‌سوزی در حوضچه مهار سرریز

5. Pontoon explosion: انفجار پل موقت

6. Boilover: سرریز مواد داخل مخزن