أنواع ألواح الخزانات الأساسية في خزانات التخزين API 650

يتم بناء خزانات تخزين النفط والغاز الطبيعي المسال (API 650) من أربعة أنواع أساسية من اللوحات: صدَفَة, القاع (الأرضية), حلقي، و سَطح ألواح. لكل منها دور هيكلي مميز. تُشكل ألواح الغلاف الجدار الأسطواني وتقاوم الإجهادات الحلقية والمحورية؛ وتُشكل ألواح القاع أرضية الخزان وتدعم حمل السائل؛ أما الألواح الحلقية فهي ألواح حلقية الشكل عند تقاطع الغلاف والأرضية، والتي تنقل الأحمال إلى داخلها؛ وتُغطي ألواح السقف الخزان بسقف مخروطي/قببي ثابت. يجب أن يُراعي اختيار وتصميم كل لوح متطلبات الأحمال، وطرق اللحام، ونسبة التآكل، وتوافر المواد.

ألواح الصدف

تُشكل ألواح القشرة الجدران الرأسية للخزان. تُقطع وتُلف على شكل الدورات - أشرطة أفقية متراصة على كامل ارتفاعها. يُحسب السُمك بناءً على إجهاد الطوق الناتج عن ضغط السائل، بالإضافة إلى بدل التآكل. وفقًا لمعيار API 650، يقتصر سمك ألواح الغلاف على حد أقصى قدره 45مم سمكها (١.٧٥ بوصة). إذا تطلبت إجهادات التصميم أو متانة المادة أكثر من ٤٥ مم، فيجب استخدام مادة ذات متانة أعلى (فولاذ المجموعة الرابعة-السادسة). تشمل المواد الشائعة ASTM A36 أو EN S235JR (معدل خضوع ~٢٥٠ ميجا باسكال) للخزانات ذات الارتفاع المنخفض، وA516 Gr 70 أو A537 CL2 أو EN S355 (٣٥٥ ميجا باسكال) للخزانات الأطول أو الأكثر متانة. يجب أن تكون صفائح الغلاف مُعالجة بالفولاذ وذات حبيبات دقيقة لضمان قابلية اللحام.

التحديات والحلول: ألواح الغلاف السميكة ثقيلة ويصعب دحرجتها ولحامها دون تشوه. غالبًا ما يقوم المصنعون بثني الألواح مسبقًا واستخدام اللحام التسلسلي بدرجة حرارة بينية مُتحكم بها للتحكم في التشوه. يجب تصوير جميع طبقات اللحام الرأسية بالأشعة السينية وفقًا لمعيار API 650 القسم 8.3؛ كما تتطلب اللحامات الأفقية (المحيطية) ولحامات الصفائح الحلقية التصوير بالأشعة السينية. تفتقر أنواع الفولاذ من الفئة A36 أو ما شابهها إلى متانة الصدمات في درجات الحرارة المنخفضة، لذلك في المناخات الباردة، يلجأ المصممون إلى استخدام فولاذ مُقسّى بدرجات حرارة منخفضة (مثل ASTM A553) أو إجراء اختبار صدمات. وأخيرًا، يُثبّت الغلاف في قاعدة الخزان بواسطة كراسي تثبيت ملحومة بالصفيحة الحلقية أو قاعدة الغلاف.

ألواح سفلية (أرضية)

تُشكّل الصفائح السفلية أرضية الخزان، ويجب أن تدعم الحمل الهيدروستاتيكي وحالات الفراغ. عادةً ما تُغطي صفائح فولاذية متعددة (بسمك 6-12 مم بالإضافة إلى معامل التآكل) قاع الخزان بالكامل. تتضمن التصميمات القياسية "صفائح أرضية" متداخلة وطبقة أثقل. صفيحة حلقية حول الحافة. تُثبَّت الألواح على حلقة أساس خرسانية أو ركائز. تُلحَم الألواح السفلية معًا في شبكة؛ وتُستخدَم اللحامات الطرفية المربعة أو المائلة لضمان الاختراق الكامل، وفقًا لمتطلبات API 650 (القسم 5.1.5.5). يُمكن استخدام شرائط دعم ملحومة بمسامير (بسمك ≥ 3 مم) للحفاظ على فتحات الجذور. يجب أن يكون العرض الاسمي للألواح المستطيلة والرسمية ≥ ١٨٠٠ مم ما لم يتفق المشتري على خلاف ذلك. السُمك المطلوب للألواح السفلية هو السُمك المتآكل بالإضافة إلى بدل التآكل.

اعتبارات التصميم: يجب أن تكون الصفائح السفلية مسطحة ومستوية لتجنب البرك. تُزوَّد بلحامات مانعة للتسرب على الغلاف أو الصفيحة الحلقية. وفقًا لمعيار API 650، غالبًا ما تُوضع اللحامات الطرفية للصفائح السفلية موازيةً للغلاف لتسهيل صب المرساة. كما يمكن استخدام أنماط "عظم السمكة" المائلة أو التصميمات الشعاعية. قد تتضمن الخزانات مستنقع جيب في الوسط للتصريف.

التحديات والحلول: يجب أن تقاوم ألواح القاع الضغط الموجب (الرأس الهيدروستاتيكي) والضغط السالب (الفراغ). قد يؤدي خلل الفراغ إلى انهيار الألواح، لذا يُركّز المصممون على صمامات تخفيف الفراغ، ويُراعون استخدام التعزيزات (مثل ألواح التعويض). يُخفّف تشوّه اللحام بتثبيت الألواح واللحام بشكل متماثل. تُعد مراقبة الجودة أمرًا بالغ الأهمية: فبينما لا تُصوّر لحامات السقف والقاع عادةً بالأشعة السينية، تخضع جميع وصلات القاع والوصلات الأرضية لفحص 100% باستخدام الجسيمات المغناطيسية أو الصبغة النافذة لضمان إحكام التسرب. قد تكون فترات التسليم طويلة بالنسبة لألواح القاع الكبيرة (خاصةً الحلقات الحلقية السميكة)، لذا يُنصح بالشراء المُبكر.

الصفائح الحلقية

الصفائح الحلقية هي حلقات الصفائح الموجودة مباشرةً داخل غلاف الخزان في الجزء السفلي. تنقل هذه الصفائح أحمال الغلاف إلى الأرضية، مما يوفر نقطة تثبيت لزوايا قاعدة الغلاف وكراسي التثبيت. وفقًا لمعيار API 650 القسم 5.5.2، الصفائح الحلقية يجب أن يكون 600 على الأقلمم (24(في) واسعة (مقاسة شعاعيًا) من الغلاف إلى أي وصلة متداخلة عندما يكون قطر الخزان ≥ 30 مترًا (100 قدم) أو عندما يتم تصميم مسار الغلاف السفلي باستخدام الإجهاد المسموح به للمواد في المجموعة الرابعة أو الرابعة أ أو الخامسة أو السادسةفي الممارسة العملية، غالبًا ما يصنع المصممون ألواحًا حلقية أكثر سماكة بشكل ملحوظ من ألواح الأرضية الداخلية (على سبيل المثال، 12-16 مم بدلاً من 6-8 مم) للتعامل مع القوى المحيطية العالية.

اللحام والمفاصل: المفاصل الشعاعية ذات الصفائح الحلقية يجب أن تكون اللحامات الطرفية ذات اختراق كامليُسمح بشريط دعم مستمر (بحد أدنى 3 مم) أسفل هذه اللحامات، بشرط أن يكون اللحام سليمًا. بالنسبة للخزانات التي يزيد قطرها عن 30 مترًا أو تلك المستخدمة في فولاذ غلاف عالي القوة (المجموعة الرابعة والسادسة)، يُلزم معيار API 650 باستخدام صفائح حلقية ملحومة تناكبيًا. قد تسمح الخزانات الأصغر حجمًا أو الخزانات منخفضة الإجهاد باستخدام صفائح "رسم تخطيطي" ملحومة تداخليًا، إلا أن المفتشين غالبًا ما يُفضلون الحلقة الملحومة تناكبيًا حرصًا على السلامة. يمكن قطع الحافة الداخلية للحلقة الحلقية بشكل مستقيم أو متعدد الأضلاع؛ ووفقًا لتعريف معهد البترول الأمريكي، يُمكن أن يُشكل المحيط الداخلي شكلًا مضلعًا منتظمًا بعدد أضلاع يساوي عدد الصفائح.

التحديات والحلول: لأن الصفائح الحلقية كبيرة وسميكة، فهي ثقيلة ويصعب نقلها. لذا، يُعدّ محاذاة الصفائح مع الهيكل في الموقع أمرًا بالغ الأهمية. غالبًا ما يقوم المُصنِّعون بلحامها بالهيكل في الورشة أو في بداية التركيب الميداني، مع مراعاة التركيب الدقيق واللحام (والتسخين المسبق عند الحاجة)، والتحكم في مدخلات الحرارة. تُعدّ الحلقة الحلقية نقطة ساخنة لخطر التسرب إذا كانت صغيرة الحجم أو غير ملحومة بشكل جيد، لذا يُضيف العديد من المهندسين بدل تآكل إضافي وفحصًا دقيقًا للتآكل غير المدمر (NDE) (تصوير شعاعي أو اختبار PAUT) على هذه الوصلات.

ألواح السقف

تُغطي الأسقف الثابتة (المخاريط أو القباب) الخزانات فوق الأرض. ألواح السقف عبارة عن ألواح معدنية ملحومة ببعضها ومثبتة على زاوية الرصيف العلوية على الغلاف. يُقسّم معيار API 650 تصميم السقف إلى ثلاث حالات تحميل: الضغط الداخلي (صيغة الشد في الملحق F)، والأحمال الخارجية (انبعاج الملحق F)، والأحمال العامة (القسم 5.10). عمليًا، غالبًا ما يُحدد سمك صفيحة السقف بالانبعاج الناتج عن وزن السقف أو الرياح، وليس بالضغط الداخلي. يشترط معيار API 650 سمكًا اسميًا لصفيحة السقف. ≥ 5مم (3/16في) بالإضافة إلى معامل التآكل. قد تستخدم الأسقف المخروطية الضحلة فولاذًا بسمك 6-10 مم؛ بينما تستخدم الأسقف القبة عادةً فولاذًا بسمك 8-12 مم.

بناء: تُقطع ألواح السقف على شكل "قطعة دائرية" (بمضلع يساوي عدد الألواح) أو في حلقات متحدة المركز. تُلحم الألواح معًا بلحامات حشو متداخلة أو لحامات حشو مائلة، مع لحامات حشو متصلة على الجانب العلوي فقط. يجب دعم الألواح بالكامل من المحيط. بالنسبة للأسقف المخروطية المدعومة، يشترط القسم 5.10 من معيار API 650 عدم لحام الألواح بالعوارض الخشبية (بل ترتكز عليها)، للسماح بحركة طفيفة. تُثبت جميع ألواح السقف بزاوية الرصيف بلحامات حشو متصلة على الجانب العلوي.

التحديات والحلول: ألواح السقف أرقّ، وغالبًا ما تتشوّه بفعل اللحام، لذا يُصنّع البناؤون السقف على الأرض على شكل مقاطع أو يستخدمون إطارات رفع. يُعدّ ضبط الأبعاد أمرًا بالغ الأهمية لتجنب الفجوات. ونظرًا لانخفاض إجهاد لحامات السقف، لا يشترط معهد البترول الأمريكي (API) التصوير بالأشعة السينية على لحامات ألواح السقف، ولكن الفحص البصري/فحص MPI 100% هو المعيار. غالبًا ما يكون فولاذ السقف من نوع A36 أو ما شابه؛ ونادرًا ما تكون هناك حاجة إلى فولاذ عالي القوة إلا إذا كانت أطوال الأسقف الضخمة تتطلب قوة انبعاج أعلى.

مواد ومواصفات اللوحة

يُصنّف معيار API 650 فولاذ الصفائح حسب الإجهاد المسموح به والاستخدام. تشمل المواد المُحددة عادةً لصفائح الخزانات ما يلي:

معايير ASTM

أستم A36 (إنتاجية ٢٦ كيلو باسكال، حوالي ٢٥٠ ميجا باسكال) - يُستخدم على نطاق واسع في الغلاف والقاع في الظروف المعتدلة. سعره مناسب ومتوفر على نطاق واسع، ولكنه غير مناسب للبيئات الباردة إلا بعد اختباره لتحمل الصدمات.
ASTM A283 المجموعة C (أيضًا ~205–290 ميجا باسكال) - فولاذ هيكلي عام يستخدم أحيانًا في الخزانات ذات الارتفاع المنخفض.
ASTM A285 المجموعة C (صفائح لأوعية الضغط، ١٩٥-٢٦٠ ميجا باسكال) - معتمدة من API 650، ولكنها محدودة بأجزاء أرق. أكثر ليونة، وغالبًا ما تكون بديلاً أقل تكلفة.
ASTM A516 المجموعة 70 (لوح للأوعية ذات درجات الحرارة المتوسطة/المنخفضة، قوة شد ٤٨٥ ميجا باسكال) - شائع للأغلفة/القيعان عالية القوة. يتميز بمتانة أفضل من A36.
ASTM A537 CL.2 (لوحة وعاء الضغط، ~450 ميجا باسكال) - قوة ومتانة أعلى للخزانات الكبيرة.
ASTM A553 (النوعان ١ و٢) - صفيحة كربون ومنغنيز منخفضة الحرارة (مُخلوطة بالنيكل) للاستخدام في التبريد العميق. تم تحديد النوع A553 من النوع ١ (≈٩١TP٣T Ni) في الملحق Q من API ٦٢٠ لخزانات الغاز الطبيعي المسال.

المعيار الأوروبي

EN 10025 S235JR / S355JR فولاذ هيكلي أوروبي يُعادل تقريبًا A36 (S235JR) وA572/A656 (S355JR) الأعلى قوة. يُرجى العلم أن معيار API 650 يتطلب درجات J0 أو J2 مُختبرة للصدمات (عند 0 درجة مئوية أو -20 درجة مئوية) لـ S275/S355؛ ولا يُسمح باستخدام درجة "JR" العادية (التي تُختبر فقط عند 20 درجة مئوية) للألواح الأكثر سمكًا.

معيار JIS

JIS G3101 SS400 / SS490 الفولاذ الهيكلي الياباني المكافئ (YS 205-245 ميجا باسكال و245-295 ميجا باسكال). يُعد الفولاذ SS400 أضعف من الفولاذ A36، لذا يتجنب بعض المصممين الاستبدال المباشر إلا في حالة زيادة السُمك.

المعايير الوطنية الأخرى

يسمح معيار API 650 بتطبيق "المعايير الوطنية المعترف بها" إذا استوفت الخواص الميكانيكية والحدود الكيميائية معاييره من المجموعات الأولى إلى السادسة. على سبيل المثال، غالبًا ما تُقبل درجات CSA G40.21 (كندا) 300 واط/350 واط، أو ISO 630 S275/S355.

بالنسبة لجميع الصفائح، يشترط القسم 4 من معيار API 650 أن يكون الفولاذ مُذابًا (خاليًا من الأكسدة تمامًا) وأن يكون دقيق الحبيبات، مع التحكم الدقيق في نسب الكربون والمنجنيز والفوسفور والكبريت، إلخ. غالبًا ما تتطلب المواد عالية الجودة (المجموعتان الرابعة والسادسة) اختبار صدمات محددًا عند 0 درجة مئوية أو -20 درجة مئوية، حتى عند الاستخدام في درجات حرارة محيطة، لتجنب الكسر الهش في الظروف غير المستقرة. عند اختيار الفولاذ الأجنبي، تأكد من خلال شهادات اختبار المصنع من أن التركيب وجودة الصدم تلبيان متطلبات معيار API 650. (على سبيل المثال، قد يكون للفولاذ الصيني SS400 طاقة صدمات أقل من A36).

الغاز الطبيعي المسال مقابل خزانات النفط الخام

تعمل خزانات تخزين الغاز الطبيعي المسال عند درجة حرارة -162 درجة مئوية، وتفرض متطلبات مواد أكثر صرامة. تصبح صفائح API 650 التقليدية (A36، A516، إلخ) هشة عند درجات الحرارة المنخفضة جدًا. وبدلًا من ذلك، غالبًا ما تستخدم الخزانات الداخلية أو السلال المخصصة للغاز الطبيعي المسال فولاذ النيكل 9% (ASTM A553 النوع 1 أو ASTM A553M) لمتانة ممتازة. مؤخرًا، طُوِّر فولاذ 7% Ni كبدائل موفرة للتكاليف. يفي هذا الفولاذ بمعايير Charpy للتأثير (على سبيل المثال، ≥ 34 J طوليًا عند -196 درجة مئوية لـ A553T1) وفقًا للملحق Q من API 620. يمكن استخدام فولاذ كربوني عادي في خزانات التخزين الخارجية (أو الأسقف والأساسات) في درجات الحرارة المحيطة.

تشمل اختلافات التصميم خزانات ذات جدران مزدوجة مع عزل ومتطلبات مانعة للتسرب أكثر صرامة. عادةً ما يكون معيار API 620 (وليس 650) هو المعيار الحاكم لخزانات التبريد السطحية، ويتضمن الملحق Q للمواد. باختصار، بالنسبة لخدمة الغاز الطبيعي المسال، استخدم دائمًا الفولاذ عالي الجودة (A553 أو A553M أو سبائك النيكل الأعلى) للألواح المبللةالفولاذ القياسي API 650 مخصص فقط للغلاف الخارجي المعزول أو الاحتواء الثانوي فوق المحيط.

الامتثال لمعيار API 650 (2020)

يتضمن ضمان الامتثال لمعيار API 650 اتباع قواعد المواد والتصميم والتصنيع الخاصة بالكود:
سمك اللوحة وحدود المواد: التزم بالقسم 4.2.1.4: الحد الأقصى لسمك الغلاف 45 مم. استخدم حدود سمك القسم 4.2.2 لكل درجة (على سبيل المثال، قد يكون سمك A537 أكبر من A516). حدد فئات الألواح التي تستوفي اختبارات التأثير المطلوبة لدرجة حرارة التشغيل المتوقعة.
NDE واللحام: إجراء تصوير شعاعي 100% للوصلات بين الصفائح والوصلات الحلقية. تتطلب لحامات الأسقف والأرضيات مادة 100% MPI/صبغة نافذ. اتبع معيار API 650 القسم 8 لتأهيل اللحام (ASME IX)، وتحضير الوصلات، واختبارها.
قواعد التصميم: استخدم القسم 5 والملاحق (مثل الملحق F/V) لحساب سُمك الأصداف والأسقف. تأكد من أن عرض الصفائح الحلقية ≥ 600 مم. حدّد مقاس الصفائح السفلية بما يتوافق مع حدود الانحراف والانبعاج. حدد أبعاد مسافات اللحام بين الحواف وفقًا للقسمين 5.1.5 و5.5.
التوثيق: يجب أن تُشير لوحة اسم الخزان والوثائق إلى "API 650 - الإصدار الثاني عشر" (إصدار 2020 هو الإصدار الثالث عشر). احتفظ بتقارير اختبار المطحنة لجميع الصفائح (الكيميائية، والميكانيكية، والصدمات) وسجلات اللحام. اطلب فحصًا من جهة خارجية عند الحاجة، وخاصةً للوصلات الحساسة.
بدل التآكل: قم دائمًا بإضافة CA المناسب (غالبًا 2-5 مم) إلى سمك اللوحة في الحسابات للسماح بالتآكل وعيوب سطح الطاحونة المحتملة.

التحديات وأفضل الممارسات

جودة اللحام والتشويه: تتطلب الصفائح السميكة (أكثر من ١٠ مم) تسخينًا مسبقًا ودرجة حرارة بينية مُتحكم بها. استخدم اللحام التسلسلي أو التحكم في الانكماش لتقليل التشوه. يجب تحقيق لحامات طرفية كاملة الاختراق دون عيوب. افحص جميع اللحامات المكتملة (خاصةً عند الوصلات القشرية والحلقية) باستخدام الفحص غير المُدمر (NDT).
الحماية من التآكل: اختر مواد مطلية متوافقة مع المنتج المُخزّن، أو ضع طبقات طلاء (إيبوكسي أو برايمر غني بالزنك). غالبًا ما تتعرض الألواح السفلية للماء أو المواد الصلبة، لذا يُمكن استخدام بطانات مقاومة للتآكل أو مقاومة للتآكل.
توفر المواد ووقت التسليم: تُعدّ الصفائح ذات القطر الكبير أو السُمك الفائق صفائح متخصصة. خطط للشراء قبل أشهر. في حال الاستيراد، تحقق من معايير الجودة (مثلاً، لا تفترض أن SS400 يساوي A36). تعاون مع الموردين لضمان استيفاء الشهادات لمتطلبات معهد البترول الأمريكي (API).
تسلسل البناء: ركّب الحلقة الحلقية مبكرًا، باستخدام دعامة خلفية متينة أو دعامات مؤقتة للحفاظ على محاذاة الهيكل. استخدم عارضة هوائية (حلقة تشبه السقالة) أثناء تركيب الهيكل للحفاظ على الشكل الدائري. إذا أمكن، ركّب ألواح السقف مسبقًا على الأرض، ثم ارفعها إلى الهيكل المكتمل.
تعديلات المجال: يجب معالجة الانحرافات في الموقع (مثل هبوط الأساس أو انحراف طفيف في المحاذاة) باستخدام ألواح الحشو، أو مسامير التثبيت المشقوقة، أو قطع الحواف، وليس بإعادة لف الألواح. تأكد من استواء الألواح السفلية قبل اللحام النهائي لضمان إحكامها ضد الماء.

خاتمة

من خلال فهم دور كل نوع من أنواع الصفائح واتباع قواعد API 650، تستطيع فرق EPC/EPCM تصميم وبناء خزانات آمنة ومتوافقة مع المعايير. يُعدّ الاختيار السليم للمواد (من A36 إلى A553)، وممارسة اللحام بدقة، والاهتمام بتفاصيل الكود (عرض الصفائح وجودة اللحام) عوامل أساسية لضمان متانة خزانات النفط الخام والغاز الطبيعي المسال. إذا كانت لديكم طلبات عروض أسعار لصفائح فولاذية لمشاريع الخزانات البحرية، فلا تترددوا في التواصل معنا على [email protected] للحصول على عرض أسعار تنافسي واحترافي!