Wprowadzenie
Zbiorniki ciśnieniowe znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach i dzielą się na dwie główne kategorie: nieogrzewane i ogrzewane. Nieogrzewane zbiorniki ciśnieniowe to takie, które nie są narażone na działanie spalania, jak butle do nurkowania czy zbiorniki magazynujące gaz. Ogrzewane zbiorniki ciśnieniowe to te, które są narażone na działanie spalania, jak kotły płomieniówkowe i wodnorurowe.
Model 3D saVRee przedstawia nieogrzewany zbiornik ciśnieniowy zaprojektowany do pracy w systemie sprężonego powietrza. W całym artykule zakładamy, że omawiamy zbiornik ciśnieniowy stosowany w systemie sprężonego powietrza o ciśnieniu 6-8 bar(g).
Dlaczego potrzebujemy zbiorników ciśnieniowych?
Zbiorniki ciśnieniowe pełnią funkcję magazynów energii, podobnie jak baterie. Istnieje kilka powodów, dla których energia jest magazynowana w zbiornikach ciśnieniowych.
Stabilizacja ciśnienia w systemie
Wymagania systemowe mogą się zmieniać, a zbiorniki ciśnieniowe pozwalają na ich spełnienie bez zakłóceń w pracy. Na przykład, gdy wiele osób w fabryce jednocześnie używa narzędzi pneumatycznych, zapotrzebowanie na sprężone powietrze gwałtownie wzrasta. Bez zbiornika ciśnieniowego ciśnienie w systemie szybko by spadło, co mogłoby zakłócić pracę innych urządzeń.
Wymiana ciepła
Sprężone powietrze opuszczające kompresor jest gorące. Przechowywanie go w zbiorniku ciśnieniowym pozwala na przekazanie części tego ciepła do otoczenia. Obniżenie temperatury wiąże się z redukcją ciśnienia, co zwiększa ogólną efektywność systemu.
Tłumienie pulsacji
Uruchamianie i zatrzymywanie kompresorów powoduje wahania ciśnienia, ale zbiornik ciśnieniowy tłumi te zmiany, dostarczając stabilne ciśnienie, które jest bardziej odpowiednie dla końcowych użytkowników.
Optymalizacja pracy kompresorów
Wszelkie wahania ciśnienia w systemie muszą być obsługiwane przez kompresory. Jeśli ciśnienie jest zbyt niskie, kompresor uruchamia się, aby je zwiększyć, aż do momentu otrzymania sygnału do zatrzymania. Mały system bez zbiornika ciśnieniowego wymagałby częstego uruchamiania i zatrzymywania kompresora, co jest znane jako krótkie cykle i nie jest korzystne dla jego trwałości.
Usuwanie wilgoci
Chociaż większość nowoczesnych systemów wykorzystuje osuszacze do usuwania wilgoci po sprężeniu, może nadal występować pewne przenoszenie wilgoci. Chłodzenie w zbiorniku ciśnieniowym wspomaga kondensację, co pozwala na łatwe usunięcie kondensatu z systemu za pomocą odpływu.
Konstrukcja
Zbiornik ciśnieniowy przedstawiony w modelu 3D ma standardową konstrukcję; płaszcz jest cylindryczny, a końce ('dennice') są zaokrąglone. Okrągły kształt bez ostrych krawędzi zapewnia równomierne rozłożenie ciśnienia. Wszelkie narożniki lub ostre krawędzie w konstrukcji są określane jako 'podwyższacze naprężeń' i powinny być unikane, gdyż osłabiają wytrzymałość strukturalną zbiornika. Jeśli zbiornik nie jest wykonany z jednego arkusza metalu, zazwyczaj jest spawany, choć starsze zbiorniki były często nitowane.
Zbiornik jest zazwyczaj wykonany ze stali. Zewnętrzna część jest pokryta podkładem lub farbą, podczas gdy wnętrze często pozostaje z surowej stali. Niektóre zbiorniki mają wnętrza pokryte epoksydem lub żywicą, aby zwiększyć odporność na korozję. Zbiorniki ze stali nierdzewnej są rzadkością, ale czasami stosowane w branżach wymagających wyższej czystości powietrza, jak przemysł medyczny i półprzewodnikowy.
Osprzęt
Do zbiornika ciśnieniowego podłączone są różne rury. Dwie duże rury służą do wlotu i wylotu sprężonego powietrza. Mniejsze rury umożliwiają montaż różnych elementów osprzętu potrzebnych do efektywnego i bezpiecznego działania zbiornika. Poniżej wymieniono kilka typowych elementów osprzętu.
Lokalny manometr
Manometr zamontowany bezpośrednio na zbiorniku dostarcza personelowi lokalny wizualny wskaźnik ciśnienia. Manometry można zazwyczaj odizolować od zbiornika za pomocą zaworu, co umożliwia ich wymianę bez konieczności spuszczania ciśnienia z całego zbiornika. Najczęściej stosowanym obecnie manometrem jest manometr typu bourdon. Manometry w systemach o bardzo wysokim ciśnieniu powinny być wyposażone w szkło odporne na rozbicie.
Przełączniki różnicowe ciśnienia
Te przełączniki kontrolują sygnały startu i zatrzymania do kompresora; są powszechnie nazywane przełącznikami 'delta P'. Przełączniki delta P są również używane do ustawiania punktów alarmowych przy określonych ciśnieniach, np. wysokie ciśnienie w zbiorniku uruchomi przełącznik delta P i aktywuje alarm wizualny i dźwiękowy.
Zawór bezpieczeństwa (SRV)
Sprężynowe zawory bezpieczeństwa (SRV) są standardem w prawie wszystkich zbiornikach ciśnieniowych powyżej określonego rozmiaru i ciśnienia. Dobrą praktyką jest montowanie SRV bezpośrednio na zbiorniku bez żadnych środków izolacyjnych (zaworu) między SRV a zbiornikiem.
W przeszłości stosowano SRV z przeciwwagą i sprężynowe SRV, ale SRV z przeciwwagą straciły na popularności, ponieważ są mniej niezawodne niż typ sprężynowy.
Napięcie sprężyny SRV jest obliczane tak, aby utrzymywało zawór zamknięty, chyba że osiągnięte zostanie określone ciśnienie w zbiorniku, w którym to momencie sprężyna się skompresuje i zawór się otworzy.
Zawór spustowy kondensatu
Najniższy punkt w zbiorniku jest wyposażony w odpływ do usuwania kondensatu. Ważne jest usunięcie kondensatu, aby zapobiec korozji wnętrza zbiornika. Osuszacze usuwają wilgoć z powietrza sprężonego przed jego wejściem do zbiornika, ale odpływy kondensatu powinny być nadal zainstalowane i obsługiwane, aby zapewnić prawidłowe działanie osuszacza. Istnieją dwie główne metody odprowadzania kondensatu ze zbiornika.
Pierwsza to tradycyjny ręcznie obsługiwany zawór, który musi być otwierany w zaplanowanych odstępach czasu w celu spuszczenia kondensatu. To rozwiązanie jest najprostsze, ale polega na personelu, który faktycznie wykonuje zadanie; może to stworzyć sytuację, w której odpływ nie jest otwierany tak często, jak powinien.
Druga to automatyczny odpływ kondensatu, który odprowadza kondensat w zaplanowanych odstępach czasu przez określony czas, np. raz dziennie przez 30 sekund. Teoretycznie automatyczny odpływ kondensatu jest lepszą opcją, chociaż awaria automatycznego odpływu może pozostać niezauważona przez personel, a kondensat będzie się gromadził, aż awaria zostanie zauważona.
Wtyczka topliwa
SRV chroni zbiornik przed nadciśnieniem, podczas gdy wtyczka topliwa chroni zbiornik przed nadmierną temperaturą. Pożar w bezpośrednim sąsiedztwie zbiornika zwiększyłby temperaturę i ciśnienie w zbiorniku. Aby uniknąć wybuchu, stop fusyjny we wtyczce topliwej stopi się i ciśnienie zostanie uwolnione.
Porty inspekcyjne
Porty inspekcyjne mogą być otworami widokowymi, otworami ręcznymi lub włazami. Porty inspekcyjne umożliwiają personelowi oglądanie wnętrza zbiornika i przeprowadzanie oceny stanu. Możliwe jest również uzyskanie dostępu do wnętrza zbiornika przez port inspekcyjny w celu czyszczenia.
Konserwacja i testowanie
Wymagania dotyczące konserwacji i testowania są zazwyczaj określane przez lokalne przepisy. Inspekcje wizualne zewnętrzne i wewnętrzne, badanie płaszcza i szwów spawalniczych oraz testowanie SRV powinny być przeprowadzane w zaplanowanych odstępach czasu.
Dodatkowe zasoby
https://en.wikipedia.org/wiki/Pressure_vessel
https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/pressure-vessel