تانک ضربه گیر چیست؟
تانک ضربه گیر یا مخزن ضربه گیر تحت فشار (Surge Vessel / Air Chmaber)، در هنگام ايجاد امواج فشار منفي در خط لوله، آب را با فشار به مسير تزريق ميكنند و بدينوسيله از بروز پديده جدايي ستون آب جلوگيري ميكند و از سوي ديگر در هنگام افزايش فشار ناشي از پديده ضربه قوچ باعث افت تدريجي و از بين بردن اين افزايش فشار ميشود.
1- مخزن ضربهگیر تحت فشار چگونه کار میکند؟
در عمل سیستم به تعامل دینامیکی بین آب و هوای فشرده داخل مخزن متکی است. به بيان ديگر عملكرد اين مخازن به گونهاي است كه هنگامي كه نيروي محركه پمپ قطع شود و به تبع آن گذر حجمي جريان كاهش يابد، هواي متراكم داخل مخزن به صورت اجباري آب را به داخل خط رانش ميراند و آثار قطع را كاهش ميدهد.
از سوي ديگر آبي كه در خط رانش وجود دارد پس از زمان كوتاهي به طور معكوس به حالت سكون درآمده و جريان آب برعكس به داخل محفظه هدايت ميشود، در اين حالت هواي داخل مخزن متراكم شده و حجم هوا كاهش مييابد و اين خود باعث از بين رفتن و كاهش اضافه فشار ناشي از ضربه قوچ ميشود.
شماتیک یک تانک ضربهگیر متصل به خط لوله پمپاژ
2- نکاتی در طراحی مخزن ضربه گیر تحت فشار:
تانک ضربه گیر یا مخزن ضربه گیر یا مخزن هوا (Air Chamber) مطمئنترين وسيله جهت كنترل ضربه قوچ در دو حالت افزايش و كاهش فشار است. نياز اين وسيله به تجهيزات تأمين هواي فشرده و نيز هزينه نگهداري بالا از مسایل آنها هستند. در طراحی تانک ضربه گیر تحت فشار نکات خاصی وجود دارد که به طور خلاصه اشاره میشود. این نکات در طراحی و ساخت توسط این شرکت مورد نظر قراردارد.
محاسبه دقيق میزان آب و هواي تانک ضربه گیر بسيار مهم است، گاهي مهندسان طراح بدون انجام تحلیل شرایط گذرا و محاسبه دقيق، نيمي از مخزن را از آب و مابقي را از هوا پر ميكنند. درصورتيكه ميزان آب و هواي داخل مخزن ارتباط مستقيمي با چگونگي بروز پديده ضربه قوچ در هر سیستم پمپاژ دارد. برای مثال، در جایی که پدیده جدایی ستون آب شدت زیادی دارد و باید آب بیشتری به خط تخلیه شود، میزان حجم آب مخزن نیز باید بیشتر باشد. این امر محافظت کافی در شرایط گذرا را فراهم میکند. اندازهگیری دقیق عموماً نیازمند تحلیل گذرا و بررسی دقیق پروفیل خط لوله است
بدون محاسبه نسبتاً دقيق در مراحل برنامهریزی پروژه و مطالعه دقيق پروفيل خط، به هيچ وجه نميتوان حجم تانک ضربه گير را براي يك پروژه تخمين زد. اين نكته بسيار مهمي است به خصوص براي مهندساني كه در مناقصات قصد پرهيز از محاسبه را دارند! چراكه حجم مخزن ضربهگیر ارتباط با پارامترهاي زيادي از جمله شکل پروفيل، قطر، دبی، فشار، شيرهاي هوا و ممان اينرسي تلمبه دارد. هركدام از اين پارامترها ميتواند در كاهش يا افزايش حجم مخزن موثر باشد.
قطر لوله ورود و خروج جريان از تانک ضربهگیر بسيار با اهميت است و محاسبات آن بايد كاملاً دقيق باشد تا از عملکرد هیدرولیکی صحیح سیستم اطمینان حاصل شود.
هشدار – لولهکشی اتصال با قطر کوچکتر از حد نیاز:
اگر قطر لولهکشی اتصال تانک ضربهگیر ببه خط لوله پمپاژ کوچک باشد، تانک ضربهگیر نمیتواند آب را با خط لوله با سرعت کافی تبادل کند. این امر اثربخشی آن را در طول رویدادهای گذرا و پدیده ضربه آبی به شدت کاهش میدهد.
با توجه به پیچیدگیها و ظرافتهای محاسبات ضربه قوچ و طراحی تانک ضربهگیر تحت فشار، لازم است با رعایت تمامی نکات فنی و تجربی از نرمافزارهای رایانهای در محاسبات استفاده شود. تا نتایج دقت قابل قبولی داشته و از هزینههای اضافی بابت دست بالا گرفتن یا دست کم گرفتن ابعاد و مشخصات در طراحیها بپرهیزیم.
رایجترین و دقیقترین استاندارد مورد استفاده در طراحی و ساخت تانک ضربهگیر تحت فشار، استاندارد ASME کد مخازن تحت فشار (استاندارد انجمن مهندسین مکانیک آمریکا) میباشد که به طور مرتب در حال بهروزرسانی است. این استاندارد، شناختهشدهترین استاندارد جهانی در مهندسی مخازن تحت فشار است و این شرکت از آن استفاده میکند.
3- نحوه استقرار تانک ضربه گیر:
تانک ضربه گير به صورت استوانهاي با دو عدسي ساخته ميشود که بسته به چیدمان ایستگاه پمپاژ، فضای موجود و سازههای اطراف، به سه شكل ميتوان در ايستگاههاي پمپاژ و ساير قسمتهاي طرح قرار داد:
- به صورت قائم (ايستاده)
- به صورت مايل
- به صورت افقي
با توجه به وضعيت ساختمان، ميتوان مخازن را به هريك از حالتهاي فوق قرار داد. متداولترین و بهترین حالت برای قرار دادن مخزن ضربهگیر به صورت قائم میباشد. از معایب قرارگیری مخازن به صورت افقی، افزایش حجم بلااستفاده آب از نظر هیدرولیکی غیرفعال (حجم مرده) در مخزن بوده و لذا حجم کل مخزن باید بزرگتر در نظر گرفته شود. در قرار دادن تانک ضربهگیر به شکل مایل، مشکل افزایش حجم بلااستفاده آب تا حدودی مرتفع شده، ولیکن مشکلات پایههای مخزن و نگهداری و مهار کردن آن و پایداری بلندمدت وجود دارد.
💡 نکته – ترجیح استقرار قائم:
در جایی که فضا و سازه اجازه میدهد، نصب قائم را انتخاب کنید. این کار حجم مرده را به حداقل میرساند، اندازه مورد نیاز تانک را کاهش میدهد و جزئیات تکیهگاه و مهار کردن را ساده میکند و از نظر اقتصادی به صرفهتر است.
4- جنس مخزن ضربهگیر:
درمجموع پس از انجام محاسبات در نرمافزار و تعیین حجم هوای اولیه، حجم هوای منبسط شده و حجم مرده، حجم نهایی مخزن به دست آمده که با توجه به فضای استقرار و امکانات موجود، قطر و ارتفاع محاسبه میشود. براساس قطر و ارتفاع محاسبه شده و با توجه به استاندارد ASME و جنس ورق، ضخامت ورق فولادی نیز به دست میآید.
طبق استادارد ASME و براساس تجربه، جنس ورق مخازن تحت فشار تا فشارهای کمتر از 10 بار میتواند از فولاد معمولی ST-37 باشد و برای فشارهای بیشتر از 10 بار A516-Gr70 استفاده میشود. که در مجموع با توجه به اختلاف قیمت اندک، پیشنهاد این شرکت استفاده از ورق فولادی A516-Gr70 در تمامی فشارهای کاری میباشد تا قابلیت اطمینان ساختاری بهبودیافته تضمین گردد.
5- دریچه بازدید (منهول):
برای بازدید داخلی، عملیات رنگ و پوشش داخل مخازن، تانکهای ضربهگیر تحت فشار باید دارای یک منهول یا هندهول باشند. الزامات معمول عبارتند از:
- مخازن با قطر کمتر از 0.8 متر، هندهول با قطر 250 میلیمتر
- مخازن با قطر تا 1.5 متر، آدمرو (منهول) با قطر 450 میلیمتر
- مخازن با قطر بیشتر از 1.5 متر، آدمرو (منهول) با قطر 500 میلیمتر
در طول بهرهبرداری، دهانه منهول معمولاً به طور ایمن با یک فلنج کور مسدود میشود تا یکپارچگی فشار حفظ شود.
6- هوای فشرده مورد نیاز مخزن ضربه گیر:
كمپرسور هوا وظيفه تامين هواي لازم در تانک ضربه گیر هوا در شرايط ماندگار را بر عهده دارد. در شروع بهرهبرداري از تاسيسات تانک ضربه گیر لازم است كمپرسور هوا پس از روشن شدن الكتروپمپها و ايجاد جريان دايم، وارد مدار شود و حجم اوليه هوای داخل تانک ضربهگیر را تامين نمايد. در طول مدت بهرهبرداري نيز به دو دليل حل شدن هواي محبوس مخزن در آب و نشتهاي احتمالي هوا به بيرون، نياز به راه اندازي كمپرسور هوا و تنظيم حجم اوليه هوا وجود دارد؛ بنابراين حجم هوايي كه توسط كمپرسور بايد تامين شود همان حجم هواي تانک ضربه گير در شرايط جريان دايم است.
هواي فشرده تامين شده توسط كمپرسور هوا در حالت جريان دايم به دو روش زير به تانک ضربه گیر هدايت ميشود:
تزريق مستقیم هوا به تانک ضربهگیر:
در اين حالت لوله خروجي كمپرسور پس از اتصال شير ايمني، شيريكطرفه و شير قطع و وصل كروي، مستقيما به قسمت فوقاني مخزن ضربه گير متصل ميشود. هنگام نياز به تامين هواي فشرده در مخزن ضربه گير و تنظيم سطح آب، كمپرسور روشن شده و اين سطح تنظيم ميشود.
استفاده از مخزن ذخيره هواي فشرده:
در اين صورت هواي فشرده توسط كمپرسور تامين و در مخزن ذخيره مربوطه نگهداري ميشود. پر شدن اين مخزن به صورت اتوماتيك و به كمك يك سوييچ فشار نصب شده روي مخزن ذخيره هوا انجام ميشود. به اين ترتيب فشار هوا در اين مخزن ذخيره همواره ثابت نگه داشته ميشود. خروجي مخزن ذخيره پس از نصب شير يكطرفه و شير قطع و وصل كروي و در صورت ضرورت شير برقي سولنوئيدي به قسمت فوقاني مخزن ضربه گير متصل ميشود.
در صورت نياز به تزريق هوا به تانک ضربه گیر و تنظيم سطح آب، شير قطع و وصل كروي و يا شير برقي سولنوئيدي رابط بين مخزن ذخيره هوا و مخزن ضربهگير باز شده و هواي لازم براي مخزن ضربه گير تامين ميشود.
7- کنترل سطح آب تانک ضربه گیر:
در تانک ضربهگیر برای پایش و کنترل سطح آب (یا حجم اولیه هوا)، چند روش به شرح زیر مورد استفاده قرار میگیرد:
لوله آبنما :
در صورت استفاده از لوله آبنما، امكان استفاده از سامانههاي راهاندازي و تنظيم سطح آب اتوماتيك در اتاق كنترل مهيا نميباشد؛ از طرفی جنس آن شیشهای بوده که احتمال آسیب و شکستن آن در محیط ایستگاه پمپاژ زیاد میباشد.
سطح سنج آب(سنسور):
با توجه به اهميت كنترل سطح آب و هوا در تانک ضربه گیر، براي كنترل مستمر حداقل در 4 نقطه بايد سطحسنج نصب شود؛ كه با فرمان خودكار، تنظيم سطح آب مخزن ضربه گير را انجام ميدهند.
سطح سنج مغناطیسی:
در اين روش بر روي مخزن يك اندازهگير سطح مغناطيسي نصب ميشود. اين اندازهگير از يك لوله قائم تشكيل شده و شناوري كه داخل اين لوله روس سطح آب، بالا و پایین میرود. داخل شناور آهنربا پيش بيني شده و با حركت داخل لوله قائم كه بوبينهاي الكتريكي یا سوئیچهای مغناطیسی نصب شده روی لوله قائم القا ميشود. به اينترتيب سطح آب به صورت يك جريان خفيف در خروجي اندازهگير قابل ملاحظه ميباشد. این روش مناسبترین و به صرفهترین روش کنترل سطح آب در مخزن ضربهگیر میباشد.
8- اتصال تانک ضربه گیر به خط لوله:
ارتباط مخزن ضربه گير به خط لوله انتقال آب معمولاً از كف مخزن انجام ميشود، در هنگام ساخت تانک ضربه گیر، لوله ارتباطي تخليه آب به همراه يك فلنج با فشار كاري مناسب، بر روي آن پيشبيني ميشود، براي اتصال مخزن ضربه گير به خط لوله انتقال دو روش وجود دارد:
اتصال تانک ضربه گیر با کنارگذر:
به منظور سريعتر ميرا كردن جريان گذرا در خط لوله انتقال در هنگام ضربه قوچ، معمولا از يك شير يكطرفه بر روي لوله ارتباطي اصلي مخزن ضربه گير به خط لوله استفاده شده و به موازات آن يك كنار گذر با قطر كوچكتر، گاهی مجهز به اوريفيس پیشبینی میشود. دراين صورت درهنگام ايجاد فشار منفي جريان آب از طريق لوله ارتباطي اصلي با قطر بزرگتر به خط لوله جريان مييابد و درهنگام ايجاد فشار مثبت كه جهت جريان آب از خط لوله به سمت تانک ضربه گیر عوض ميشود، شير يكطرفه مسدود شده و آب از كنارگذر مجهز به اوريفيس یا شیر تنظیم دبی جريان مييابد. اين مسير داراي افت فشار بيشتري نسبت به مسير اصلي جريان بوده و اين افت فشار در سريع ميرا شدن امواج ضربه قوچ نقش موثري دارد.
اتصال تانک ضربه گیر بدون کنارگذر:
در ايستگاههاي پمپاژ كوچك و تانک ضربه گیر با احجام 3 مترمكعب و كمتر، معمولا كنارگذر خروجي تانک ضربه گیر را حذف نموده و در دهانه اتصال لوله خروجي مخزن حالت اوريفيس را در نظر ميگيرند. در پروژههايي كه فشار هيدروليكي كمتر از 10 بار بوده و سريع ميرا شدن جريان ضربه قوچ نقش تعيين كنندهاي ندارد معمولا اوريفيس و افت فشار موضعي مذكور نيز در مخزن درنظرگرفته نميشود.
براساس تجربیات این شرکت در پروژه های مختلف، با توجه به خرابی های زیاد شیرهای یکطرفه، احتمال از مدار خارج شدن تانک ضربه گیر در حالت اتصال با لوله کنارگذر بسیار زیاد است، لذا پیشنهاد میگردد در همه فشارهای کاری، اتصال بدون کنارگذر باشد و درصورت نیاز به ازبین بردن فشارهای مثبت، از اریفیس در دهانه خروجی تانک استفاده گردد.
✅ بهترین روش – اتصال مستقیم:
برای اکثر کاربردها، یک اتصال مستقیم با یک اوریفیس با اندازه مناسب قابلاعتمادتر از یک کنارگذر دارای شیر یکطرفه است. قطعات متحرک کمتر بهطور معمول به معنای در دسترس بودن بیشتر و نیاز کمتر به تعمیر و نگهداری است.
9- نتیجه گیری
تانکهای ضربهگیر یک روش اثباتشده و بسیار مؤثر برای کنترل نوسانات فشار گذرا در سیستمهای خط لوله و پمپاژ هستند. این تانکها با بهرهگیری از یک بالشتک هوای کنترلشده در داخل مخزن، شدت ضربه قوچ را کاهش داده، از تجهیزات ارزشمند محافظت میکنند و قابلیت اطمینان بلندمدت سیستم را بهبود میبخشند.
برای دستیابی به عملکرد بهینه، اندازهگذاری و پیکربندی تانک ضربهگیر باید بر اساس تحلیل گذرای دقیق، سناریوهای بهرهبرداری واقعی و ابزار دقیق قابل اعتماد انجام شود.
10- مشاوره حرفهای با گروه مهندسی کویر
انتخاب نوع، اندازه و محل نصب مناسب تانک ضربهگیر نیازمند ارزیابی دقیق شرایط عملیاتی و رخدادهای گذرای احتمالی است. گروه مهندسی کویر خدمات مشاوره تخصصی مهندسی، پشتیبانی تحلیل گذرا و راهنمایی کامل در طراحی و ساخت مخازن ضربهگیر برای ایستگاههای پمپاژ و سیستمهای خط لوله ارائه میدهد.
برای بررسی الزامات خاص پروژه و دریافت توصیههای فنی، لطفاً اطلاعات زیر را آماده کنید. این گروه پس از دریافت اطلاعات، یک پیکربندی اولیه و شرح ورودیهای مورد نیاز برای تحلیل نهایی گذرا را ارائه خواهد داد.
ورودیها:
- طول، قطر، جنس و ضخامت دیواره (یا SDR) خط لوله
- پروفیل ارتفاع (نقاط مرتفع و نقاط پست)
- نرخ جریان پایدار و فشار کاری
- نوع پمپ، منحنی نامی، اینرسی و سناریوهای خاموشی یا قطع برق
- انواع شیرها و زمان بسته/باز شدن آنها (در صورت وجود)
- تجهیزات موجود کنترل نوسان (شیرهای هوا، PRV، VFD، چرخلنگر و …)
- محدوده فشار مجاز (حداقل/حداکثر) و کد طراحی (ASME / PED)
تحویلدادنیهای:
- آرایش پیشنهادی تانک ضربهگیر (با یا بدون کنارگذر، نوع اوریفیس)
- محدوده حجم اولیه و فرضیات اندازهگذاری
- لیست دادههای تکمیلی موردنیاز برای تأیید طراحی نهایی
