معرفی دسته بندی کلی انواع مخازن ذخیره

مخازن ذخیره، قلب تپنده بسیاری از صنایع و زیرساخت‌های حیاتی هستند. این سازه‌های مهندسی، وظیفه نگهداری ایمن و موثر سیالات مختلف (از آب آشامیدنی و سوخت‌های فسیلی گرفته تا مواد شیمیایی و محصولات غذایی) را بر عهده دارند. انتخاب نوع مناسب مخزن، مستقیماً بر ایمنی، بهره‌وری، هزینه و پایداری عملیات تأثیر می‌گذارد. دسته‌ بندی مخازن ذخیره بسیار گسترده است و بر اساس معیارهای گوناگونی انجام می‌شود.

دسته‌بندی بر اساس نوع سیال ذخیره‌ شونده 

1.مخازن ذخیره مایعات (Liquid Storage Tanks)

– مخازن مایعات در فشار اتمسفر (Atmospheric Storage Tanks):

کاربرد: ذخیره مایعاتی که در دمای محیط، فشار بخار پایینی دارند و نیازی به نگهداری تحت فشار نیستند (نفت خام، بنزین، گازوئیل، نفت‌گاز، آب، محصولات پتروشیمیایی سنگین، روغن‌های گیاهی و حیوانی، فاضلاب).

ساختار:
مخازن سقف ثابت (Fixed Roof Tanks – FRT): دارای سقف گنبدی یا مخروطی ثابت که مستقیماً به بدنه جوش خورده است. ساده‌ترین و ارزان‌ترین نوع. برای مایعات غیرفرار یا با فراریت بسیار کم مناسب هستند. دارای دریچه تنفسی (Breather Valve) برای تنظیم فشار داخلی ناشی از تغییرات دما و عملیات پر/خالی‌کردن.

مخازن سقف شناور داخلی (Internal Floating Roof Tanks – IFRT): داخل مخزن سقف ثابت، یک سقف شناور (معمولاً از جنس فولاد یا مواد کامپوزیتی) قرار دارد که مستقیماً روی سطح مایع شناور می‌شود. این سقف شناور، فضای بخار (Vapor Space) بین مایع و سقف ثابت را به حداقل می‌رساند و تبخیر و اتلاف مواد فرار و همچنین خطر انفجار را به شدت کاهش می‌دهد. برای بنزین و مواد فرار بسیار مناسب است. در برابر بارش برف و باران محافظت شده است.

مخازن سقف شناور خارجی (External Floating Roof Tanks – EFRT): سقف مخزن به‌صورت یک پوسته شناور است که مستقیماً روی سطح مایع قرار می‌گیرد و با تغییر سطح مایع بالا و پایین می‌رود. هیچ سقف ثابتی وجود ندارد. کارآمدترین نوع برای کاهش تبخیر مواد بسیار فرار. نیاز به سیستم آب‌گیر باران (Rain Drainage System) و حفاظت در برابر بارش و باد دارند. دارای سیستم آب‌بند محیطی (Rim Seal) برای ممانعت از فرار بخارات.
مخازن سقف گنبدی (Domed External Floating Roof Tanks – DEGRT): ترکیبی از EFRT و یک سقف ثابت گنبدی با فاصله کم از سقف شناور. مزایای کاهش تبخیر EFRT را با محافظت در برابر بارش و آلاینده‌های خارجی ترکیب می‌کند.

– مخازن ذخیره تحت فشار (Pressurized Storage Tanks):

کاربرد: ذخیره مایعاتی که فشار بخار بالایی دارند یا باید در حالت مایع تحت فشار نگهداری شوند تا از جوشش یا تغییر فاز جلوگیری شود (LPG، پروپان، بوتان، آمونیاک، برخی حلال‌های بسیار فرار، گازهای مایع شده با دمای بحرانی بالا).

مخازن کروی (Spherical Tanks – Spheres):
بهینه‌ترین شکل هندسی برای تحمل فشار داخلی یکنواخت. استرس یکنواخت، ضخامت دیواره کمتر نسبت به حجم ذخیره. برای حجم‌های متوسط تا بزرگ ایده‌آل هستند. هزینه ساخت بالاتر.

مخازن استوانه‌ای افقی (Horizontal Cylindrical Tanks): 
معمولاً دارای سرپوش‌های نیم‌کره‌ای (Hemispherical) یا نیم‌ بیضوی (Ellipsoidal) هستند. برای حجم‌های کوچک تا متوسط و فشارهای متوسط رایج‌ ترند. نصب و حمل‌ ونقل نسبتاً آسان‌ تر.

مخازن استوانه‌ای عمودی (Vertical Pressure Vessels):
مشابه مخازن افقی اما به صورت عمودی نصب می‌شوند. برای کاربردهای خاص با محدودیت فضا یا نیاز به گرادیان فشار.

مخازن Bullet: نوع خاصی از مخازن استوانه‌ای افقی با سرپوش‌های نیم‌کره‌ای، اغلب برای حمل‌ونقل یا ذخیره موقت.

1. مخازن ذخیره گازها (Gas Storage Tanks):

2.1 گازهای فشرده (Compressed Gases – CGH2, CNG, Air, N2, O2): گازها در دمای محیط و تحت فشار بالا (معمولاً 200 تا 500 بار یا بیشتر) برای کاهش حجم و افزایش چگالی ذخیره انرژی، ذخیره می‌شوند.

سیلندرهای گاز (Gas Cylinders): 
کوچک، قابل حمل، فشار بسیار بالا (تا 300 بار). از فولاد بدون درز (Seamless) یا کامپوزیت ساخته می‌شوند.

بسته‌های سیلندری (Cylinder Bundles/Racks): 
مجموعه‌ای از سیلندرها که به هم متصل شده‌اند تا ظرفیت ذخیره‌سازی افزایش یابد.

مخازن لوله‌ای (Tube Trailers/Tube Skids):
مجموعه‌ای از لوله‌های فولادی ضخیم‌دیواره بلند که به صورت موازی به هم متصل شده‌اند و روی تریلی یا اسکید نصب می‌شوند. برای حمل‌ونقل و ذخیره موقت حجم‌های متوسط.

مخازن ثابت استوانه‌ ای یا کروی: مشابه مخازن تحت فشار برای مایعات، اما برای فشارهای بسیار بالاتر طراحی و ساخته می‌شوند.

– گازهای مایع‌شده (Liquefied Gases – LNG, LPG, Liquid N2, Liquid O2): گازها تا دمایی زیر نقطه جوش خود در فشار اتمسفر سرد می‌شوند تا به مایع تبدیل شوند و چگالی ذخیره‌سازی به‌طور چشمگیری (معمولاً 600 برابر) افزایش یابد.

مخازن دو جداره (Double-Wall Tanks): 
جداره داخلی (معمولاً از فولاد زنگ‌نزن آستنیتی مانند 304L یا 9% نیکل) در تماس با سیال سرد. جداره خارجی (معمولاً فولاد کربنی) به عنوان پوسته محافظ. فضای بین دو جداره خلأ بالا (خلأ عایق) و/یا پر از مواد عایق پودری (مثل پرلیت) است. این ساختار انتقال حرارت را به حداقل می‌رساند.

مخازن زمینی ثابت: برای پایانه‌های LNG، کارخانه‌های هوا‌جداسازی و…

مخازن حمل‌ونقلی: مخازن مخصوص کشتی‌های LNG Carrier، تانکرهای جاده‌ای و واگن‌های ریلی.

3. مخازن ذخیره دو فازی/حالت (Dual-Phase/State Tanks):
   کاربرد: ذخیره موادی که به صورت طبیعی یا طراحی شده در دو فاز (معمولاً مایع و گاز) در تعادل هستند.
   مثال: مخازن LPG تحت فشار که هم مایع و هم بخار در آن وجود دارد. مخازن تفکیک کننده (Knockout Drums) در صنایع فرآیندی که قطرات مایع را از جریان گاز جدا می‌کنند.

 

1. مخازن بالای زمین (Aboveground Storage Tanks – ASTs):

مزایا: نصب و بازرسی آسان‌تر، هزینه ساخت اولیه معمولاً کمتر، تعمیرات ساده‌تر، انعطاف‌پذیری در جابجایی یا توسعه.

معایب: مستعد آسیب‌های خارجی (آتش‌سوزی، برخورد، خرابکاری)، اشغال فضای سطحی، تأثیرپذیری از شرایط جوی، تبخیر بیشتر (در مخازن اتمسفریک)، خطر نشت و آلودگی خاک در صورت خرابی.

 

2. مخازن زیرزمینی (Underground Storage Tanks – USTs):
   مزایا: صرفه‌جویی در فضای سطحی، محافظت در برابر آتش‌سوزی و برخورد، ثبات دمایی بهتر (کاهش تبخیر)، محافظت در برابر انفجار برای سوخت‌ها، زیبایی‌شناسی.

معایب: هزینه نصب اولیه بالا (حفاری، عایق‌کاری، پوشش)، بازرسی و تشخیص نشت بسیار دشوارتر و پرهزینه‌تر، تعمیرات پیچیده و گران، پتانسیل آلودگی گسترده خاک و آب‌های زیرزمینی در صورت نشت، محدودیت در اندازه.

کاربرد: پمپ‌بنزین‌ها (بنزین، گازوئیل)، ذخیره روغن گرمایشی برای منازل، ذخیره برخی مواد شیمیایی خاص، ذخیره آب آشامیدنی (مخازن بتنی زیرزمینی).

 

مخازن زیرزمینی بتنی: معمولاً برای ذخیره آب یا فاضلاب در مقیاس بزرگتر.

 

-مخازن زیرزمینی در سازه‌های طبیعی (Underground in Natural Formations):

مخازن آبخوان (Aquifer Storage): تزریق گاز (معمولاً گاز طبیعی) به داخل لایه‌های متخلخل و تراوا زیرزمینی حاوی آب شور غیرقابل استفاده (Aquifer) که توسط لایه‌های ناتراوا (Caprock) پوشیده شده‌اند. گاز در بالای آب جمع می‌شود.

مخازن گنبد نمکی (Salt Cavern Storage): حفاری در گنبدهای نمکی زیرزمینی عمیق و انحلال نمک توسط آب تزریقی برای ایجاد حفره‌های (Cavern) بزرگ. برای ذخیره گاز طبیعی (LNG یا CNG تحت فشار)، LPG، هیدروژن و محصولات پتروشیمی بسیار مناسب است. بسیار ایمن (مهر و موم طبیعی نمک)، انعطاف‌پذیر در تزریق و برداشت سریع.

مخازن میدان‌های تخلیه‌ شده نفت و گاز (Depleted Oil/Gas Reservoirs): استفاده از ساختار تله‌های زیرزمینی که قبلاً حاوی نفت یا گاز بوده‌اند و اکنون تخلیه شده‌اند، برای ذخیره گاز طبیعی. لایه Caprock وجود دارد و مخزن قبلاً اثبات شده است.

 

– دسته‌بندی بر اساس جنس و مصالح ساخت

1. مخازن فلزی (Metallic Tanks):

فولاد کربنی (Carbon Steel): پرکاربردترین و مقرون‌به‌صرفه‌ترین ماده برای مخازن اتمسفریک و تحت فشار کم و متوسط. نیاز به حفاظت کاتدی و پوشش‌های محافظ در برابر خوردگی داخلی و خارجی.

فولاد زنگ‌نزن (Stainless Steel – SS 304, 316, 316L, Duplex): مقاومت عالی در برابر خوردگی، به‌خصوص در محیط‌های خورنده، صنایع غذایی، دارویی و شیمیایی. گران‌تر از فولاد کربنی.

فولاد آلیاژی (Alloy Steel – 9% Nickel): برای مخازن کرایوژنیک (LNG) به‌دلیل حفظ چقرمگی در دماهای بسیار پایین ضروری است.

آلومینیوم: سبک‌ وزن، مقاومت خوب در برابر خوردگی اتمسفریک، برای برخی کاربردهای خاص (هواپیما، مواد شیمیایی خاص).

2. مخازن غیرفلزی (Non-Metallic Tanks):

بتن مسلح (Reinforced Concrete): برای مخازن آب و فاضلاب بسیار بزرگ (شهری، صنعتی)، مخازن زیرزمینی. مقاومت فشاری بالا، دوام طولانی، مقاوم در برابر آتش. نیاز به آب‌بندی دقیق.

بتن پیش‌تنیده (Prestressed Concrete): کارایی بهتر در برابر ترک‌خوردگی نسبت به بتن مسلح معمولی، برای مخازن دایره‌ای بزرگ ایده‌آل است.

پلاستیک‌های تقویت‌شده با فیبر (Fiber Reinforced Plastic – FRP): کامپوزیت‌هایی از رزین (پلی‌استر، وینیل‌استر، اپوکسی) تقویت‌شده با الیاف شیشه (یا کربن/آرامید). مقاومت خوردگی استثنایی، سبک‌وزن، تعمیرپذیری. برای مواد شیمیایی خورنده، آب، فاضلاب، صنایع غذایی. محدودیت دما و فشار.

پلی‌اتیلن (Polyethylene – PE): مخازن پلاستیکی تزریقی یا چرخشی. برای ذخیره آب، مواد شیمیایی غیرخورنده خاص، سوخت‌های دیزلی زیستی (Biodiesel) در حجم‌های کوچک تا متوسط. ارزان، سبک، مقاومت خوردگی خوب برای کاربردهای مشخص.

3. مخازن با پوشش داخلی (Lined Tanks): مخازن فلزی (معمولاً فولاد کربنی) که سطح داخلی آنها با یک لایه محافظ (Lining) پوشانده می‌شود تا در برابر خوردگی توسط سیال ذخیره‌شونده محافظت شود.

مواد پوشش: اپوکسی، پلی اوره، پلی اورتان، وینیل‌استر، شیشه‌ای (Glass-Lined)، لاستیک (لاستیک طبیعی، نئوپرن، بوتیل). انتخاب بر اساس سازگاری شیمیایی، دما و سایش.

1. دسته‌بندی بر اساس کاربرد خاص

مخازن آب (Water Tanks): انواع مخازن هوایی (Elevated Tanks – برای فشار شبکه)، مخازن زمینی (Ground Tanks)، مخازن زیرزمینی. جنس: فولاد، بتن، FRP، PE. با پوشش‌های بهداشتی (Potable Water Linings).

مخازن فاضلاب/پساب (Wastewater/Effluent Tanks): غالباً بتنی یا FRP. طراحی شده برای تصفیه اولیه، ته‌نشینی، هوادهی، ذخیره لجن.

مخازن مواد شیمیایی (Chemical Tanks): جنس بر اساس سازگاری شیمیایی (SS, FRP, Lined Carbon Steel). اغلب مجهز به همزن (Agitator)، کویل گرمایش/سرمایش، سیستم‌های کنترل غلظت و دما.

مخازن مواد غذایی (Food Grade Tanks): از مواد تاییدشده FDA/USDA (معمولاً SS 316L, FRP با رزین مناسب، PE خاص). سطح داخلی بسیار صیقلی (Sanitary Finish)، طراحی بدون گوشه (CIP Cleanable).

مخازن سوخت (Fuel Tanks): برای بنزین، گازوئیل، نفت‌گاز، نفت‌کوره، سوخت‌های زیستی. انواع AST و UST. الزامات ایمنی شدید (ضد آتش‌سوزی، سیستم‌های تنفسی، تشخیص نشت).

مخازن هوای فشرده (Air Receiver Tanks): مخازن تحت فشار برای ذخیره هوای فشرده خروجی از کمپرسور و تثبیت فشار شبکه.

ایمنی: سیستم‌های اطفاء حریق، سیستم‌های تنفسی و تخلیه اضطراری (Vent/Flare)، سیستم‌های تشخیص نشت و غلظت گاز، حفاظت کاتدی (Cathodic Protection)، سکوها و نردبان‌های ایمن، فاصله‌گذاری (Diking/Bunding).

نگهداری و بازرسی: دسترسی برای بازرسی داخلی و خارجی، سیستم‌های پایش وضعیت (Condition Monitoring).

هزینه: هزینه اولیه ساخت و نصب، هزینه‌های عملیاتی (نگهداری، تلفات تبخیر)، هزینه‌های پایان عمر (از رده‌بیرون‌کردن).

جمع‌بندی

دسته‌بندی مخازن ذخیره یک چارچوب پیچیده و چندبعدی است که نیازهای فنی، ایمنی، اقتصادی و زیست‌محیطی را در بر می‌گیرد. درک عمیق از این دسته‌بندی‌ها برای مهندسان، مدیران تاسیسات، برنامه‌ریزان و تنظیم‌کنندگان مقررات حیاتی است. انتخاب مخزن مناسب با در نظر گرفتن دقیق نوع سیال، شرایط عملیاتی، الزامات ایمنی و زیست‌محیطی، مقررات و هزینه چرخه عمر، پایه‌گذار عملیاتی ایمن، کارآمد و پایدار خواهد بود. پیشرفت‌های مداوم در مواد (کامپوزیت‌ها، پوشش‌ها)، روش‌های ساخت (جوشکاری خودکار، مدلسازی دقیق)، سیستم‌های پایش (سنسورهای هوشمند، اینترنت اشیا) و استانداردها، به طور مستمر قابلیت‌ها و ایمنی مخازن ذخیره را در سراسر جهان ارتقا می‌دهند.