چرا پوشش مخازن با نیتروژن اهمیت دارد؟

پوشش نیتروژن، فرآیند تأمین گاز غیر فعال نیتروژن در مخزن  برای اکسیژن زدایی از آن است. زمانی که مخزن با گاز غیر فعال یا بی‌اثر شستشو داده می‌شود، ماده داخل مخزن با اکسیژن تماس پیدا نمی‌کند. از آنجاییکه اکسیژن با بسیاری از مواد به راحتی واکنش می­دهد، وجود آن در مجاورت مواد شیمیایی داخل مخزن می­تواند باعث بالارفتن ناخالصی­ها در ماده شده و طول عمر و کیفیت آن را کاهش دهد. همچنین اگر واکنش ماده داخل مخزن با اکسیژن امکان احتراق یا انفجار داشته باشد، خطر نگهداری کالا در مخزن نیز به شدت زیاد می­شود. در نتیجه استفاده از گازی خنثی مانند نیتروژن و پر کردن فضای خالی بالای مایع در مخزن با آن، با حذف اکسیژن از مخزن، باعث افزایش کیفیت نگهداری محصول و افزایش ایمنی ذخیره سازی می­شود.

کاربردهای پوشش نیتروژن

پوشش نیتروژن در تمامی صنایعی که در آن‌ها محصولات قابل اشتعال یا انفجار استفاده  یا تولید میشود، کاربرد دارد. برخی از صنایعی که به ‌طور گسترده از پوشش نیتروژن برای نگهداری مایعات استفاده می‌کنند عبارتند از:

• صنعت حمل‌ونقل مواد شیمیایی
• کارخانجات شیمیایی و صنایع پتروشیمی
• صنایع نفت و گاز
• صنایع فرآوری مواد غذایی
• صنایع الکترونیک
• صنایع دارویی
• پالایشگاه های نفت
• صنایع فضایی
• ترانسفورماتورها
• کشتی‌های حمل مواد شیمیایی

هدف پوشش نیتروژن

پوشش نیتروژن به حفظ شرایط غیر فعال ثابت برای محصول درون مخزن کمک می‌کند. هدف از این فرآیند جلوگیری از انفجار، تغییر رنگ، پلیمریزاسیون و سایر تغییرات ناخواسته در کیفیت محصول است. در این فرآیند، جریان و فشار گاز غیر فعال یا سطح اکسیژن در گاز خروجی، عملیات را کنترل خواهند کرد. مزایای اصلی که سیستم پوشش نیتروژن فراهم می‌کند عبارتند از:

• افزایش ایمنی با کاهش احتمال انفجار از طریق کاهش میزان اکسیژن در فضای بخار مخزن ذخیره‌سازی شیمیایی.
• کاهش پتانسیل آتش‌سوزی و انفجار.
• افزایش عمر تجهیزات با کاهش احتمال خوردگی ناشی از واکنش‌های اکسیژن و رطوبت.
• کاهش احتمال تخریب محصول با ایجاد پوشش نیتروژن.
• کاهش احتمال تغییرات در ویژگی‌های محصول.
• کاهش تبخیر محصول.
• افزایش کارایی کلی فرآیندهای صنعتی با از بین بردن آلودگی‌ها.

پوشش نیتروژن و روش‌های آن

پوشش نیتروژن می‌تواند به انواع مختلفی از اندازه‌های مخازن، از مخازن چند لیتری تا چند هزار متر مکعبی، اعمال شود.

روش پوشش نیتروژن مخزن

قبل از بررسی روش پوشش نیتروژن، بیایید برخی از اصول پایه‌ای را مرور کنیم. همه ما می‌دانیم که آتش زمانی رخ می‌دهد که هر سه عنصر؛ منبع اشتعال، سوخت و اکسیژن در دسترس باشند. حذف هر یک از این سه عنصر، امکان وقوع آتش‌سوزی را از بین می‌برد. فضای بالای مخزن شامل ترکیبی از هوا و بخار مواد قابل اشتعال است که در حال ذخیره‌سازی هستند، مانند حلال‌ها. ترکیب بخارات حلال و هوا تنها در صورتی مشتعل و می‌سوزد که مخلوط بخار در محدوده اشتعال حلال قرار گیرد و یک منبع اشتعال وجود داشته باشد. این می‌تواند منجر به پیامدهای فاجعه‌آمیزی مانند آسیب‌های جدی به افراد شود. بارهای استاتیک می‌توانند در داخل سیستم یا در داخل خود حلال توسعه یابند و یک منبع اشتعال ایجاد کنند، هرچند که تأسیسات مخازن ذخیره‌سازی ممکن است به‌طور الکتریکی به زمین وصل شوند تا احتمال اشتعال را کاهش دهند.

یک مخزن ذخیره‌سازی می‌تواند به یکی از روش‌های زیر غیر فعال شود:

1. محدود کردن غلظت اکسیژن در فضای بخار مخزن  به مقداری کمتر از حداقل لازم برای احتراق (LOC)
2. کاهش غلظت سوخت به زیر حد انفجار پایین کاهش غلظت اکسیژن در فضای بخار مخزن به مقداری کمتر از حداقل لازم برای انفجار  (LEL)
3. افزایش غلظت سوخت به بالاتر از حد انفجار (UEL)

برگه اطلاعات ایمنی مواد (MSDS) مقادیر LEL و UEL برای یک ماده شیمیایی را نشان می­دهد. مقادیر LOC اغلب در راهنماها و کتب صنعت شیمیایی مانند راهنمای انجمن ملی حفاظت از آتش (NFPA) یافت می‌شود. محدوده‌های اشتعال مخلوط‌های گازها، مواد قابل احتراق و مواد غیر فعال برای دما و فشار بالا می‌تواند با استفاده از روش‌های محاسباتی تعیین شود.

شکل 1 یک نمونه از محوطه اشتعال‌پذیری هیدروژن در هوا را نشان می‌دهد. احتراق فراتر از LOC انجام نخواهد شد.

Fig. 1 Flammability Diagram of Hydrogen in Air

طراحی جدید یا بهبود یافته پوشش نیتروژن

هنگام بررسی یک طراحی جدید یا بهبود یافته برای پوشش نیتروژن، اولین عامل باید نوع مخزن باشد. این عامل مشخص می‌کند که آیا نیاز به پوشش نیتروژن وجود دارد یا خیر. قوانین زیر برای مخازن ذخیره‌سازی با فلسفه پوشش نیتروژن اعمال می‌شود:

1. مخازن سقف ثابت که هر نوع ماده قابل اشتعال را ذخیره می‌کنند، باید از پوشش نیتروژن استفاده کنند.
2. مخازن سقف شناور نیازی به پرکردن مخزن ندارند.
3. مخازن سقف شناور داخلی یا مخازن سقف شناور پوشیده گاهی اوقات نیاز به پوشش نیتروژن دارند، زیرا ممکن است بخار در آن‌ها جمع شود.

شکل 2 این مفهوم را که مخازن ذخیره‌سازی نیاز به پوشش نیتروژن دارند، توضیح می‌دهد.

Fig. 2 Nitrogen blanketing requirement for Storage tanks

علاوه بر مخازن ذخیره‌سازی و مخازن مشابه، برخی مخازن مهر و موم شده مانند فضاهای غیر تحت فشار نیز ممکن است نیاز به پوشش نیتروژن داشته باشند، مانند نقاله‌های پنوماتیک، هاپرهای پودر و گرد و غبار یا مخازن با جو کنترل‌شده.

فرآیند پوشش نیتروژن غلظت نیتروژن را در داخل مخزن یا ظرف پوشش داده‌شده حفظ می‌کند. همچنین از ورود مجدد اکسیژن و سایر آلودگی‌های گازی به آن منطقه جلوگیری می‌کند.

اجزای سیستم پوشش نیتروژن

تأمین نیتروژن

• ژنراتور نیتروژن: نیتروژن را به‌صورت محلی از هوای محیط تولید می‌کند، معمولاً از طریق فرآیندهایی مانند جذب با تغییر فشار (PSA) یا جداسازی غشایی. این دستگاه تأمین مداوم نیتروژن را تضمین می‌کند.
• سیلندر یا مخزن نیتروژن: نیتروژن گاز را ذخیره می‌کند، در صورتی که نیتروژن به‌صورت عمده یا به‌عنوان گاز فشرده تأمین شود.

اجزای کنترل جریان

• فلومتر: سرعت ورود نیتروژن به سیستم را اندازه‌گیری می‌کند. این اطمینان حاصل می‌کند که مقدار مناسب نیتروژن برای حفظ پوشش مطلوب وارد سیستم می‌شود.
• رگولاتور: فشار گاز نیتروژن را قبل از وارد شدن به ظرف یا سیستم کنترل می‌کند. این دستگاه فشار را در سطحی کمی بالاتر از فشار جو تنظیم می‌کند تا از ورود هوا جلوگیری شود.

اجزای کنترل فشار

• شیر اطمینان فشار: سیستم را از شرایط فشار بالا محافظت می‌کند و در صورتی که فشار از حد مشخصی بیشتر شود، نیتروژن اضافی را آزاد می‌کند.
• فرستنده/حسگر فشار: به‌طور مداوم فشار داخل ظرف یا سیستم را نظارت می‌کند. این دستگاه داده‌های لحظه‌ای را برای حفظ پوشش نیتروژن صحیح فراهم می‌آورد.

اجزای پوشش و شستشو

• شیر پوشش: جریان نیتروژن به داخل ظرف را کنترل می‌کند تا فشار و سطح پوشش مورد نظر حفظ شود.

سیستم‌های نظارت و کنترل

• پنل کنترل: واحد مرکزی است که حسگرها، مترها و شیرهای کنترل مختلف را یکپارچه می‌کند. این پنل به اپراتورها این امکان را می‌دهد که پارامترهایی مانند فشار و نرخ جریان را تنظیم و اصلاح کنند.
• سیستم هشدار: برای شرایط غیرعادی مانند انحرافات فشار یا خرابی تجهیزات هشدار می‌دهد، که اطمینان می‌دهد مداخله به‌موقع برای حفظ یکپارچگی سیستم صورت گیرد.

دستگاه‌های ایمنی

• شیر یکطرفه: از برگشت نیتروژن یا سایر مواد به خطوط تأمین نیتروژن جلوگیری می‌کند و ایمنی و قابلیت اطمینان سیستم را تضمین می‌کند.
• سیستم تهویه: اطمینان حاصل می‌کند که هرگونه نیتروژن اضافی یا گازهای جابجا شده به‌طور ایمن تخلیه شوند تا از شرایط خطرناک یا تجمع گاز جلوگیری شود.

اجزای اضافی

• فیلترها: ذرات و آلودگی‌ها را از تأمین نیتروژن حذف می‌کنند تا از آسیب به تجهیزات حساس جلوگیری کرده و خلوص جو غیر فعال را تضمین کنند.
• کنترل دما: برخی سیستم‌ها شامل اجزای تنظیم دما هستند، اگر فرآیند به تغییرات دما حساس باشد.

اهمیت شیر پوشش نیتروژن

شیر پوشش نیتروژن یک شیر تخصصی است که در سیستم‌های پوشش نیتروژن برای کنترل جریان گاز نیتروژن به داخل یک ظرف استفاده می‌شود و جو غیر فعال را حفظ می‌کند. عملکرد اصلی این شیر تنظیم فشار داخل ظرف است و اطمینان حاصل می‌کند که فشار آن کمی بالاتر از فشار جو باقی بماند تا از ورود هوا، رطوبت و آلودگی‌ها جلوگیری کند. این امر به محافظت از محصولات حساس در برابر اکسیداسیون، آلودگی و خطرات بالقوه کمک می‌کند و همچنین از تجهیزات محافظت کرده و عملیات ایمن و کارآمد را تضمین می‌کند.

در پایانه اکسیر شیمی، کلیه مخازن نگهداری مواد شیمیایی مجهز به پوشش نیتروژن هستند که این موضوع علیرغم ایجاد هزینه ­های مربوط به خود باعث می­شود که در زمان نگهداری مواد در مخازن امکان انجام واکنش­های ناخواسته در مخزن در اثر وجود اکسیژن از بین رفته و همچنین فعالیت نگهداری و انتقال مواد در پایانه اکسیر شیمی با سطح بالاتری از ایمنی انجام شود.

منبع: whatispiping