تصميم الخزانات الفولاذية

ما هي الخزانات الفولاذية المستخدمة في البناء؟

إنّ التشغيل الآمن لخزانات السائل له أهمية قصوى، خاصة في المناطق المعرضة للزلازل، حيث أن هذا الخطر الطبيعي الشديد يمكن أن يؤدي إلى كوارث تكنولوجية واسعة النطاق، ما يسمى بأحداث ناتيك. وبشكل عام، صهاريج تخزين السائل عبارة عن هياكل تستخدم على نطاق واسع لتخزين المياه والبتروكيماويات والغاز الطبيعي المسال (LNG).

توجد العديد من هذه الخزانات في مناطق معرضة لحركات أرضية قوية، وتكون مخاطر الزلازل أعلى مقارنة بالهياكل التقليدية بسبب العواقب المدمرة. كما يمكن أن يتسبب فشل صهاريج التخزين بسبب الزلازل في حدوث تسربات وانفجارات. في أي حال، مطلوب تصميم زلزالي قوي قائم على الأداء، حيث قد تنجم خسائر اجتماعية واقتصادية كبيرة ومشاكل بيئية حتى عن فشل طفيف.

ويتم تعريف الخزانات الفولاذية على أنها سفن مصنوعة من ألواح فولاذية. حيث توضع الخزانات الفولاذية إمّا على الأرض أو توضع على الأبراج. وعندما توضع الخزانات الفولاذية على الأرض، يتم دعمها على أساس خرساني إسمنتي أو على قاعدة شبكية فولاذية.

تُعرف هذه الخزانات الفولاذية ذات السطح الأسطواني الرأسي والقاع المسطح والمدعومة على الأرض باسم الخزانات السطحية. وعندما توضع الخزانات الفولاذية على الأبراج أو على مراحل، فإنّ الخزانات الفولاذية تعرف باسم الخزانات الفولاذية المرتفعة.

توضع الخزانات الفولاذية على الأبراج من أجل توفير رأس الضغط اللازم، وتستخدم الخزانات الفولاذية المرتفعة بشكل عام فيما يتعلق بمحطات الضخ. كما تستخدم الخزانات الفولاذية لتخزين وإمداد المياه والسوائل الأخرى، مثل البترول والديزل وزيت الكيروسين.

تم تصميم الخزانات الفولاذية وفقًا لمدونة قواعد الممارسة لِاستخدام الفولاذ في خزانات مياه الجاذبية (IS: 805-1981). كما يجب ألا تقل سماكة الألواح الفولاذية للصهاريج عن 6 مم باستثناء الأسقف. وفي حالة احتواء ماء الخزان على أملاح، يكون سمك الفولاذ كبير. كما يجب أن تكون الألواح أكثر سمكًا بمقدار 1.5 مم من تلك المحسوبة.

الهدف من هذه المقالة هو إظهار عملية تصميم غلاف خزان تخزين السائل وفقًا للمعيار الأوروبي ومقارنة النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام المعايير مع تلك من تحليل طريقة العناصر المحدودة (FEM). تم إجراء الحسابات لخزان مياه فولاذي عمودي فوق سطح الأرض بجدار متغير السماكة وحلقة تقوية في الأعلى.

الخزانات المستطيلة من الفولاذ:

الخزانات الفولاذية المستطيلة مصنوعة من ألواح فولاذية ذات قاع مسطح. وعرض الصفائح الفولاذية المعتمدة بشكل عام هي 1.20م و1.25م و1.30م حسب توفر الألواح. حيث يجب ألا تقل سماكة الألواح الفولاذية عن 6 مم. يتم توفير اللوحات السفلية في الاتجاه العرضي. كما يتم قلب هذه اللوحات في النهايات. وتوفير هذه الألواح وأقسام نقطة الانطلاق في الجانب الداخلي للتغطية لتشكيل مفصل تناكبي مع الألواح الجانبية للخزانات.

الخزانات الدائرية من الفولاذ:

الخزانات الفولاذية الدائرية المرتفعة مصنوعة من قيعان معلقة. حيث أن الخزانات الفولاذية الدائرية مصنوعة من قيعان نصف كروية وقطاعية ومخروطية. ويشيع استخدام القيعان نصف الكروية أو القطعية أو البيضاوية. القاع المخروطي هو نادرًا ما يستخدم. ومن الصعب إجراء اتصال مرضٍ للقاع المخروطي مع العارضة الدائرية.

تستخدم الخزانات السفلية المخروطية في السكك الحديدية. وبالنسبة للخزانات الصغيرة ذات القاع نصف الكروي، فإنّ نسبة ارتفاع الغلاف الأسطواني إلى القطر هي تقريبًا  1 إلى 1. كما تكون النسبة 1 إلى 0.25 للخزانات التي تزيد سعتها عن 4,50,000 لتر.

بالنسبة للخزانات السفلية الأهليلجية، هذه النسبة هي 0’6 إلى 1 للخزانات أقل من 6,75,000 لتر و 0.5 إلى 1 للخزانات 6,75 لتر سعة وأكثر. كما أنه بالنسبة للخزانات السفلية نصف الكروية، يكون الانخفاض النظري للقاع من خط الربيع هو نصف قطر الخزان.

أمّا للخزانات السفلية الإهليلجية، يكون هذا الانخفاض هو ربع القُطر، ويتم الاحتفاظ بالألواح الفولاذية المستخدمة لجوانب القشرة الأسطوانية بأقطار مختلفة قليلاً، بحيث يتم وضع الدورات التدريبية متداخلة مع بعضها البعض في الداخل والخارج، بالتناوب. حيث صُممت ألواح الغلاف لتلائم انحناء الخزان. ويجب ألا تقل سماكة الألواح في الغلاف الأسطواني عن 6 مم.

تم اعتماد سماكة اللوحة الاسمية على النحو الموصى به في لمدونة قواعد الممارسة لِاستخدام الفولاذ في خزانات مياه الجاذبية لقُطر الخزان الاسمي المختلف على النحو الوارد في الجدول في المدونة.

يجب ألا يقل الحد الأدنى لسماكة الألواح في القاع المعلق عن سماكة الألواح في أدنى مسار للجزء الأسطواني من الخزان. كما يتم قص الصفائح أو تسويتها إلى شطبة مناسبة على طول الحواف عن طريق الجلفنة.

الخزانات الفولاذية المضغوطة:

لقد دخلت الخزانات الفولاذية المضغوطة حيز الاستخدام إلى حد كبير بسبب سهولة تركيبها وسهولة النقل والبناء القياسي وسهولة الفك وإعادة التركيب.