الخزانات النفطية | Storage Tanks

تعتبر الخزانات النفطية أحد الهياكل الأساسية في صناعة النفط والغاز، حيث تستخدم لتخزين المواد الخام والمنتجات النفطية وتعد مصدرًا هامًا للطاقة حول العالم. وعلى الرغم من أن النفط والغاز يتم استخراجهما من الأرض أو من البحر، إلا أن تخزينهما بشكل آمن وفعال يعد جزءًا أساسيًا من عملية إنتاجهما، ومن هنا تأتي أهمية الخزانات النفطية.

يمكن أن تؤثر ظروف تشغيل المنتج وسعات التخزين ومشكلات التصميم المحددة على عملية اختيار الخزان.

الممارسات الامنة للخزانات النفطية تساهم في ضمان سلامة العمل والصحة المهنية، وتوفير تخزين آمن وفعّال للنفط والغاز، وتحسين جودة المنتجات النفطية، إضافةً إلى تقليل الفاقد من النفط والغاز والحد من تلوث البيئة.

تُستخدم خزانات النفط لتخزين كل من النفط الخام والنفط المعالج أو المكرر والغاز، وتُعد جزءًا أساسيًا من عملية إنتاج النفط، إذ لا يخلو أي حقل نفطي من منشآت مخصّصة للتخزين. وتكمن أهميتها في حفظ النفط الخام بعد فصله وقبل إدخاله إلى عمليات التكرير.

تحتوي هذه الخزانات على أنواع مختلفة من الموائع العضوية وغير العضوية، إضافةً إلى الغازات، وتُستخدم على نطاق واسع في العديد من الصناعات. غالبًا ما تُصمّم وتُشيّد وفقًا لمواصفات معهد البترول الأمريكي (API 650)، وتأتي بأحجام متعددة يتراوح قطرها بين مترين وأكثر من ستين مترًا. وعادةً ما تُنشأ داخل أحواض احتواء خاصة، بهدف منع تسرب المواد في حال تعرض الخزان للتمزق.

وتنقسم الخزانات النفطية إلى ثمانية أنواع رئيسية، تختلف باختلاف طبيعة الاستخدام والمواد المخزنة.

اقرأ ايضاً اجزاء الخزانات النفطية

الأنواع الأربعة الأولى من الخزانات تكون أسطوانية الشكل، ومحورها متعامد على طبقة الأساس، وتُوضع غالبًا فوق سطح الأرض بشكل شبه حصري. أما الخزانات الأفقية فيمكن استخدامها سواء فوق سطح الأرض أو تحتها. وتتميّز خزانات الضغط بأنها غالبًا أفقية أو كروية الشكل، وذلك لضمان سلامة هيكلها عند التعرّض لضغوط مرتفعة، حيث يتم وضعها عادة فوق سطح الأرض. وبالنسبة لخزانات البخار متغيرة المساحة، فقد تكون أسطوانية أو كروية الشكل.

يُشترط بناء حوض احتواء حول الخزانات المصنوعة من الطوب أو الخرسانة، على أن تكون بطانته مقاومة للموائع المخزنة، لمنع الانسكابات التي قد تؤدي إلى نشوب حرائق أو إلحاق أضرار بالممتلكات أو تلويث البيئة. ويُحدد الحد الأدنى لسعة الحوض بحيث تعادل سعة أكبر خزان مضافًا إليها 10% من مجموع سعات بقية الخزانات. ولضمان الحماية من الانسكابات أو أي طارئ آخر، ينبغي أن تكون جدران الحوض مقاومة للمنتج وقادرة على تحمّل ضغوط عالية، مع ضرورة إغلاق صمام التصريف المثبّت على الجهة الخارجية للحوض لتجنّب أي تلوث بيئي محتمل.

من بين التصاميم المتبعة حاليًا، يُعتبر الخزان ذو السقف الثابت الأقل تكلفة من حيث البناء، ويُعد الخيار الأساسي المقبول لتخزين الموائع. ويتألف هذا النوع عادة من غلاف فولاذي أسطواني يعلوه سقف مخروطي أو قبة مثبّتة بشكل دائم. وغالبًا ما تُشيّد خزانات السقف الثابت بطريقة اللحام الكامل لضمان عزل المائع والأبخرة، في حين أن الخزانات القديمة غالبًا ما تكون مُثبتة بالمسامير أو البراغي، مما يجعلها أقل كفاءة في عزل الأبخرة.

ويُزوّد هذا النوع عادة بصمام تنفيس (pressure-vacuum valve)، يسمح للخزان بالعمل ضمن ضغط داخلي أو فراغ طفيف. وتكمن أهمية هذا الصمام في منع انبعاث الأبخرة الناتجة عن تغيّرات طفيفة في درجة الحرارة أو الضغط الجوي أو مستوى المائع، إلا أن الانبعاثات من هذه الخزانات قد تكون ملحوظة.

كما تُجهّز خزانات السقف الثابت بفتحات للقياس وآبار لأخذ العينات ومقاييس تعويم، إضافة إلى فتحات في السقف، وهي وسائل ضرورية للتشغيل والمراقبة، لكنها تُعتبر أيضًا مصادر محتملة للانبعاثات المتطايرة.

يتكوّن الخزان ذو السقف العائم الخارجي عادةً من هيكل فولاذي أسطواني مفتوح من الأعلى، مزوّد بسقف يطفو مباشرة فوق سطح المائع المخزَّن، ويرتفع أو ينخفض تبعًا لمستوى المائع داخله. يتألف هذا السقف العائم من سطح رئيسي (deck)، وتجهيزات تشغيلية (fittings)، إضافةً إلى نظام مانع تسرب محيطي (rim seal system). وتُصنَع أسطح الأسقف العائمة من صفائح فولاذية ملحومة، وتنقسم بشكل عام إلى ثلاثة أنواع رئيسية: نوع الحوض (pan)، ونوع العائمة (pontoon)، والنوع مزدوج السطح (double deck). ورغم استخدام عدة تصاميم في الوقت الحالي، فإن الاتجاه الغالب يميل نحو الأسطح المزدوجة أو العائمة المطوّرة.

يقدّم المصنعون إصدارات مختلفة من هذه الأنواع الأساسية، مصمَّمة لتعزيز خصائص محددة، مثل ضمان التلامس الكامل مع المائع، وزيادة قدرة تحمّل الحمولة، وتحسين ثبات السقف، أو تطوير نظام الطوافات. يغطي السقف العائم كامل سطح المائع تقريبًا، باستثناء مساحة حلقية صغيرة بين حافته وجدار الخزان، حيث يمكن أن يلامس السقف المائع مباشرة أو يطفو فوقه باستخدام الطوافات.

تُجهَّز خزانات السقف العائم الخارجي بنظام مانع تسرب يحيط بمحيط السقف ويرتبط بجدار الخزان، وينزلق هذا النظام صعودًا وهبوطًا تبعًا لحركة السقف. كما يُزوَّد السقف العائم بعدد من التجهيزات التي تخترق سطحه وتُستخدم في مختلف العمليات التشغيلية.

صُمِّم هذا النوع من الخزانات بحيث تقتصر خسائر التبخر على الفاقد الناتج من نظام مانع التسرب وتجهيزات السقف (الخسارة التشغيلية الدائمة)، إضافةً إلى المائع المكشوف الملتصق بجدران الخزان (خسارة السحب).

تحتوي هذه الخزانات النفطية على سقف ثابت دائم وسقف عائم داخلي. هناك نوعان أساسيان منها:

لا يعني السقف الثابت بالضرورة غياب الفتحات، لكنه يغطي كامل مساحة الخزان المفتوح. عادةً ما تكون الخزانات ذات السقف الثابت المعدلة لتضم سقفًا عائمًا داخليًا من النوع الأول، في حين أن الخزانات الخارجية التي حُوّلت إلى خزانات بسقف عائم داخلي غالبًا ما تكون ذات سقف ذاتي الدعم. أما الخزانات المصممة من البداية بسقف ثابت وسقف عائم داخلي، فيمكن أن تنتمي لأي من النوعين.

يحتوي خزان السقف العائم الداخلي على سقف ثابت دائم، وسقف عائم يطفو داخل الخزان على سطح المائع (سطح التلامس)، أو يُدعَم بواسطة عوامات على ارتفاع قليل فوق سطح المائع (سطح غير تلامسي). يرتفع السقف العائم الداخلي وينخفض مع مستوى المائع في الخزان.

تتميز هذه الخزانات النفطية بسقف أثقل من السقف المستخدم في خزانات الأسقف العائمة الخارجية العادية، بالإضافة إلى وجود سقف ثابت أعلى الهيكل، كما هو الحال في خزانات الأسقف العائمة الداخلية.

غالبًا ما تُنشأ خزانات الأسقف العائمة الخارجية المقببة عن طريق تعديل خزان بسقف عائم خارجي وإضافة سقف ثابت. مثل الخزانات الداخلية، لا يهدف السقف الثابت هنا لعزل الأبخرة، بل لحجب الرياح. وأكثر أنواع الأسقف الثابتة شيوعًا هو القبة المصنوعة من الألومنيوم ذاتي الدعم (self-supporting aluminum dome roof)، المثبتة بواسطة مسامير.

كما تُهوّى هذه الخزانات بُحرية عبر فتحات تهوية في أعلى السقف الثابت، بينما تظل تركيبات السقف وأختام الحافة مشابهة بشكل كبير لتلك الموجودة في خزانات الأسقف العائمة الخارجية العادية.

تُصنع الخزانات النفطية الأفقية للاستخدام فوق الأرض أو تحتها، وعادةً ما تكون صغيرة الحجم. تصنع هذه الخزانات من الفولاذ، أو الفولاذ المغطى بالألياف الزجاجية، أو البوليستر المقوّى بالألياف الزجاجية. ويُراعى ألا يتجاوز طول الخزان ستة أضعاف قطره لضمان سلامته الهيكلية.

تُجهز الخزانات الأفقية بفتحات تهوية للضغط والتفريغ، وفتحات قياس، وآبار عينات، وفتحات تفتيش لتسهيل الوصول إليها.

يمكن حماية الخزانات المدفونة كهربائيًا لمنع تآكل الغلاف عن طريق الحماية الكاثودية، سواء بوضع أنودات موجبة متصلة بنظام تيار مسلط، أو باستخدام أنودات جلفانية. ومع ذلك، فإن استخدام الحماية الكاثودية الداخلية أصبح محدودًا في صناعة البترول اليوم، نظرًا لوجود مثبطات التآكل في معظم المنتجات البترولية المكررة.

وفقًا لقانون المراجل وأوعية الضغط (Boiler and Pressure Vessel Code) الصادر عن الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ASME)، القسم الثامن، تُعد خزانات الضغط أو أوعية الضغط (Pressure Vessel) حاويات مصممة لتحمّل الضغط الداخلي أو الخارجي، الناتج عن مصدر خارجي أو حرارة مباشرة أو غير مباشرة. ينص القانون على قواعد إلزامية، ومحظورات، وإرشادات غير إلزامية تتعلق بالمواد، التصميم، التصنيع، الفحص، الاختبار، وإصدار الشهادات.

عادةً ما تكون أوعية الضغط أسطوانية مزودة بأغطية طرفية (رؤوس نصف كروية أو مقعرة)، رغم أن الشكل الكروي هو الأمثل لتحمل الضغط، إلا أن تكاليف تصنيعه العالية تجعل الأسطواني أكثر شيوعًا. تُصنع الأوعية الصغيرة من أنبوب وغطائين، ويزداد التكلفة مع زيادة العرض.

تُستخدم أوعية الضغط في تطبيقات صناعية ومنزلية متنوعة، مثل خزانات الهواء المضغوط، تخزين المياه الساخنة، أسطوانات الغوص، غرف إعادة الضغط، أبراج التقطير، الأوتوكلاف، مصانع البتروكيماويات، المفاعلات النووية، خزانات الغواصات والسفن الفضائية، الخزانات الهوائية والهيدروليكية، وخزانات تخزين الغازات المسالة كالبرُوبان والأمونيا والكلور وغاز البترول المسال.

يُفضَّل استخدام الخزانات الكروية (Spherical pressure vessel) وهي احد اوعية الضغط، لتخزين الموائع عالية الضغط نظرًا لقوتها الكبيرة. فالكرة توزع الإجهادات بشكل متساوٍ على جميع الأسطح داخليًا وخارجيًا، مما يلغي وجود نقاط ضعف. ومع ذلك، فإن تصنيع الأوعية الكروية يكلف أكثر من الأوعية الأسطوانية.