امروزه در بسیاری از صنایع، استفاده از مخازن ذخیره سازی جهت نگهداری سیالات مختلف رایج است. این مخازن در مجتمع های صنعتی، مسکونی و تجاری برای ذخیره سازی آب و همچنین در جایگاه های عرضه سوخت (بنزین و گازوئیل) استفاده می شوند. برای کارفرما، اهمیت ویژه ای دارد که بداند حجم سیال درون مخزن چقدر است و بتواند آن را محاسبه کند.
استفاده از سنسورهای سطح، می تواند ارتفاع سیال در مخزن را ارزیابی کند، اما ارتفاع سیال در مخزن سوخت تنها یکی از پارامترهای تاثیرگذار در حجم سیال نیست و نمی تواند به تنهایی حجم سیال ذخیره شده در مخزن را نشان دهد. عواملی مانند ابعاد و شکل هندسی مخزن، وضعیت قرارگیری مخزن (افقی یا عمودی) نیز در میزان حجم سیال ذخیره شده در ارتفاع های مختلف از کف مخزن تاثیرگذار هستند. در این مقاله، به نحوه محاسبه حجم سیال درون مخازن می پردازیم.
پترو صنعت دژکاوه از صفر تا صد تاسیس جایگاه سوخت همراه شما خواهد بود
مخزن چیست؟
مخزن به عنوان یک ظرف مخصوص برای نگهداری سیالات طراحی و تولید می شود. امروزه، مخازن پلیمری به عنوان یک راه حل گسترده در سراسر جهان برای مصارف متنوع مورد استفاده قرار می گیرند و استفاده از آن ها به طور روز به روز افزایش می یابد. باید توجه داشت که مخازن به دلیل انواع متفاوتی از شکل های هندسی، مواد ساختاری، سیالات نگهداری شده درون آن ها، و محیط اطرافی که در آن مخزن قرار می‌گیرد، دارای تنوع بسیاری هستند. به عبارت دیگر، دسته بندی ثابت و یکسانی برای مخازن وجود ندارد.
مخازن پلیمری معمولا بر اساس مواد ساختاری که در تولید آن ها مورد استفاده قرار می گیرد، مثل پلی‌اتیلن یا فایبرگلاس، دسته بندی می شوند. همچنین، ممکن است بر اساس شکل هندسی آن ها نیز دسته بندی شوند. به عنوان مثال، برخی از مخازن پلیمری به عنوان سپتیک تانک ها شناخته می شوند. همچنین، در دسته بندی دیگر، مخازن به تک لایه، دو لایه، یا سه لایه و غیره تقسیم می شوند. در نهایت، انتخاب نوع مخزن پلیمری بر اساس نیاز و مصرف مورد نیاز شما، باید با توجه به مواد ساختاری، ویژگی ها، و کاربردهای مختلف انجام شود.
اجزاء یک مخزن
مخازن ، اجزای مختلفی دارند که براساس نیازهای خاص هر کاربری، ممکن است برخی از این اجزا به مخزن اضافه شوند. برخی از اجزا کلیدی مخازن عبارتند از:
1. پوسته: پوسته مخزن، بدنه بیرونی آن را تشکیل می دهد و وظیفه حفاظت از سیال درون مخزن را دارد. این پوسته معمولا از مواد پلیمری مثل پلی‌اتیلن ساخته می‌شود و مقاومت مکانیکی و شیمیایی مناسبی دارد.
2. عدسی: عدسی یا پنجره بازدید، قطعه ای است که در بخشی از پوسته مخزن نصب می شود و امکان مشاهده و بررسی سطح و وضعیت سیال درون مخزن را فراهم می کند. عموما از مواد شفاف و مقاومی مانند پلی کربنات یا شیشه استفاده می شود.
3. دریچه بازدید: دریچه ای است که در پوسته مخزن نصب می شود و امکان ورود به داخل مخزن برای تعمیرات، تمیزکاری یا نگهداری را فراهم می کند. این دریچه معمولا قابل باز و بسته شدن است و از جنس مقاومی مانند فولاد یا پلیمر ساخته می شود.
4. لوله ورودی و خروجی: این لوله ها برای ورود سیال به مخزن و خروج آن طراحی می شوند. آن ها می‌توانند شامل شیرها، اتصالات و لوله های مربوطه باشند که سیال را وارد و خارج مخزن می کنند.
5. خروجی هوا: برخی مخازن نیاز به خروجی هوا دارند تا فشار و نفوذ سیال را تنظیم کنند. این خروجی هوا معمولا شامل شیرها و اتصالات مناسب است.
6. لوله تخلیه: لوله تخلیه برای تخلیه سیال از مخزن استفاده می شود. این لوله معمولا در قسمت پایینی مخزن قرار می گیرد و می تواند به وسیله ی شیر، دریچه یا سیستم خاصی کنترل شود.
7. قلاب: قلاب ها برای حمل و نقل مخازن مورد استفاده قرار می گیرند. آن ها به پوسته مخزن متصل شده و به وسیله ی ماهیچه ها و کرک ها قابل جابجایی هستند.
8. نردبان: نردبان، جهت دسترسی به قسمت های بالایی مخزن که احتمالا بر روی پوسته قرار دارند، استفاده می شود. نردبان معمولا از فلز یا مواد مقاوم دیگری ساخته می شود و به پوسته مخزن متصل می شود.
9. پایه: پایه ها برای نصب و استوار کردن مخزن بر روی سطح زمین استفاده می شوند. آن ها به عنوان پشتیبان‌های سازگار با مخزن عمل می کنند و استحکام و ثبات مخزن را تضمین می کنند.
اجزای مذکور معمولا در طراحی و ساخت مخازن در نظر گرفته می شوند، اما براساس نیازهای خاص هر کاربری و شرایط محیطی، ممکن است قطعات دیگری نیز به مخزن اضافه شوند.
پارامترهای تاثیر گذار در محاسبه حجم سیال درون مخازن
- ارتفاع سیال
- ابعاد مخزن: حجم، طول، قطر
- شکل هندسی: کپسولی، استوانه ای، مکعبی
- نحوه قرار گیری: افقی، عمودی
نحوه محاسبه حجم سیال درون مخازن
مخزن استوانه ای افقی:
نحوه محاسبه حجم سیال درون مخازن استوانه ای افقی به شرح زیر است.
وقتی یک مخزن استوانه ای به صورت افقی روی سطح زمین قرار می‌گیرد (مخزن رو زمینی)، نمی توان از رابطه حجم استوانه برای محاسبه حجم سیال مخزن در ارتفاع های مختلف استفاده کرد. در این حالت، سیال ذخیره شده در مخزن یک قوس از یک دایره را تشکیل می دهد که زاویه این قوس با ارتفاع سیال موجود در مخزن متناسب است. بنابراین، حجم سیال موجود در مخزن، برابر است با حجم کل استوانه منهای حجم بخشی از استوانه که قاعده آن یک قوس از یک دایره است.
| حجم سیال(متر مکعب) | ارتفاع سیال(متر) |
| V=L[(d/2)2cos-1((d/2-0.1)/(d/2))-(d/2-0.1)(0.1d-0.01)0.5] | 0.1 |
| V=L[(d/2)2cos-1((d/2-0.2)/(d/2))-(d/2-0.2)(0.1d-0.04)0.5] | 0.2 |
| V=L[(d/2)2cos-1((d/2-0.3)/(d/2))-(d/2-0.3)(0.1d-0.09)0.5] | 0.3 |
مخزن استوانه ای عمودی:
نحوه محاسبه حجم سیال درون مخازن استوانه ای عمودی به شرح زیر است.
در یک مخزن استوانه ای عمودی، سیال ذخیره شده در هر مقطع (ارتفاع) مخزن به صورت یک استوانه شکل شده است. بنابراین، حجم سیال درون مخزن استوانه ای عمودی را می توان با استفاده از فرمول محاسبه حجم یک استوانه (مساحت دایره قاعده ضربدر ارتفاع) به دست آورد.
| حجم سیال(متر مکعب) | ارتفاع سیال(متر) |
| V=0.0785d2 | 0.1 |
| V=0.1571d2 | 0.2 |
| V=0.2356d2 | 0.3 |
مخزن کپسولی افقی:
نحوه محاسبه حجم سیال درون مخازن کپسولی افقی به شرح زیر است.
مخازن کپسولی، یکی از انواع مخازن استوانه ای هستند که یک سری تفاوت با سایر مخازن استوانه ای دارند. در این نوع مخازن، در دو سر آن، حجمی از یک کره قرار دارد. برای محاسبه حجم سیال درون مخازن کپسولی افقی، از تجمیع حجم قسمتی از استوانه و قسمتی از کره استفاده می شود.
| حجم سیال(متر مکعب) | ارتفاع سیال(متر) |
| V=L[(d/2)2cos-1((d/2-0.1)/(d/2))-(d/2-0.1)(0.1d-0.01)0.5]+0.0104(1.5d-0.1) | 0.1 |
| V=L[(d/2)2cos-1((d/2-0.2)/(d/2))-(d/2-0.2)(0.1d-0.04)0.5]+ 0.0418(1.5d-0.1) | 0.2 |
| V=L[(d/2)2cos-1((d/2-0.3)/(d/2))-(d/2-0.3)(0.1d-0.09)0.5] +0.0942(1.5d-0.1) | 0.3 |
مخزن کپسولی عمودی:
نحوه محاسبه حجم سیال درون مخازن کپسولی عمودی به شرح زیر است.
در مخازن کپسولی عمودی، برای محاسبه حجم سیال درون مخزن، نیازمند سه پارامتر هستیم: ارتفاع سیال، شعاع نیمکره انتهایی و ارتفاع مخزن. در این نوع مخازن کپسولی عمودی، سه حالت برای محاسبه حجم سیال وجود دارد.
- اگر f<d/2
- اگر d/2<f<d/2+a
- اگر f>d/2+a
مخزن مکعبی:
نحوه محاسبه حجم سیال درون مخازن مکعبی به شرح زیر است.
نوع (افقی یا عمودی) مخزن مکعبی بر روی نحوه محاسبه حجم سیال ذخیره شده درون مخزن تاثیری ندارد. در هر دو حالت، سیال ذخیره شده در مخزن مکعبی شکل یک مکعب (مکعب مربعی یا مکعب مستطیلی) را تشکیل می دهد و برای محاسبه حجم آن از فرمول محاسبه حجم مکعب (مساحت قاعده – طول ضربدر عرض – ضربدر ارتفاع) استفاده می شود.
برای محاسبه حجم سیال درون مخازن مکعبی می‌توان از فرمول مقابل استفاده کرد:
| حجم سیال(متر مکعب) | ارتفاع سیال(متر) |
| 0.1lw | 0.1 |
| 0.2lw | 0.2 |
| 0.3lw | 0.3 |
کلام آخر
در مورد سنجش میزان سیال موجود در مخازن ذخیره سازی، دو مسئله مهم وجود دارد که باید به آنها توجه کنیم:
1. عمق سیال موجود در مخزن: سنسورهای سطح سنج قادرند ارتفاع سیال موجود در یک مخزن را اندازه گیری کنند و به شما گزارش دهند. اما این پارامتر به تنهایی کافی نیست تا شما را در محاسبه حجم سیال ذخیره شده در مخزن در ارتفاع های مختلف از کف مخزن یاری کند.
2. حجم سیال ذخیره شده در مخزن: برای محاسبه دقیق حجم سیال در مخزن، علاوه بر ارتفاع سیال، ابعاد مخزن، شکل هندسی مخزن و نحوه قرارگیری آن (افقی یا عمودی) نیز تاثیرگذار هستند. بنابراین، برای محاسبه حجم سیال در ارتفاع های مختلف از کف مخزن، باید به این عوامل نیز توجه کرد.
در نتیجه، در سنجش میزان سیال موجود در مخازن، علاوه بر استفاده از سنسورهای سطح سنج، باید دیگر پارامترها را نیز در نظر بگیریم تا بتوانیم به صورت دقیق حجم سیال ذخیره شده در مخزن را محاسبه کنیم.
