مخزن اسید نیتریک
اسید نیتریک با نماد شیمیایی HNO۳ یکی از سیالات استراتژیک و بسیار کاربردی در صنایع حیاتی و کلیدی است که دایره وسیعی از کاربردهای صنعتی را شامل میشود. اسید نیتریک یکی از خورندهترین ترکیبات شیمیایی است که از گذشته در بسیاری از کانونهای تمدنی مورد استفاده قرار میگرفته و از آن با نامهایی همچون «تیزاب سلطانی» و «جوهر شوره» یاد میشده است.
این اسید، ترکیب اصلی در تولید انواع کودهای شیمیایی، صنایع فورج (متالورژی)، مواد محترقه، پیشرانههای موشکی و سایر صنایع کاربردی است و اغلب این صنایع به آن وابسته هستند.
چالش اصلی: خورندگی بسیار شدید، اکسیداسیون و واکنش شدید با اغلب فلزات، ذخیرهسازی اسید نیتریک را با چالشهای جدی مواجه میکند.
فهرست مطالب
نگهداری اسید نیتریک در مخزن
اکثر قریب به اتفاق اسیدها با توجه به PH کمتر از ۷ خود، خاصیت اسیدی و خورندگی دارند. در این بین، نیتریک اسید علاوه بر خاصیت اسیدی، رفتاری منحصربهفرد در برابر سایر فلزات از خود نشان میدهد که سبب میشود به عنوان یک اکسیدکننده قوی شناخته شود.
هنگام تماس فلز با این اسید، واکنش شیمیایی شدیدی رخ میدهد که سبب خوردگی فلز خواهد شد. در جریان این واکنش، برخی گازهای سمی ناشی از اکسید نیتروژن (NO) آزاد میشوند.
برخی فلزات در واکنش به تماس با اسید نیتریک، یک لایه اکسید محافظ روی سطح خود تشکیل میدهند که مانع از خوردگی بیشتر میشود. این پدیده با نام پسیویشن (Passivation) یا «غیرفعالسازی» شناخته میشود.
راه چاره نگهداری اسید نیتریک: انتخاب هوشمندانه متریال
با انتخاب یک فلز مناسب که بهینهترین و پایدارترین پسیویشن (Passivation) را ارائه دهد، میتوان اسید نیتریک را به شکلی ایمن و اصولی نگهداری کرد.
متریال مناسب جهت ساخت مخازن نگهداری اسید نیتریک
استنلس استیل / Stainless Steel
فولاد ضد زنگ سری ۳۰۰ یا استنلس استیل، محبوبترین گزینه در صنعت کشور جهت نگهداری نیتریک اسید است. گریدهای ۳۰۴ و ۳۱۶ ایدهآلترین گریدهای فولاد آلیاژی جهت ساخت مخازن نگهداری این اسید هستند. در این میان رعایت دو نکته حائز اهمیت است:
الف) استفاده از آلیاژهای کمکربن (Low Carbon): برای ساخت مخزن اسید استیل، باید از آلیاژهایی استفاده کرد که در صنعت فولاد با عنوان سری L شناخته میشوند؛ در نتیجه بهترین گزینه، استفاده از 304L و 316L است. علت این امر، پیشگیری از خوردگی در مرز خطوط جوش به دلیل درصد بالای کربن است.
ب) تحمل دمایی بالا: استنلس استیل با توجه به تحمل دمایی بالا، بسیار مناسب مخازن اسید نیتریک است. البته توجه به این نکته حائز اهمیت است که با افزایش دما، نرخ خورندگی نیز افزایش مییابد.
مخازن کامپوزیتی : مخزن فایبرگلاس ضد اسید FRP / GRP
نظر به ماهیت اسید نیتریک و خواص ویژه آن، مخازن کامپوزیتی بهویژه مخزن فایبرگلاس (شامل مخازن FRP / GRP) متریال مناسبی جهت تولید مخزن اسید نیتریک هستند.
نکته قابل تامل در این خصوص، انتخاب ظرفیتهای سبک برای طراحی مخزن اسید نیتریک است؛ زیرا با توجه به نحوه آببندی پانلهای مخزن پانلی افآرپی، افزایش دما در فصول گرم و مناطق مستعد گرما، و همچنین نظر به رابطه مستقیم بین دما و خوردگی ناشی از نیتریک اسید، بهتر است جهت حفظ ایمنی و بالا بردن ضریب اطمینان طراحی، از ظرفیتهای کوچکتر و سبکتر مخازن ضد اسید فایبرگلاس بهره برد.
مخازن پلی اتیلن ضد اسید
مخازن پلیاتیلن ضد اسید با اینکه مقاومت قابلتوجهی در برابر خوردگی ناشی از اسیدها دارند، اما در مواجهه با اسیدهای سنگین و با درصد خلوص بالا عملکرد مناسبی از خود نشان نمیدهند. لذا پیشنهاد میشود از مخازن ضد اسید پلیاتیلن سبک برای این زمره از کارها استفاده نشود.
مخازن پلی اتیلن سنگین یا اچ دی ای پی HDPE
مخازن پلیاتیلن سنگین HDPE برخلاف مخزن پلی اتیلن سبک (مثل مخازن سه لایه سفید و…)، مقاومت قابلتوجهی در برابر تنشهای داخلی و خارجی ناشی از فشار ثقل سیال داخلی دارند. از این رو میتوان از این دسته از مخازن جهت بارگیریهای نسبتاً سنگین و ذخیرهسازی اسید نیتریک استفاده کرد.
با این حال باید ضعف این سیستم را نیز بررسی کرد. مشکل اصلی این مخازن پدیده تردشدگی (Embrittlement) است:
پدیده Embrittlement: تردشدگی یکی از نقاط ضعف مخازن PE است. وجود سیال شیمیایی و در عین حال خورندهای مثل اسید نیتریک در غلظتهای بالا، سبب بروز تردی در سطح مخزن گشته و احتمال ایجاد ترکهای سطحی در جداره مخزن را بسیار بالا میبرد. در نتیجه، نمیتوان از این نوع مخازن ضد اسید با اطمینان کافی از لحاظ ایمنی در حجمها و غلظتهای بالا استفاده کرد. این دسته از مخازن در ظرفیتهای ۲۰۰۰ لیتری تا ۵۰ متر مکعب قابل تولید هستند.
مخزن اسید نیتریک از جنس آلومینیوم
شاید در نگاه اول، استفاده از آلومینیوم به عنوان متریال ساخت مخزن برای اسیدی بسیار خورنده و چگال، عجیب و دور از ذهن به نظر برسد؛ اما جالب است بدانید که آلومینیوم با خلوص حداقل ۹۹.۵۰٪، بهینهترین متریال جهت ساخت مخزن برای نگهداری اسید نیتریک بالای ۹۵ درصد است. این دو ماده در کنار یکدیگر زنجیرهای از واکنشها را ایجاد میکنند که سبب سازگاری بالای آنها میشود. نیتریک اسید ۹۵ درصد و بالاتر در جوار آلومینیوم خالص ۹۹.۵ درصدی، برای نگهداری اسید نیتریک فوقغلیظ (با عنوان تجاری فومینگ) استفاده میشود.
بررسی مکانیسم واکنش: لایه اسید غلیظ سبب پدید آمدن لایهای بسیار سخت از جنس اکسید آلومینیوم روی سطح فلز میشود. این لایه سخت، عملاً خوردگی شدید ناشی از وجود اسید نیتریک (HNO3) را خنثی و متوقف مینماید.
- نکته قابل تامل: استفاده از آلومینیوم در برابر اسید نیتریک در شرایطی که غلظت اسید زیر ۶۰ درصد باشد، بسیار خطرآفرین بوده و سبب واکنش شدید و تخریبگر بین این دو خواهد شد.
استاندارد های طراحی مخازن نگهداری اسید نیتریک
استاندارد طراحی مخزن اسید نیتریک در حالت کلی با استاندارد مخازن فولادی یکسان است. با این حال، شرکتهای تولیدکننده مخازن استاندارد (همانند گروه مهندسی سازه مخزن)، خود را ملزم به رعایت اصول مهندسی و تبعیت از استانداردهای روز دنیا برای تولیدات خود میدانند:
- استاندارد API 650: استاندارد مخازن ذخیره روزمینی سنگین تولید شده به روش جوشی.
- استاندارد ASME SEC VIII: استاندارد مخازن تحت فشار و پروسس.
برخی الزامات ایمنی مخازن نگهداری اسید نیتریک
با توجه به ماهیت اسیدی سیال و همچنین خاصیت اکسیدکنندگی بالای آن، رعایت برخی تمهیدات تعیینشده توسط پروتکلهای HSE و سازمان حفاظت محیط زیست در مخازن نگهداری اسید نیتریک الزامی است:
- سیستم تهویه (VENTING): مخازن اسید الزاماً باید مجهز به سیستم تهویه داخلی یا ونت باشند. بر اساس استانداردهای محیط زیستی، این سیستم ونت باید به فیلترهای تنفسی یا اسکرابر مجهز شود تا بخارات حاصل از انباشت اسید، قبل از خروج به محیط بیرونی، تصفیه و خنثیسازی شوند.
- عدم قرارگیری مستقیم روی زمین: مخازن نگهداری اسید نیتریک نباید بهصورت مستقیم روی زمین قرار گیرند؛ بدین شرح که مخزن حتماً باید توسط پایه بالشتکی (در مخازن اسید افقی) یا پایههای مستحکم ایستاده (در مخازن اسید عمودی) مهار شود.
- ساخت حوضچه نشت (Bund): اطراف محل قرارگیری مخزن نگهداری اسید باید توسط دیوارههای بتنی با پوششهای ضد اسید تجهیز شود (حوضچه یا BUND) تا در صورت بروز نشتی، قابلیت انباشت اسید به اندازه گنجایش مخزن یا در برخی موارد با ضریب بزرگتر (بسته به آییننامه مورد استفاده) وجود داشته باشد.
مشخصات مخازن نگهداری اسید نیتریک تولیدی گروه سازه مخزن
۱. قابل تولید از ظرفیت ۱,۰۰۰ لیتری تا مخازن ذخیره اسید ۱,۰۰۰,۰۰۰ لیتری (یک میلیون لیتری).
۲. طراحی طبق بهروزترین آییننامهها و استانداردهای بینالمللی مخازن نگهداری اسید HNO۳.
۳. استفاده از مرغوبترین متریال جهت ساخت بدنه مخازن اسید نیتریک.
۴. تولید در دو حالت قرارگیری: مخزن افقی اسید نیتریک و مخزن عمودی.
۵. قابل سفارش در ابعاد دلخواه کارفرما.
۶. قابلیت سفارشیسازی کامل اتصالات اعم از نوع، سایز و محل قرارگیری نازلها (یا فلنجها).
۷. قابلیت رنگآمیزی مخزن نیتریک اسید به رنگ دلخواه خریدار طبق کالیتههای استاندارد رنگ اپوکسـی.