مخزن اسید فسفریک

اسید فسفریک بعنوان یک ماده خورنده شناخته می‌شود، اما در مقایسه با دیگر اسیدهای قوی مانند اسید سولفوریک یا هیدروکلریک، خورندگی ملایم ‌تری دارد. با این حال، در غلظت‌های  بالا و در شرایط  خاص می‌تواند مواد مختلف از جمله فلزات را تحت تاثیر قرار دهد و باعث خوردگی آن‌ها شود. این خاصیت خورندگی به ‌ویژه در مخزن اسید فسفریک، لوله‌های انتقال این اسید و تجهیزات صنعتی مرتبط با آن مهم است که باید از موادی مقاوم به خوردگی ساخته شوند.

مخزن اسید فسفریک چیست؟

مخازن اسید فسفریک برای حمل و نگهداری این اسید پرکاربرد و نسبتا ضعیف طراحی شده و باید از جنس مواد مقاوم در برابر خوردگی مانند فولاد ضد زنگ، پلی اتیلن با چگالی بالا یا فایبرگلاس ساخته شده باشند. همچنین بصورت عمودی یا افقی و با توجه به نیازهای صنعتی طراحی می شوند و ممکن است شامل ویژگی‌هایی مانند لایه بندی، سیستم‌های تهویه یا عایق حرارتی باشند.

استفاده از این مخازن در صنایع مختلف مانند کشاورزی، تولید کودهای شیمیایی، مواد غذایی و داروسازی رایج است. همچنین رعایت استانداردهای ‌ایمنی و زیست محیطی در طراحی و نگهداری این مخازن بسیار حیاتی است، زیرا نشت یا برخورد نادرست با اسید فسفریک می تواند خطرات جدی به همراه داشته باشد.

جنس مخزن اسید فسفریک

انتخاب جنس مخزن برای ذخیره اسید فسفریک بستگی به عوامل مختلفی مانند غلظت اسید، دمای کاری، فشار و شرایط محیطی دارد. در ادامه جنس‌های مناسب برای مخازن اسید فسفریک با جزئیات دقیق ارائه می‌شود:

• مخازن استیل گریدهای 316L و 317L که بدلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی ناشی از اسید فسفریک با غلظت کمتر از 85% و دمای کاری زیر 80 درجه سانتی‌گراد مناسب هستند.
• آلیاژهای دوبلکس استنلس استیل که مقاوم‌تر از 316L در برابر خوردگی حفره‌ای و تنشی بوده و در شرایط سخت‌تر یا غلظت‌های بالاتر اسید فسفریک کاربرد دارند.
• آلیاژهای ویژه همانند Hastelloy C276 یا نیکل-کروم-مولیبدن بعنوان مقاوم‌ترین گزینه برای حمل و نگهداری اسید فسفریک با غلظت‌های بالای 85% و دمای بالا.
• تیتانیوم مناسب برای اسید فسفریک با خلوص بالا و غلظت‌های بسیار زیاد که گران قیمت اما بسیار مقاوم در برابر خوردگی است.
• مخازن پلی اتیلن با چگالی بالا که مناسب برای ذخیره اسید فسفریک با غلظت‌های زیر 50% و دماهای کاری زیر 50 درجه سانتی‌گراد بوده و بسیار مقرون به صرفه است.
• مخزن پلی پروپیلن که مقاومت بالاتری نسبت به دسته قبلی دارد و مناسب برای غلظت‌های متوسط و دماهای تا 100 درجه سانتی‌گراد می باشد.
• فلوروپلیمرها مانند پلی ترفلات و پلی وینیلیدن فلوراید که مقاوم‌ترین مواد پلیمری در برابر خوردگی حاصل از اسید فسفریک بوده و مناسب برای دماهای بالا تا 140 درجه سانتی‌گراد می باشند ولی قیمت بالاتری نسبت به سایر مخازن پلیمری دارند.
• مخازن کامپوزیتی شامل پلاستیکهای تقویت شده با فیبر بدلیل برخورداری از پلیمر تقویت شده با الیاف شیشه و پوشش داخلی از مواد مقاوم به اسید مانند وینیل استر یا اپوکسی نیز گزینه بسیار خوبی برای ساخت مخزن اسید فسفریک و مناسب برای غلظت‌های متوسط و دمای کاری زیر 100 درجه سانتی‌گراد خواهند بود.
• مخازن اسید ساخته شده از فولاد کربنی با پوشش داخلی نیز گزینه ای اقتصادی و مناسب برای اسیدهای با غلضت پایین اسید فسفریک می باشند.

طراحی مخازن اسید فسفریک

با رعایت برخی الزامات، مخازن اسید فسفریک می توانند ایمنی عملیات صنعتی را افزایش داده و از خطرات زیست محیطی و انسانی ناشی از نشت یا خوردگی جلوگیری کنند. در ادامه به برخی از این الزامات میپردازیم.

• ظرفیت مخزن بر اساس نیاز عملیاتی تعیین می شود و ابعاد آن باید با فضای موجود در محل نصب و همچنین قابلیت حمل و نقل و تعمیرات سازگار باشد.
• بمنظور تعبیه اتصالات میتوان از استیل 316 و 317، نیکل، پلی اتیلن، پلی پروپیلن، پلی وینیل کلراید و فلورو پلیمرها استفاده نمود. در مواردی که از فلزات معمولی استفاده می‌شود، پوشش‌های مقاوم به خوردگی نظیر پلی ترفلات یا پوشش لاستیکی روی سطح اتصالات اعمال می‌شود تا از تماس مستقیم با اسید جلوگیری شود. همچنین اگر اسید فسفریک با غلظت بالای 85% و دماهای بالای 100 درجه سانتی‌گراد استفاده می‌شود، تیتانیوم یا آلیاژهای خاص نظیر نیکل-مولیبدن توصیه می‌شود.
• مخزن اسید فسفریک باید بر روی پایه‌های مقاوم و پایدار نصب شود تا از نشست و لرزش جلوگیری شود.
• برای جلوگیری از حوادث احتمالی، مخازن اسید فسفریک باید دارای سیستم‌های جلوگیری از نشت باشد. در برخی موارد، حوضچه ‌های نگهداری در زیر مخزن تعبیه می شود.
• طراحی و ساخت مخازن باید مطابق با استانداردهای بین المللی یا استانداردهای محلی باشد تا ایمنی و کیفیت تضمین شود.

استانداردهای مخازن اسید فسفریک

• استانداردهای مواد ساخت ASTM و ASME که مواد اولیه ساخت مخازن اسید فسفریک را تشریح می نماید.
• استانداردهای طراحی مخزن API 650 و API 620 که مواردی مانند تحمل فشار، دما و ویژگی‌های مکانیکی مخازن اسید فسفریک را تسریح می نماید.
• استانداردهای حمل و نقل ADR و DOT که مقررات ایمنی برای حمل مواد شیمیایی خطرناک، از جمله مشخصات مخازن حمل و الزامات نشتی گیری مخازن اسید فسفریک را تعیین می کنند.
• رعایت استانداردهای پوشش داخلی با عنوان NACE به افزایش عمر مفید مخزن اسید فسفریک کمک می کند.
• استاندارد ایمنی OSHA شامل الزاماتی برای تهویه، دسترسی به تجهیزات ایمنی و جلوگیری از نشتی می باشد.
• استانداردهای زیست محیطی EPA تضمین می کنند که طراحی و بهره برداری مخازن اسید فسفریک به گونه ای باشد که از آلودگی محیط زیست جلوگیری شود.
• استانداردهای تست و بازرسی ISO 9001 و ISO 45001 روندهای تست دوره ای، بازرسی و مستندسازی را پوشش می دهند.
• رعایت استانداردهای کنترل فشار و دما EN13445 برای ایمنی مخازن ذخیره اسید فسفریکی که در معرض فشار بالا یا دمای بالا قرار می گیرند، حیاتی است.

انواع مخازن اسید فسفریک

مخازن حمل و نگهداری اسید فسفریک بر اساس نوع استفاده، طراحی و شرایط کاری به دسته‌های مختلفی تقسیم می شوند. این مخازن با توجه به خواص خورنده اسید فسفریک و نیاز به رعایت استانداردهای ایمنی و زیست محیطی طراحی می شوند. در ادامه، انواع این مخازن و ظرفیت‌های مرتبط توضیح داده شده است.

مخازن ثابت ذخیره سازی اسید فسفریک

این نوع مخازن برای نگهداری طولانی مدت اسید فسفریک در محل‌های ثابت مانند کارخانه‌های شیمیایی یا سایت‌های تولید کود استفاده می شوند. این مخازن اغلب از 316L، فایبرگلاس تقویت شده، پلی اتیلن با چگالی بالا و پلی پروپیلن ساخته می شوند. برای جلوگیری از خوردگی، پوشش داخلی مانند اپوکسی یا رزین مقاوم به اسید فسفریک نیز ضروری است.

طراحی مخزن اسید فسفریک اغلب بصورت عمودی برای صرفه جویی در فضا می باشد. همچنین این مخازن مجهز به تجهیزات تهویه، دریچه ‌های بازدید و کنترل فشار نیز می باشند. این مخازن قابلیت عایق بندی حرارتی برای نگهداری در دماهای مختلف را دارا می باشند. مخازن ذخیره سازی ثابت اسید فسفریک معمولاً دارای ظرفیت‌های استاندارد از 5,000 لیتر تا 100,000 لیتر هستند و  استانداردهای API 650 و ASME Section VIII  برای طراحی و ساخت انواع مخازن اسید فسفریک اعمال می شوند.

مخازن حمل جاده ای اسید فسفریک

این مخازن برای جابجایی اسید فسفریک در جاده‌ها طراحی شده اند و به دلیل قابلیت حمل و نقل، در انتقال مواد شیمیایی بین سایت‌های مختلف استفاده می شوند. جنس مخازن حمل اسید فسفریک از استنلس استیل، با پوشش داخلی مقاوم در برابر اسید برای جلوگیری از خوردگی و افزایش دوام می باشد.

در این مخازن طراحی سیلندری افقی برای تعادل و پایداری هنگام حمل و نقل، طراحی سیستم تهویه برای کنترل فشار و جلوگیری از نشت گازهای خورنده و تجهیزات ایمنی مانند دریچه‌های فشارشکن و سوپاپ‌های ضد نشت الزامی می باشد. ظرفیت استاندارد مخازن حمل جاده ای اسید فسفریک بین 20,000 تا 35,000 لیتر متغیر است و بر اساس قوانین حمل و نقل مواد خطرناک مانند ADR طراحی می شوند.

مخازن حمل ریلی اسید فسفریک

این مخازن برای انتقال اسید فسفریک از طریق خطوط ریلی استفاده می شوند و به دلیل ظرفیت بالاتر، مناسب حمل مقادیر زیاد در مسافت‌های طولانی هستند. جنس این نوع مخزن از فولاد کربنی با پوشش داخلی مقاوم در برابر اسید یا فولاد ضدزنگ می باشد و طراحی سیلندری با مقاومت بالا در برابر لرزش و تنش‌های مکانیکی و همچنین مجهز بودن به سیستم‌های ایمنی برای جلوگیری از نشت اسید در صورت برخورد یا حادثه الزامی می باشد.

ظرفیت استاندارد این مخازن معمولاً بین 50,000 تا 100,000 لیتر است، البته بسته به طراحی واگن و استانداردهای حمل و نقل ریلی متغیر می باشد. استانداردهای UIC اتحادیه بین المللی راه آهن‌ها و EN12561 برای حمل و نقل مواد شیمیایی خطرناک از طریق ریلی اعمال می شوند.

استفاده از مخازن IBC در حمل اسید فسفریک

این نوع مخازن برای حمل مقادیر کوچک تر اسید فسفریک، اسید سولفوریک و استفاده‌های موقت طراحی شده اند. جنس این مخازن از پلاستیک تقویت شده یا استیل ضد زنگ، بسته به میزان غلظت و شرایط استفاده می باشد. طراحی مکعبی یا استوانه ای برای جابجایی آسان از ویژگی‌های این مخازن می باشد و همچنین قابل استفاده در حمل ونقل جاده ای یا انبارهای موقت می باشند.

مخزن IBC دارای وزن سبک بوده و مقاومت بالایی دارد. ظرفیت استاندارد این مخازن معمولاً بین 500 تا 1500 لیتر است و برای کاربردهای کوتاه مدت یا مقادیر کم بسیار کارآمد هستند. استانداردهای ISO 668 کانتینرهای قابل حمل و IMDG Code (استاندارد حمل دریایی مواد خطرناک) برای این نوع مخازن استفاده می شوند.

واکنش اسید فسفریک با مواد سازنده مخازن اسید

واکنش اسید فسفریک با مواد سازنده مخازن به خواص شیمیایی این اسید و مقاومت مواد در برابر خورندگی بستگی دارد. اسید فسفریک یک اسید معدنی نسبتاً قوی است که می‌تواند در غلظت‌ها و دماهای بالا خاصیت خورندگی قابل توجهی داشته باشد. در ادامه به واکنش‌های احتمالی اسید فسفریک با مواد مختلف اشاره می‌کنیم.

مقاومت پلی ‌اتیلن در برابر اسید فسفریک

مقاومت پلی اتیلن به اسید فسفریک در دماهای پایین‌تر بسیار بالا است و معمولاً مشکلی در طولانی‌مدت بروز نمی‌کند. با این حال، هنگامی که پلی اتیلن در معرض دماهای بالا یا غلظت‌های بسیار زیاد اسید فسفریک قرار می‌گیرد، احتمال بروز تخریب شیمیایی و کاهش مقاومت آن افزایش می‌یابد. در این شرایط، پلی اتیلن ممکن است دچار تغییرات فیزیکی مانند کاهش استحکام یا ترک خوردگی شود.

بنابراین، برای استفاده از پلی اتیلن در ذخیره‌سازی اسید فسفریک، معمولاً محدودیت‌هایی از نظر دما و غلظت اسید اعمال می‌شود تا عمر مفید مخازن و تجهیزات تضمین شود. به دلیل مقاومت بالای پلی اتیلن در برابر مواد شیمیایی در ساخت مخزن اسید سولفوریک نیز از این ماده استفاده می شود.

مقاومت استنلس استیل در برابر اسید فسفریک

فولاد ضد زنگ یکی از مقاوم‌ترین مواد در برابر خوردگی ناشی از اسید فسفریک است. این نوع فولاد به دلیل داشتن عناصر آلیاژی مانند کروم، نیکل و مولیبدن، در برابر اسیدهای معدنی و بسیاری از مواد شیمیایی خورنده دیگر از جمله اسید فسفریک، مقاومت بسیار بالایی دارد. استنلس استیل 316L به‌ویژه برای محیط‌های شیمیایی و صنعتی با غلظت‌های مختلف اسید فسفریک بسیار مناسب است. مقاومت این فولاد به اسید فسفریک حتی در دماهای بالا و شرایط کاری سخت نیز قابل توجه است.

قیمت مخزن اسید فسفریک

قیمت مخازن ذخیره سازی اسید فسفریک به عوامل متعددی بستگی دارد که مهم ترین آن‌ها ظرفیت مخزن، جنس مواد سازنده، طراحی خاص برای مقاومت در برابر خوردگی و استانداردهای ایمنی است. مخازن با ظرفیت‌های کمتر مانند 55 لیتری با قیمتی حدود 900.000 تومان عرضه می شوند، در حالی که مخازن بزرگ تر مانند 50 مترمکعبی قیمتی در حدود 290.000.000 تومان خواهد داشت.