Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

73
Chương 3: TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ ĐƯỜNG ỐNG 3-1. Vật liệu chế tạo Hầu hết những hỏng hóc của hệ thống quá trình lỏng xảy ra tại hay trong điểm kết nối: hệ thống ống dẫn, gờ nổi, van, khớp nối, v.v. Do đó, điều quan trọng là phải lựa chọn thiết bị kết nối và vật liệu có tính tương thích với mỗi môi trường khác nhau. Sự lựa chọn vật liệu là một quá trình tối ưu hóa, và loại vật liệu được lựa chọn cho một ứng dụng cụ thể phải được lựa chọn dựa trên việc kiểm tra tất cả các đặc tính của nó. Đó là do, vật liệu được chọn có thể không phải là vật liệu thỏa mãn tất cả các tính chất cần có; tuy nhiên đó lại là một sự lựa chọn mang tính toàn diện, tối ưu. Sự xem xét bao gồm giá cả và sự ích lợi. Nhân tố chìa khóa để định lượng giá trị sử dụng của một loại vật liệu là độ bền, độ mềm dẻo, độ dai, độ chống ăn mòn. a. Độ bền Độ bền của vật liệu được xác định bởi các thông số sau: suất đàn hồi, độ bền uốn, và độ bền kéo giới hạn. Tất cả những tính chất này được xác định theo tiêu chuẩn ASTM. Suất đàn hồi là tỉ số của ứng suất thường tương ứng với sức căng hay ứng suất nén. Nếu tỉ số này tỉ lệ tuyến tính theo ứng suất thì vật liệu là đàn hồi; khi đó vật liệu sẽ trở về trạng thái ban đầu khi ứng lực ngừng tác dụng. Nếu vật liệu bị chịu một lực quá lớn so với giới hạn đàn hồi, thì nó sẽ trở thành vật biến dạng dẻo. Ứng lực tác dụng tại đó vật bị biến dạng gọi là độ bền uốn. Khi lực tác dụng tăng dần tới độ bền uốn, diện tích mặt cắt ngang của nó cũng giảm tới điểm không thể tăng ứng lực thêm được nữa. Độ bền kéo giới

description

From General Piping Design

Transcript of Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Page 1: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Chương 3:

TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ ĐƯỜNG ỐNG

3-1. Vật liệu chế tạo

Hầu hết những hỏng hóc của hệ thống quá trình lỏng xảy ra tại hay trong điểm kết nối: hệ thống ống dẫn, gờ nổi, van, khớp nối, v.v. Do đó, điều quan trọng là phải lựa chọn thiết bị kết nối và vật liệu có tính tương thích với mỗi môi trường khác nhau. Sự lựa chọn vật liệu là một quá trình tối ưu hóa, và loại vật liệu được lựa chọn cho một ứng dụng cụ thể phải được lựa chọn dựa trên việc kiểm tra tất cả các đặc tính của nó. Đó là do, vật liệu được chọn có thể không phải là vật liệu thỏa mãn tất cả các tính chất cần có; tuy nhiên đó lại là một sự lựa chọn mang tính toàn diện, tối ưu. Sự xem xét bao gồm giá cả và sự ích lợi. Nhân tố chìa khóa để định lượng giá trị sử dụng của một loại vật liệu là độ bền, độ mềm dẻo, độ dai, độ chống ăn mòn.

a. Độ bền

Độ bền của vật liệu được xác định bởi các thông số sau: suất đàn hồi, độ bền uốn, và độ bền kéo giới hạn. Tất cả những tính chất này được xác định theo tiêu chuẩn ASTM.

Suất đàn hồi là tỉ số của ứng suất thường tương ứng với sức căng hay ứng suất nén. Nếu tỉ số này tỉ lệ tuyến tính theo ứng suất thì vật liệu là đàn hồi; khi đó vật liệu sẽ trở về trạng thái ban đầu khi ứng lực ngừng tác dụng. Nếu vật liệu bị chịu một lực quá lớn so với giới hạn đàn hồi, thì nó sẽ trở thành vật biến dạng dẻo. Ứng lực tác dụng tại đó vật bị biến dạng gọi là độ bền uốn. Khi lực tác dụng tăng dần tới độ bền uốn, diện tích mặt cắt ngang của nó cũng giảm tới điểm không thể tăng ứng lực thêm được nữa. Độ bền kéo giới hạn là thương số của của sức chịu tải chia cho diện tích mặt cắt ngang tối thiểu.

b. Độ mềm dẻo

Độ mềm dẻo thường được đo bởi độ dãn trên một đơn vị chiều dài hay bởi độ dát mỏng trên một đơn vị diện tích mặt cắt ngang khi chịu lực tác dụng. Độ cứng của vật liệu là thước đo khả năng chống biến dạng của nó. Độ cứng thường được đo bởi hai thang đo: độ cứng Brinell và độ cứng Rockwell.

c. Độ dai

Độ dai của vật liệu phụ thuộc tùy theo cả hai thông số độ bền và độ mềm dẻo. Độ dai là khả năng của vật liệu chống lại sự rạn nứt hay gãy vỡ (sự gãy vỡ tức thời của vật liệu khi lực nén tăng lên nhanh, đặc biệt là với độ mềm dẻo nhỏ trong vùng bị gãy). Hai tiêu chuẩn ASTM thường được sử dụng để đo lường độ dai là phương pháp Va chạm Charpy

Page 2: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

và thử Drop-Weight. Nhiệt độ chuyển giòn Charpy và Drop-Weight NDTT là hai thông số thiết kế quan trọng đối với vật liệu có độ dai thấp và có thể có nhiệt độ hoạt động thấp. Một vật liệu sẽ là đối tượng dễ gãy vỡ và gây thiệt hại nếu nó được sự dụng ở dưới nhiệt độ chuyển giòn.

d. Độ chống ăn mòn

Phụ lục B cung cấp 1 bảng chứa các quá trình lỏng liên quan, vật liệu đường ống và nhiệt độ tối đa cho phép của quá trình giúp cho việc xác định loại vật liệu thích hợp cho các ứng dụng.

e. Quá trình chọn lọc

Vật liệu đường ống được lựa chọn bởi sự tối ưu hóa các yếu tố cơ bản của thiết kế. Đầu tiên, loại bỏ khỏi quá trình xem xét những loại vật liệu đường ống sau:

- Tiêu chuẩn hay mã không cho phép;

- Không thích hợp về phương diện hóa học với chất lỏng;

- Áp suất tỉ lệ của hệ thống, hay nhiệt độ không thỏa mãn các điều kiện làm việc của quá trình;

- Không tương hợp với điều kiện môi trường chẳng hạn như: thế ăn mòn bên ngoài, các yêu cầu theo nhiệt độ, sự phân hủy dưới tia cực tím, thế va chạm và các yêu cầu chung.

Các loại vật liệu còn lại được đánh giá về mặt thuận lợi hay không thuận lợi chẳng hạn như vốn đầu tư, sự chế tạo và giá thành lắp đặt; yêu cầu sự phức tạp của hệ thống; tính thích hợp để xử lý nhiệt; và yêu cầu về chống ăn mòn điện hóa. Loại vật liệu thỏa mãn nhiều yêu cầu thiết kế nhất sẽ được chọn lựa. Thiết kế bắt đầu với kích thước đường ống, tính toán áp lực tổng cộng và phân tích ứng lực. Nếu vật liệu đường ống được lựa chọn không thỏa mãn những yêu cầu đó, thì loại vật liệu xếp thứ hai sẽ được chọn lựa để sử dụng và các quá trình tính toán kích thước đường ống, áp lực tổng cộng và phân tích ứng lực lại được lặp lại.

Ví dụ Vấn đề 1:

Giả thiết rằng một quá trình vật liệu được thu hồi đặt ra để xử lý một chất lỏng bao gồm gần 100% etyl benzen tại áp suất 1.20 Mpa (174 psig) và nhiệt độ 250C (770F), đường ống được yêu cầu đặt trên mặt đất. Vật liệu đường ống sẽ được lựa chọn như sau:

Page 3: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Giải quyết:

Bước 1. Đường ống nhựa dẻo đặt trên mặt đất để xử lý một chất lỏng dễ cháy là không được phép theo tiêu chuẩn ASME B31.3 1.

Bước 2. Xem lại bảng Tương thích Chất lỏng/Vật liệu (Phụ lục B) cho etyl benzen tại 250C (770F) chỉ ra rằng nhôm, Hastelloy C, Monel, thép không gỉ TP316, nhựa tổng hợp nhiệt dẻo furan gia cường và ống gấp nếp FEP là các loại vật liệu cho phép để thiết kế đường ống. FKM không thích hợp cho thiết kế đường ống.

Bước 3. Ống nhựa tổng hợp furan gia cường được phép sử dụng trong hệ thống có áp suất ở mức 689 kPa (100 psig 2); do đó, loại vật liệu này bị loại ra khỏi quá trình cân nhắc. Các vật liệu còn lại phải có mức áp suất hoạt động trong hệ thống và ứng lực cho phép cao hơn áp suất thiết kế.

Bước 4. Ống gấp nếp FEP không thực sự thích hợp nếu xét về phương diện thương mại. Khi có các sự lựa chọn khác, ống FEP cũng bị loại không xét đến.

Bước 5. Mặt điều kiện môi trường đặc biệt bây giờ mới được đánh giá để xác định xem trong số các vật liệu còn lại có loại nào bị ưu tiên loại bỏ khỏi bảng xếp hạng hay không. Vật liệu được chọn sau đó dựa trên xem xét các điều kiện đặc biệt khác và cuối cùng là giá thành.

3-2. Áp suất thiết kế

Sau chức năng hệ thống của đường ống, điều kiện làm việc, vật liệu xây dựng và mã thiết kế và tiêu chuẩn thiết kế được thiết lập (mô tả ở Chương 2), bước tiếp theo là hoàn thành thông số nhiệt độ và áp suất hoạt động của hệ thống. Đến đây, vấn đề áp suất hoạt động của hệ thống đã được giải quyết từ quan điểm yêu cầu của quá trình để đảm bảo sự hoạt động đúng của hệ thống như tổng thể. Tại điểm này trong thiết kế chi tiết của hệ thống đường ống, cần thiết phải đảm bảo rằng cấu trúc toàn ven của đường ống và các thành phần của hệ thống ống được duy trì trong cả điều kiện bình thường và điều kiện áp suất và nhiệt độ bất thường. Để lựa chọn áp suất và nhiệt độ thiết kế, cần phải có đầy đủ hiểu biết và mô tả của toàn bộ quá trình hoạt động và chức năng của hệ thống điều khiển. Sự đánh giá áp lực của hệ thống đường ống được xác định bởi việc xác định áp suất cực đại của hệ thống ổn định, và áp suất khi hệ thống gặp trạng thái bất thường.

a. Áp suất tối đa ơ trang thái ôn đinh

Sự xác định áp suất thiết kế tối đa ở trạng thái ổn định và nhiệt độ tối đa ở trạng thái ổn định dựa trên 1 sự đánh giá các điều kiện hoạt động đặc biệt. Sự đánh giá các điều kiện

Page 4: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

phải xem xét tất cả các chế độ hoạt động. Đây là những sự tham khảo thiết kế sử dụng đã hoàn thành đặc trưng, mã và tiêu chuẩn. Tiếp cận những yêu cầu của tiêu chuẩn ASME B31.3 cho áp suất tối đa và sức chịu đựng nhiệt độ được sử dụng để mô tả trong tài liệu này.

Thành phần của đường ống sẽ được thiết kế cho một áp suất nội tại đại diện cho hầu hết điều kiện khắc nghiệt của áp suất tương ứng và nhiệt độ mong muốn trong một hoạt động bình thường. Điều kiện này được xác định trong trường hợp độ dày thành ống lớn nhất khi không có lớp bọc ngoài. Ngoài ra điều kiện thủy động học dựa trên áp suất hoạt động, chênh lệch thế áp suất, sự tăng áp suất lên quá ngưỡng hay sự dao động nhiệt độ thất thường, sự biến thiên của các điều kiện hệ thống và sự xáo trộn áp suất cũng cần được tính đến. Hệ thống cũng phải được đánh giá và thiết kế phù hợp với điều kiện chênh lệch áp suất bên ngoài.

Thành phần của đường ống được thiết kế phù hợp với điều kiện nhiệt độ và hầu hết các điều kiện khắc nghiệt được mô tả như sau:

- Với nhiệt độ dòng chất lỏng dưới 650C ( 1500F), nhiệt độ thiết kế của đường ống kim loại và thành phần của đường ống sẽ được lấy theo nhiệt độ của chất lỏng.

- Với nhiệt độ dòng lỏng trên 650C ( 1500F),nhiệt độ thiết kế của đường ống kim loại không cách nhiệt và thành phần của đường ống phải được lấy theo 95% nhiệt độ của dòng chất lỏng, loại trừ các góc, góc điểm nối và chốt giữ sẽ bằng 90%, 85% và 80% nhiệt độ của dòng lỏng, theo thứ tự.

- Với đường ống cách nhiệt, nhiệt độ thiết kế của đường ống kim loại được lấy theo nhiệt độ của dòng lỏng, trừ khi sự tính toán, thử nghiệm hay thí nghiệm dựa trên lĩnh vực đo lường có thể yêu cầu việc sử dụng một nhiệt độ khác.

- Với ống cách nhiệt và đường ống cấp nhiệt, hiệu ứng của sự tăng nhiệt độ có thể được tính đến trong việc quyết định vật liệu kim loại sử dụng làm đường ống.

Thêm nữa tác động của nhiệt độ bị gia tăng theo áp suất nội, tác động của sự làm lạnh khí hay hơi gây ra trong điều kiện chân không trong hệ thống ống phải được đánh giá.

b. Sự không ôn đinh của áp suất

Như đã thảo luận trong đoạn 2-5, sự dao động áp suất của hệ thống theo giai đoạn được giải quyết thông qua các tiêu chuẩn mã hóa đã được xác định hoặc các cách tiếp cận hợp lý khác dựa trên kinh nghiệm. Tiêu chuẩn ASME B31.3 quy định trạng thái lệch chuẩn của áp suất có thể chấp nhận được như sau:

Page 5: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

“302.2.4 Hạn định cho sự biến thiên áp suất và nhiệt độ. Các biến thiên bất thường của áp suất hoặc nhiệt độ, hoặc cả hai, trên mức độ của hệ thống là đặc điểm của bất cứ hệ thống nào. Hầu hết các điều kiện khắc nghiệt của áp suất và nhiệt độ tương ứng trong sự biến thiên sẽ được dùng để quyết định điều kiện thiết kế trừ khi tất cả các tiêu chuẩn sau được bắt gặp:

(a) Hệ thống đường ống không có áp suất chứa các thành phần thép cán hay kim loại cứng.

(b) Ứng lực của áp suất lý thuyết sẽ không vượt quá độ bền uốn tại nhiệt độ hoạt động (xem đoạn 302.3 của Bảng mã [ASME B31.3] và dữ liệu trong Bảng mã [ASME] BVP, Đoạn II, Phần D, bảng Y-1).

(c) Ứng lực theo chiều dọc của kết nối sẽ không vượt quá giới hạn được thiết lập trong đoạn 302.3.6 [ASME B31.3].

(d) Tổng số sự biến đổi của áp suất-nhiệt độ trên điều kiện thiết kế sẽ không vượt quá 1000 trong toàn bộ tuổi thọ của hệ thống.

(e) Không trường hợp nào sự tăng áp suất được vượt quá áp suất thử nghiệm sử dụng theo đoạn 345 [của tiêu chuẩn ASME B31.3] cho hệ thống đường ống.

(f) Các biến đổi bất thường trên điều kiện thử nghiệm sẽ giữ nguyên trong một trong các giới hạn sau cho thiết kế áp suất.(1) Theo sự phê chuẩn của chủ đầu tư, cho phép vượt quá mức độ áp suất hay ứng

lực cho phép cho thiết kế áp suất tại nhiệt độ của các điều kiện bị tăng lên nhưng không nhiều hơn:(a) 33% trong vòng 10 giờ liên tục và không nhiều hơn 100 giờ trong một năm;

hay(b) 20% trong vòng 50 giờ liên tục và không nhiều hơn 500 giờ trong một năm.

Hiệu quả của những sự thay đổi này có thể được quyết định bởi nhà thiết kế để bảo tuổi thọ làm việc của hệ thống đường ống bởi phương pháp có thể chấp nhận được của chủ đầu tư. (Xem Phụ lục V [ASME B31.3])

(2) Khi sự thay đổi của giới hạn nội tại (Vd., trường hợp giảm bớt áp suất), thì không quá 50 giờ liên tục và không quá 500 giờ trong một năm, cho phép vượt quá mức áp suất hay ứng lực cho phép cho thiết kế áp suất tại nhiệt độ của điều kiện bị tăng lên không nhiều hơn 20%.

(g) Hiệu quả kết hợp của sự duy trì liên tục và biến thiên tuần hoàn trên sự ích lợi của tất cả các thành phần trong hệ thống sẽ được đánh giá.

(h) Biến thiên nhiệt độ bên dưới nhiệt độ tối thiểu được chỉ ra trong Phụ lục A [ASME B31.3] không được cho phép trừ khi gặp yêu cầu theo đoạn 323.2.2 [ASME B31.3] cho nhiệt độ thấp nhất của sự biến thiên.

Page 6: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

(i) Ứng dụng của sự vượt quá áp suất và mức độ giới hạn áp suất-nhiệt độ của các van có thể dưới điều kiện nào đó gây ra sự mất tính khép kín của hệ thống hay gây ra sự cản trở hệ thống. Sự chênh lệch áp suất do sự đóng kín của van không được vượt quá mức chênh lệch áp suất tối đa được thiết lập bởi nhà sản xuất van. Sự lựa chọn ứng dụng còn tùy thuộc vào trách nhiệm của chủ đầu tư.”

Ví dụ sau minh họa một thủ tục đặc trưng cho quá trình quyết định áp suất để thiết kế hệ thống đường ống.

Ví dụ Vấn đề 2:

Hai chiếc bơm của trống hơi được lắp đặt trên sàn đất tại một phân xưởng năng lượng cung cấp 0.05 m3/s (793 gpm) nước tại 1770C (3500F) tới một trống hơi ở trên cao 60 m (197ft). Mỗi chiếc bơm có kích thước đầu ống bơm là 100 mm (4 in), và kích thước đầu ống đi vào trống hơi là 150 mm (6 in). Mỗi đầu ống bơm có một van điều khiển bằng tay có thể cách ly nó khỏi đầu chính. Một van bảo vệ được đặt ngược với mỗi van tải để đảm bảo dòng nhỏ nhất bị quay ngược trở lại nếu van tải của bơm bị đóng trong khi bơm đang hoạt động. Áp suất ngược trở lại tại trống hơi là 17.4 Mpa (2520 psig). Áp suất đặt của van giảm tải là 19.2 Mpa ( 2780 psig), và đầu ngắt của mỗi bơm là 2350 m (7710 ft). Vật liệu đường ống là ASTM A 106, loại C, với ứng suất làm việc là 121 Mpa ( 17500 psig), trong khoảng nhiệt độ từ -6.7 tới 3430C (-20 tới 6500F). Sự ăn mòn cho phép là 2mm (0.08 in) và mã thiết kế theo tiêu chuẩn của ASME B31.3 (Đường ống Năng lượng).

Áp suất thiết kế cho cống suất bơm, đầu ống bơm thông thường ngược với van cách ly phải được xác định. Áp suất tối đa cho phép cũng phải được tính đến với giả thiết là van giảm tải trên bơm không hoạt động khi van tải của nó đang đóng.

Giải quyết vấn đề:

Bước 1. Xác định áp suất thiết kế cho đầu ống 150 mm (6 in) như sau. Thể tích riêng của hơi nước bão hòa tại 1770C (3500F) là 0.001123 m3/kg (0.01799 ft3/lbm). Thể tích riêng được hiệu chỉnh với tác động của sự nén ép dưới áp suất 17.2 Mpa ( 2500 psig) sử dụng bảng thông số hơi:

Page 7: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Áp suất thủy tĩnh của đầu bơm khi nâng dòng nước lên thùng sôi là:

Bước 2: Áp suất tải tổng cộng tại đầu ra của bơm là:

P . Pb . Pst .17.4 MPa.0.530 MPa.17.9 Mpa (2600 psig)

Trong đó:

P := áp suất tải tổng cộng, Mpa (psig)

Pb := áp suất ngược trở lại, Mpa (psig)

Pst := áp suất tĩnh, Mpa (psig)

Áp suất thiết kế cho đầu ống 150 mm (6 in) nên được thiết lập hơi cao hơn áp suất hoạt động của hệ thống. Do đó áp suất thiết kế cho đầu ống 150 mm (6 in) là 18.3 Mpa ( 2650 psig).

Page 8: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Bước 3: Xác định áp suất thiết kế cho đầu ống 100 mm (4 in) như sau. Áp suất thiết lập của van giảm tải là 19.2 Mpa ( 2780 psig). Áp suất thiết kế của đầu ống 100 mm ( 4 in) dòng ngược của van tải của bơm nên được thiết lập tại áp suất giảm tải của van giảm tải. Mặc dù không nêu ra trong ví dụ này, áp suất thiết kế cũng nên được lấy theo tính toán sự vượt áp giới hạn trong thiết kế kích thước của van giảm tải. Do đó, với ví dụ này, áp suất thiết kế cho đầu ống 100 mm ( 4 in) dòng ngược của van ngắt của bơm là 19.2 Mpa ( 2780 psig).

Bước 4: Áp suất tối đa cho phép cho đầu ống 100 mm được so sánh với trường hợp mà hoạt động của van giảm áp bị hỏng. Xác suất mà một van không thể mở được là rất thấp. Như vậy có thể nhận thấy rằng sự thay đổi của áp suất và nhiệt độ chắc chắn xảy ra.

“102.2.4 Xếp hạng: Giới hạn cho phép cho Biến thiên từ Hoạt động Bình thường. Áp suất nội và nhiệt độ tối đa được cho phép bao gồm sự đánh giá, xem xét những sự chịu tải bất thường và tạm thời của áp suất và nhiệt độ.”6

Kết quả của việc tính toán ứng lực từ những biến thiên trong áp suất và/hay nhiệt độ có thể vượt quá ứng lực giới hạn tối đa cho phép trong ASME B31.1 Phụ lục A tới 15% nếu khả năng xảy ra thấp hơn 10% của giai đoạn hoạt động 24 giờ, hay 20% nếu khả năng xảy ra thấp hơn 1% của giai đoạn hoạt động 24 giờ. Sức chịu tải bất thường theo tiêu chuẩn của ASME B31.1, đoạn 102.2.4, được áp dụng, và được giả thiết rằng van giảm tải không hoạt động xảy ra với khả năng thấp hơn 1%. Do đó, ứng lực cho phép cao hơn 20% ứng lực cho phép cơ bản một lượng là 121 Mpa (17500 psig).

Bước 5: Ứng lực cho phép cao hơn được ghi là S’:

S’ . 1.2 (S) . 1.2 (121 Mpa) . 145 Mpa (21000 psi)

Trong đó:

S’ := lượng ứng lực vượt ngưỡng, Mpa (psi)

S := Ứng lực cho phép theo tiêu chuẩn, Mpa (psi)

Bước 6: Mức áp suất tối đa của đầu ống 100 mm (4 in) được tính bằng cách sử dụng phương trình sau:

Trong đó:

Page 9: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Pmax := áp suất tối đa cho phép, Mpa (psig)

S := ứng lực cho phép theo tiêu chuẩn, Mpa (psi)

E := hiệu ứng mối nối

tm := độ dày thành ống, mm (in)

A := độ ăn mòn cho phép, mm (in)

D0 := đường kính ngoài của ống, mm (in)

y := hệ số giãn nở nhiệt độ, xem ASME B31.1, với thép tấm, kim loại không chứa sắt, và thép không gỉ, và hợp kim Ni thấp hơn 4820C (9000F), y= -0,4.

Bước 7: Ví dụ, giá trị của S được thiết lập bằng với S’ và E = 1.00 cho ống không có đường nối. Độ dày thành ống được xác định phù hợp với áp suất toàn ven, xem Đoạn 3-

3b, và được thừa nhận bằng 8712

% của độ dày danh nghĩa của bảng Ống XXS. Do đó:

Trong đó: tm :=độ dày của thành ống, mm (in)

Và:

Trong đó: Pmax := áp suất tối đa cho phép, Mpa (psig)

Bước 8: Do đó, áp suất tối đa cho phép trong đầu ống 100 mm (4 in) trong trường hợp van giảm tải bị hỏng phải là 36.3 Mpa ( 5265 psig).

Một điều kiện áp suất tạm thời thông thường khác được gây ra bởi việc đột ngột làm giảm lưu lượng chất lỏng trong một đường ống. Khi van đột ngột đóng, năng lượng động năng được chuyển đổi thành năng lượng đàn hồi và một làn sóng áp suất chủ động được tạo ra đầu của van. Sóng áp lực này đi tại hoặc gần tốc độ âm thanh và có khả năng gây ra sự hỏng hóc đường ống. Hiện tượng này được gọi là xung nước.

Sự tăng áp suất có thể được tính bởi:

Page 10: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Trong đó:

Pi := sự tăng áp suất cực đại, Mpa (psi)

:= khối lượng riêng của chất lỏng V := sự thay đổi tức thời của vận tốc chất lỏng, m/s (ft/s)

Vw := vận tốc của sóng áp suất, m/s (ft/s)

n1 := thừa số chuyển đổi, 10-6 MPa/Pa với hệ SI (1 ft2/144 in2

với hệ IP)

Thời gian tối đa của việc đóng van được coi là tức thời (quan trọng) được tính bằng:

Trong đó:

tc := thời gian đóng van tức thời, s

L := độ dài của ống, m (ft)

Vw := vận tốc của sóng áp suất, m/s (ft/s)

Vận tốc của sóng áp suất bị ảnh hưởng bởi tính chất của chất lỏng và độ đàn hồi của đường ống. Vận tốc sóng áp suất trong nước xấp xỉ bằng 1480 m/s (4800 ft/s). Với một ống cứng nhắc thì tốc độ của sóng áp suất được tính bởi:

Trong đó:

Vw := tốc độ của sóng áp suất, m/s (ft/s)

Es := mô-đun đàn hồi của khối chất lỏng, MPa(psi)

:= khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3 (slugs/ft3)

Page 11: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

n1 := thừa số chuyển đổi, 10-6 MPa/Pa với hệ SI (1 ft2/144 in2

với hệ IP)

Do khả năng rộng của một đường ống đàn hồi, sóng áp lực cho một đường ống đàn hồi được tính bằng:

Trong đó:

Vw := tốc độ sóng áp suất, m/s (ft/s)

ES := mô-đun đàn hồi của khối chất lỏng, MPa (psi)

:= khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3 (slugs/ft3)

Ep := mô đun đàn hồi của vật liệu đường ống, MPa (psi)

Di := đường kính trong của ống, mm (in)

t := độ dày thành ống, mm (in)

n1 := thừa số chuyển đổi, 10-6 MPa/Pa với hệ SI (1 ft2/144 in2

với hệ IP)

Nếu van được đóng chậm ( có nghĩa là, thời gian đóng van lớn hơn nhiều so với thời gian xung), thì một chuỗi các sóng áp suất nhỏ được truyền lên đường ống và quay trở lại thành sóng phản hồi ngược lại và đè lên những sóng áp suất nhe hơn và một sóng áp suất đầy đủ sẽ không xảy ra. Áp suất gây ra bởi sự đóng chậm của van là:

Page 12: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

CECER là một chương trình máy tính, WHAMO, được thiết kế để mô hình hóa xung nước và sự dao động khối lượng trong những điều kiện thuận lợi của đường ống. Chương trình xác định các thông số dòng khác nhau theo thời gian và xác định yếu tố đóng vai trò chủ đạo trong một mạng lưới đường ống có thể bao gồm van, máy bơm, tua bin, trống hơi quá tải và các nút bố trí trong một cấu hình hợp lý. Những sự thay đổi đột ngột được tạo ra trong chương trình do bất kỳ sự thay đổi trong hoạt động của máy bơm, van, và tua bin, hoặc thay đổi trong thiết kế.

Ví dụ vấn đề 3:

Nước tại 200C (680F) chảy từ một bể chứa với vận tốc là 3 m/s (9,8 ft/s) và với áp suất ban đầu là 275 kPa (40 psi) trong đường ống 50 mm (2 in) bằng PVC với áp lực chịu được là 16 kgf/cm2 (SDR 26); có nghĩa là, độ dày thành ống là 4,7 mm (0,091 in với SDR 26). Một van ở cuối đường ống 150 mm (492 ft) bị đóng. Xác định thời gian quyết định của việc đóng cửa van và áp suất của hệ nếu van được đóng lại đột ngột so với khi van được đóng lại dần dần (chậm hơn 10 lần).

Giải quyết bài toán:

Bước 1. Vận tốc của sóng áp suất giả thiết trong đường ống không đàn hồi là:

Page 13: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Bước 2: Thời gian quyết định cho sự đóng van:

Trong đó:

tc := thời gian đóng van, s

L := chiều dài ống, m (ft)

Vw := vận tốc của sóng áp suất, m/s (ft/s)

Bước 3. Sự tăng áp suất cực đại ( thời gian đóng van < thời gian quyết định, tc);

Trong đó:

Pi := độ tăng áp suất cực đại, MPa (psi)

:= tỉ trọng chất lỏng, kg/m3 (slugs/ft3) V := vận tốc thay đổi tức thời của chất lỏng, m/s (ft/s)

Page 14: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Vw := vận tốc của sóng áp suất, m/s (ft/s)

n1 := thừa số chuyển đổi, 10-6 MPa/Pa với hệ SI (1 ft2/144 in2

cho hệ IP)

Do đó, áp suất cực đại của hệ thống là:

Bước 4. Sự tăng áp suất với việc đóng van chậm dần dần ( thời gian đóng van bằng thời gian quyết định, tc, x 10 = 2s)

Do đó, áp suất cực đại của hệ thống là 449 kPa + 275 kPa = 724 kPa (105 psig).

Page 15: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Để xem các hiệu ứng xung nước phức tạp hơn trong hệ thống đường ống, tham khảo Phụ lục A, Đoạn A-4.

3-3. Kích thước

Sự định kích thước cho bất kì hệ thống ống dẫn bao gồm 2 thành phần cơ bản: lưu lượng dòng lưu chất và áp suất chung của đường ống. Mục đích của việc thiết kế lưu lượng dòng lưu chất nhằm xác định giới hạn nhỏ nhất cần thiết của đường kính ống dẫn để chuyển chất có hiệu quả. Thiết kế áp suất chung xác định độ dày thành ống tối thiểu cần thiết để có thể đảm bảo an toàn trong điều kiện chênh lệch áp suất trong ngoài và tải trọng.

a. Thiết kế lưu lượng dòng lưu chất

Yếu tố đầu tiên trong việc xác định giới hạn nhỏ nhất cần thiết của đường kính trong bất kì hệ thống ống dẫn là thiết kế vận tốc dòng và độ giảm áp suất. Thiết kế vận tốc dòng chảy được dựa vào từng yêu cầu của hệ thống, thường được thành lập trong giai đoạn thiết kế quy trình của một dự án.

Trước khi xác định kích thước tối thiểu của đường kính ống dẫn cần sản xuất, cần phải xem xét các điều kiện của hệ thống để đáp ứng đúng các yêu cầu trong từng trường hợp như vận tốc chất lỏng; các đặc tính chất lỏng như độ nhớt, nhiệt độ, mật độ huyền phù, độ dày lớp chất rắn và sự điều chỉnh vận tốc, chất liệu mài mòn và sự ăn mòn. Sự hình thành này sau đó được sử dụng để xác định đường kính tối thiểu bên trong hệ thống ống dẫn.

Thông thường với hệ thống chất lỏng bình thường, chấp nhận vận tốc được giới hạn trong ống là 2.10.9m/s (73ft/s) với vận tốc tối đa giới hạn 2.1m/s tại các điểm xả nước bao gồm cả đường hút bơm và cống. Như phần trên, phạm vi vận tốc được coi là trung bình cho các ứng dụng thông thường.Tuy nhiên, các tiêu chuẩn khác có thế ảnh hưởng tới vận tốc như khả năng ăn mòn hoặc điều kiện áp suất tạm thời .Ngoài ra, các ứng dụng khác có thể cho phép vận tốc lớn hơn dựa trên các hoạt động công nghiệp nói chung, ví dụ như, nồi hơi nước và các chất lỏng dầu khí

Độ giảm áp suất trên toàn bộ hệ thống đường ống được thiết kế để cung cấp là một sự cân bằng tối ưu giữa chi phí lắp đặt hệ thống đường ống và chi phí hoạt động của các máy bơm của hệ thống. Yếu tố chính sẽ tác động tới chi phí và hiệu suất hoạt động của hệ thống là đường kính trong của ống (và ảnh hưởng tới tốc độ dòng lỏng chảy bên trong), vật liệu chế tạo và đường đi của hệ thống ống.

Page 16: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Độ giảm áp suất, hay sự tụt áp, được gây ra bởi ma sát giữa thành ống và chất lỏng, một phần nhỏ như vật cản dòng chảy, thay đổi hướng, thay đổi tiết diện dòng chảy dòng chảy. Độ tụt áp của dòng lỏng được thêm vào khi tính toán để quyết định lựa chọn loại bơm và công suất bơm cho môt hệ thống.

một phương pháp phổ biến để tính toán giảm áp lực là phương trình Darcy-Weisbach

phương pháp hệ số mất mát.

phương pháp chiều dài tương đương.

Trong đó:

hL := độ tụt áp, m(ft)

f := hệ số ma sát

L := chiều dài đường ống, m(ft)

Le := chiều dài tương đương của ống cho các tổn thất nhỏ, m (ft)

K := hệ số mất mát trong quá trình tổn thất

V := vận tốc dòng chảy m/s

g := gia tốc trọng trường,9.81m/sec2(32.2ft/sec2)

Hệ số ma sát f là hàm của độ nhám tương đối của vật liệu ống và chỉ số Reynolds, Re:

Trong đó:

Re := chỉ số Reynolds

Di := đường kính trong ống, m(ft)

V := vận tốc dòng, m/s (ft/s)

:= độ nhớt động học m2/s (ft2/s)

Page 17: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Nếu dòng chảy tầng (Re<2100), f được xác định bởi:

trong đó:

Re := chỉ số Reynolds

f := hệ số ma sát

Nếu với dòng chảy quá độ hoặc dòng chảy rối (Re>2100), f được xác định từ Moody Diagram, hình 3.1. đường cong biểu diễn độ nhám thích hợp trên sơ đồ được xác định bằng tỉ lệ •/Di trong đó • là độ nhám bề mặt đặc trưng cho từng chất liệu từng loại ống (bảng 3-1), Di là đường kính trong của ống.

Phương pháp tính toán độ dài tương đương với độ mất mát nhỏ bằng cách thay đổi loại van, kích thước van lắp vào một ống thẳng có sự giảm ma sát bằng sự mất mát nhỏ. Chiều dài tương đương khác nhau đối với từng nhà sản xuất, vật liệu và kích thước. Các phương pháp khác sử dụng hệ số mất mát.phương pháp này phải được sử dụng để tính toán mất lối ra và lối vào.các hệ số có thể được xác định từ bảng 3-3

một phương pháp khác để tính toán độ giảm áp suất là công thức Hazen-Williams:

trong đó:

hL độ giảm thế năng, m(ft)

L chiều dài ống, m(ft)

Le chiều dài tương đương của ống cho các tổn thất nhỏ, m(ft)

V Vận tốc dòng chảy, m/s(ft/s)

A hằng số thực nghiệm, 0.85 trong hệ SI (1.318 trong hệ IP)

C hệ số Hezen-Williams

Di đường kính trong của ống, m (ft)

Page 18: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Công thức Hazen-Williams được bắt nguồn từ thực nghiệm, được áp dụng cho các dòng chất lỏng có độ nhớt động học với vận tốc khoảng 1,12.10-6 m2/s(1,22.10-5 ft2/s), nhiệt độ của nước tương ứng 15.6oC(60oF), và dòng chảy rối. Sự sai lệch trong hệ thống có thể đưa đến một số lỗi đáng kể. Hệ số Hazen-Williams C không phụ thuộc vào chỉ số Reynolds. Bảng 3.1 quy định giá trị C cho từng vật liệu.

Phương trình Chezy-Manning đôi khi được sử dụng cho dòng chảy đầy. Phương trình được sử dụng cho dòng chảy rối, và hệ số Manning xác định đúng cho các vật liệu khác nhau và độ tăng về kích thước. bảng 3.1 cung cấp giá trị hệ số nhám n cho từng vật liệu ống khác nhau. Phương trinh Chezy- Manning là:

trong đó:

hL độ giảm thế năng, m(ft)

V vận tốc dòng chảy, m/s (ft/s)

n hệ số Manning

a hệ số thực nghiệm, 1.0 trong hệ SI (2.22 trong hệ IP)

Di đường kính trong của ống dẫn, m(ft)

L chiều dài ống, m (ft)

Le chiều dài tương đương của ống cho các tổn thất nhỏ, m (ft)

Thông thường được áp dụng trong các thiết kế, sử dung giá trị của = và n cao hơn, giá trị của C thấp hơn so với bảng thứ tự cho phép giảm công suất so với thời gian của ống mới.

Ví dụ vấn đề 4:

Một bể cân bằng có chứa nước với sự hòa tan của kim loại được kết nối với một hệ thống trống hơi thông qua phía trên đường ống cấp. một bơm cần thiết vì quá trình trống hơi chất lỏng được nâng lên 30m so với mức cân bằng trống hơi.

Cách sắp xếp ống biểu thị hệ thống ống dẫn để có:

2 van khác nhau

Page 19: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

1 van kiểm tra mức

5 tiêu chuẩn chỗ nối của ống 90V

Chiều dài ống 65m (213.5ft)

Điều kiện của quá trình:

T=25oC (77oF) và

Q=0.05 m3/s (1.77ft3/s)

Chất liệu của ống là PVC. Thiết kế hệ thống phụ thuộc vào kích cỡ ống dẫn và độ giảm áp suất trong đường ống để xác định thứ tự lựa chọn bơm.

Cách giải quyết:

Bước 1: lựa chọn kích thước đường ống để thể tích đường rẽ nước có vận tốc dòng chảy mong muốn (thường V=2.1m/s)

Bước 2: từ bảng 1-1 chọn 150mm (6in) tính toán thực tế cho kích thước ống và vận tốc trong ống cần thiết.

Page 20: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Bước 3: ở 25VC, M= 8,94.10-7. Vậy với hệ số Darcy-Weisbach được sử dụng để tính toán độ giám áp suất trong đường ống

Bước 4: xác định hệ số ma sát f từ Moody Diagram(hình 3-1) với các giá trị sau đây:

Vì vậy f=0.022 từ hình 3-1

Bước 5: xác định tổng hệ số thiệt hại nhỏ từ bảng 3-3:

Thiệt hại nhỏ K

Đi vào 0.5

2 cổng van 0,22

Van kiểm tra 2.5

Page 21: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

5 ống nối 0.355

Thoát 1.0

Tổng 6.15

Bước 6: tính độ giảm thế năng:

Bước 7: xác định áp suất bơm bằng tổng của sự chênh lệch độ cao và độ giảm áp suất trong ống:

Sự dự đoán áp suất và độ giảm áp suất trong ống thường được giải thích bằng phương pháp xấp xỉ nối tiếp. thông thường hiệu suất được đưa vào máy tính. Trong hệ thống ống dẫn, hai điều kiện cần phải thỏa quy luật: tính liên tục( ở điểm giao nhau, dòng đi vào phải bằng dòng đi ra) và có thể không có tính liên tục trong áp suất ( không quan tâm tới đường đi của độ giảm áp suất giữa hai điểm nối).

Điều quan trọng nhất trong yêu cầu phân tích hệ thống ống dẫn là phương trình Hardy Cross.Yêu cầu này phụ thuộc vào dòng chảy trong ống thừa nhận đó là một điều kiện thỏa quy luậtn. Độ giảm thế năng trong một vòng lặp đóng là được tính toán và sau đó là sự lựa chọn dòng đáp ứng đúng nhu cầu của sự nối tiếp cho tới khi điều kiện 2 là xác định không quá một số dư được chấp nhận.

b. Áp suất chung

Các bước thiết kế ưu tiên được tập trung trong sự ước lượng áp suất và nhiệt độ và thiết kế vận tốc dòng chảy trong hệ thống ống dẫn. các điều kiện hoạt động của hệ thống được thành lập, giới hạn nhỏ nhất độ dày thành ống là giá trị được xác định cơ bản trong yêu cầu áp suất chung.

Page 22: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Thiết kế quá trình để ý tới áp suất chung sử dụng quy định bắt buộc, xác định độ dày bắt buộc cơ bản, nhu cầu và sản xuất sức chịu đựng của độ dày thành ống để xác định giới hạn nhỏ nhất của độ dày thành ống.

Quy định bắt buộc đối với chất liệu kim loại làm ống thường bao gồm các quy luật (codes) thiết kế thích hợp. các quy luật phải được sử dụng để xác định các quy luật bắt buộc cơ bản trong sự xác định các ứng dụng và nguyên liệu theo lí thuyết.

Đối với chất liệu làm ống không rõ ràng trong danh sách quy luật ứng dụng, xác định các quy định bắt buộc được căn cứ vào sự chuyển tiếp những quy luật ứng dụng và thiết kế kĩ thuật tốt. Chẳng hạn, sự liên quan tới thiết kế là dạng địa chỉ dạng này của việc xác định những yêu cầu bắt buộc bao gồm trong ASME B31.3 Sec. 302.3.2. Những yêu cầu được sử dụng gang thép, sắt dẻo, và một số chất liệu khác thuộc nhóm ASME B31.3.

Sau những quy định bắt buộc được thành lập cho ứng dụng, giới hạn nhỏ nhất cho độ dày thành ống phụ thuộc vào xác định áp suất chung. Dành cho các vật liệu ống thẳng, sự xác định này có thể được sản xuất sử dụng phụ thuộc vào nhu cầu của ASME B31.3 thông thường được mô tả ở dưới (nhìn mã dành thêm cho các thông tin). Thủ tục và ví dụ tiếp theo miêu tả cho sự xác độ dày tối thiểu ống dẫn cần sử dụng trong các quy luật khác so với ASME B31.3 là tương tự và thường theo một cách tiếp cận tổng thể.

Với tm tổng độ dày tối thiểu ống dẫn phụ thuộc vào cho áp suất chung ,mm (in)

t độ dày thiết kế áp suất, mm (in)

A tổng của chiết khấu(allowances?) cơ khí và sự ăn mòn

Page 23: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học
Page 24: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học
Page 25: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

b.Tích phân áp suất

Các bước thiết kế trước đó đã tập chung vào việc thẩm định cơ sở thiết kế áp suất, nhiệt độ và thiết kế lưu lượng dòng của hệ thống đường ống.

Một khi các điều kiện vận hành hệ thống đã được thiết lập thì độ dày thành tối thiểu được xác định dựa trên yêu cầu của tính toàn ven áp suất.

Quá trình thiết kế xét đến tính toàn ven áp suất sử dụng các ứng suất cho phép, độ dày cho phép dựa trên các yêu cầu hệ thống và dung sai độ dày thành ống sản xuất để xác định độ dày thành ống tối thiểu.

Page 26: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Giá trị ứng suất cho phép đối với nguyên liệu đường ống kim loại thường có trong những tiêu chuẩn thiết kế áp dụng. Tiêu chuẩn phải được sử dụng để xác định các ứng suất cho phép dựa trên các yêu cầu của việc áp dụng và vật liệu được quy định.

Đối với đường ống vật liệu không đặc trưng được liệt kê theo một tiêu chuẩn áp dụng, việc xác định ứng suất cho phép dựa trên các tài liệu tham khảo tiêu chuẩn áp dụng và thiết kế kỹ thuật tốt. Ví dụ, tài liệu tham khảo thiết kế mà giải quyết kiểu xác định ứng suất cho phép này được chứa trong ASME B31.3 Sec. 302.3.2. Những yêu cầu giải quyết việc sử dụng gang, sắt dễ uốn và các vật liệu không cụ thể khác được liệt kê theo ASME B31.3 Sec. 302.3.2 Những yêu cầu giải quyết việc sử dụng gang, sắt và các vật liệu khác không đặc trưng được liệt kê theo ASME B31.3.

Sau khi ứng suất cho phép đã được thiết lập cho việc áp dụng, thì độ dày thành ống tối thiểu cần thiết cho áp suất tổng cũng được xác định. Đối với đường ống kim loại thẳng, việc xác định này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các yêu cầu của ASME B31.3 Sec. 304 hoặc các mã ứng dụng khác. Việc xác định độ dày thành ống tối thiểu sử dụng ASME B31.3 có phương pháp được mô tả dưới đây (xem mã để biết thêm thông tin). Phương pháp và ví dụ dưới đây minh họa cho việc xác định độ dày thành tối thiểu bằng cánh sử dụng các mã tiêu chuẩn khác với ASME B31.3 mà tương tự nhau và thường theo cùng một phương pháp tiếp cân tổng thể.

Trong đó:

tm = độ dày tường tối thiểu cần tìm đối với trường hợp áp suất tổng, mm (in)

t = độ dày thiết kế áp suất, mm (in)

A = tổng của cơ học cho phép với độ ăn mòn cho phép và độ sói mòn cho phép, mm (in)

Các ứng suất gồm độ dày do các phương pháp kết nối, sự ăn mòn/sự sói mòn, và tải trọng bất thường bên ngoài ống. Một số phương pháp kết nối các đoạn ống dẫn đến kết quả làm giảm độ dày thành ống. Các phương pháp kết nối sẽ phụ thuộc vào ứng suất này gồm sự cắt ren, sự bào rãnh, và swagging.

Dự đoán sự vát mỏng của vật liệu do tác động của ăn mòn hoặc mài mòn cơ học trong suất thời gian phục vụ thiết kế của đường ống đối với một số ứng dụng. Cuối cùng điều kiện vị trí cụ thể có thể yêu cầu sức bền bổ sung để tính toán cho tải trọng hoạt động bên ngoài (độ dày ứng suất đối với sức bền cơ học do tải trọng bên ngoài). Ứng suất liên quan

Page 27: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

tới các tải trọng cần được xem xét cùng với những ứng suất liên quan tới áp suất tổng của đường ống. Độ dày thành lớn nhất yêu cầu dựa trên áp suất tổng hoặc tải trọn bên ngoài sẽ điều chỉnh độ dày thành ống tiêu chuẩn cuối cùng. Phần 3-4 phân tích chi tiết ứng suất.

Sử dụng thông tin trên các đặc tính của chất lỏng, lượng ăn mòn và sói mòn cho phép cần thiết đối với các vật liệu khác nhau của sự xây dựng có thể được xác định để đảm bảo đáp ứng hợp lý cho cuộc sống. Bổ sung thông tin liên quan đến việc xác định khả năng chống ăn mòn có thể chấp nhận được và ứng suất nguyên liệu cho các loại chất lỏng khác nhau có trong phần 3-1a.

Công thức tổng thể được sử dụng bởi ASME B31.3 để thiết kế độ dày tố thiểu áp suất xác định (t) là:

Trong đó:

P = áp suất thiêt kế, MPa (psi)

D0 = đường kính ngoài của ống, mm (in)

S = ứng suất cho phép, xem bảng A – 1 từ ASME B31.3, MPa (psi)

E = hiệu quả mối hàn hoặc yếu tố chất lượng, xem bảng A – 1A hoặc bảng A – 1B từ

ASME B31.3

y = hằng số kích thước nhỏ liên tục thay đổi theo nhiệt độ, được xác định như sau:

Với t < D0/6 xem bảng 304.1.1 từ ASME B31.1 đối với giá trị của y

Với t D0/6 hoặc P/SE > 0.385, sau đó xem xét lý thuyết hỏng hóc, sự giảm sức chịu đựng và ứng suất nhiệt có thể được yêu cầu hoặc ASME B31.3 cũng cho phép sử dụng các phương trình sau đây để tính toán y:

Trong đó:

Di = đường kính trong của ống, mm (in)

Page 28: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

D0 = đường kính ngoài của ống, mm (in)

A = tổng của độ bền cơ học cho phép với độ ăn mòn cho phép và độ sói mòn cho phép, mm

(in)

Ví dụ Bài 5:

Để minh họa rõ hơn quá trình xác định độ dày tối thiểu, ví dụ tại mục 3-2b sẽ được sử dụng để xác định độ dày thành của 2 ống. Đối với 150 mm (6 in) tiêu đề, giá trị của các biến là:

P = 18.3 MPa (2650 psi)

D0 = 160 mm (6.299 in)

S = 121 MPa (17500 psi)

Coi t < 12.75 in/6, do đó y = 0.4 từ ASME B31.3

A = 2 mm (0.08 in)

E = 1.0

Lời giải:

Bước 1. Xác định độ dày thành tối thiểu.

Do đó,

Page 29: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Bước 2. Độ dài thương mại thành ống cho phép đối với cán ống liền mạch là +0, -12 ½%, do đó để xác định độ dày thành ống danh nghĩa thì độ dày thành tối thiểu được chia bởi độ dày thành nhỏ nhất có thể được thừa nhận bởi sự sản xuất cho phép.

Bước 3. Lựa chọn một ống dẫn thương mại sẵn có bằng cánh đề cập đến một đặc điểm kỹ thuật thương mại. Đối với Mĩ, hệ làm việc B36.10M/B36.10 ANSI được sử dụng một cách thương mại; ống thương mại gần nhất 150 mm (6 in) có độ dày vượt quá 15.3 mm (0.603 in) lịch trình 160 cùng với một độ dày danh nghĩa 18.3 mm (0.719 in). Do đó, ống 150 mm (6 in) lịch trình 160 đáp ứng các yêu cầu của ASTM A 106 hạng C được chọn cho sự áp dụng này. Cách tính này không xem xét những ảnh hưởng của sự uốn. Nếu tải trọng uốn đang xem xét thì độ dày thành cần thiết có thể tăng lên.

Bước 4. Với ống phun 100 mm (4 in), đường kính ngoài của ống 100 mm (4 in) = 110 mm (4.331 in).

Page 30: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Yêu cầu độ dày ống theo lý thuyết là 11.7 mm (0.459 in)

Bước 5. Chọn một ống dẫn thương mại sẵn có bằng cách đề cập đến một tiêu chuẩn thương mại . Sử dụng B36.10M/B36.10 ANSI, ống XXS với độ dày thành ống danh nghĩa 17.1 mm (0.674 in) được lựa chọn.

Bước 6. Kiểm tra độ dày thành đối với ống được lựa chọn 100 mm (4 in) lịch trình XXS đủ để chịu được sự hỏng van xả. Cầu ngắt đầu tiên của máy bơm được cho là 2350 m(7710 ft) và thể tích riêng của nước được tăng áp ở 177 EC (350 EF) đã được xác định trước là 0.001110 m/kg (0.01778 ft/lbm). Áp suất cân bằng tới cầu ngắt đầu tiên của máy bơm có thể được tính toán dựa trên thể tích riêng cụ thể này.

Bước 7. Vì trước đó đã xác định áp suất tối đa cho phép 35.3 MPa (5265 psi) định mức của ống XXS vượt quá 20.8 MPa (3020 psi) cầu ngắt đầu tiên của bơm thích hợp cho danh nghĩa áp dụng.

Các quy trình thiết kế trình bày trong các vấn đề đang hoạt động là hợp lệ cho thép hoặc vật liệu sắt khác có mã đã được phê chuẩn. Chúng sẽ không được hợp lệ trong gang hoặc

Page 31: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

đường ống gang dẻo và phụ kiện. Đối với đường ống các quá trình thiết kế phù hợp để sử dụng với gang hoặc ống gang dẻo, xem ASME B31.1, phần 104.1.2(b)

3-4 Phân tích áp lực

Sau khi vật liệu đường ống, áp lực thiết kế và kích cỡ đã được chọn thì một sự phân tích áp lực được thực hiện có liên quan tới hệ thống đường ống được lựa chọn để bố trí đường ống (đoạn 2-6) và hỗ trợ hệ thống đường ống ( đoạn 3-7 ). Các phân tích đảm bảo rằng hệ thống đường ống đáp ứng sự phục vụ và yêu cầu điều kiện cần thiết trong khi tối ưu hóa sự thiết kế và sự chống đỡ của thiết bị. Các phân tích có thể dẫn tới những kết quả inssuccessive reiterations cho đến khi một sự cân bằng mối nối giữa ứng suất và hiệu quả thiết kế, giữa ứng suất và vị trí chống đỡ. Những sự phân tích ứng suất có thể là một sự phân tích đơn giản hóa hoặc một sự phân tích máy tính hóa phụ thuộc trên độ phức tạp hệ thống và mã thiết kế.

a.Mã điều kiện

Nhiều mã ASME và ANSI chứa các dữ liệu tham khảo, các công thức, và giới hạn chấp nhận được cần thiết để phân tích ứng suất của hệ thống đường ống áp lực khác nhau và sự phục vụ. ASME đòi hỏi sự phân tích của 3 giới hạn ứng suất : ứng suất do tải trọng lâu dài, ứng suất do dòng dịch chuyển và ứng suất do tải trọng thường xuyên. Mặc dù không được giải quyết bằng mã, nhưng một hiệu quả vẫn được rút ra từ những ứng suất mà được kiểm tra là sự giảm sức chịu đựng.

b.Ứng suất do tải trọng bền vững

Phân tích ứng suất do tải trọng bền vững bao gồm ứng suất tải trọng áp lực nội bộ, áp lực và ứng suất áp lực bên ngoài theo chiều dọc. ASME B31.3 xem xét ứng suất do áp lực nội bộ và bên ngoài để được an toàn nếu độ dày thành đáp ứng được các yêu cầu của tính toàn ven áp lực (đoạn 3 - 3b). Tổng của ứng suất theo chiều dọc trong hệ thống đường ống là kết quả từ trọng lượng, áp lực và bất kì tải trọng bền vững khác không vượt quá tiêu chuẩn ứng suất cho phép ở nhiệt độ kim loại tối đa.

Trong đó:

SL = Ứng suất theo chiều dọc, MPa (psi)

SH = Tiêu chuẩn ứng suất cho phép ở nhiệt độ kim loại tối đa, MPa (psi), từ mã (ASME B31.3

Page 32: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

phụ lục A).

Áp suất bên trong đường ống thông thường sản sinh các ứng suất trong thành ống vì lực áp suất được bù đắp bởi ứng suất đường ống. Trường hợp ngoại lệ là do transients áp lực như búa nước có thêm tải trọng để hỗ trợ đường ống. Ứng suất theo chiều dọc từ áp suất được tính theo công thức:

Trong đó:

SL = ứng suất theo chiều dọc, MPa (psi)

P = áp lực nội bộ thiết kế,MPa (psi)

D0 = đường kính ngoài ống, mm (in)

t = độ dày thành ống, mm (in)

Những ứng suất theo chiều dọc do khối lượng phụ thuộc vị trí hỗ trợ và kéo dài đường ống. Một phương pháp đơn giản để tính toán ứng suất đường ống là:

Trong đó:

SL = ứng suất theo chiều dọc, MPa (psi)

W = sự phân bố trọng lượng của ống vật liệu, nội dung và sự cách điện, N/m (lbs/ft)

L = độ dài đường ống, m (ft)

n = số chuyển đổi, 10-3m/mm (1 ft/12 in)

Z = mô đun uốn của ống, mm3 (in3)

D0= đường kính ngoài ống, mm (in)

Di = đường kính trong ống, mm (in)

Page 33: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

c.Ứng suất do sức căng chuyển đôi

Hạn chế của đường ống chuyển đổi do dãn nở nhiệt, hoạt động địa chấn hoặc các hoạt động hỗ trợ đường ống và thiết bị đầu cuối gây ra các ứng suất cục bộ. Những điều kiện cục bộ hóa có thể gây ra sự hỏng đường ống hoặc rò rỉ từ sự giảm khả năng chịu áp tại các khớp nối hoặc biến dạng. Để đảm bảo rằng hệ thống đường ống có đủ linh hoạt để ngăn chặn sự hỏng hóc, tiêu chuẩn ASME B31.3 đòi hỏi rằng các ứng suất chuyển đổi không vượt quá phạm vi ứng suất cho phép.

Trong đó:

SE = ứng suất chuyển đổi phạm vi, Mpa (psi)

SA = ứng suất chuyển đổi phạm vi cho phép, Mpa (psi)

Trong đó:

SA = ứng suất chuyển đổi phạm vi cho phép, Mpa (psi)

f = chỉ số giảm ứng suất

Sc = ứng suất cơ bản cho phép của nhiệt độ vật liệu tối thiểu, Mpa (psi) từ mã (ASME B31.3

phụ lục A).

Sh = ứng suất cơ bản cho phép của nhiệt độ vật liệu tối đa, Mpa (psi) từ mã (ASME B31.3

phụ lục A).

SL = ứng suất theo chiều dọc, MPa (psi)

Trong đó:

f = chỉ số giảm ứng suất

Page 34: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

N = Số tương đương của chu kì chuyển đầy đủ trong suốt thời gian dự kiến phục vụ, < 2.10-6

Trong đó:

SE = ứng suất chuyển đổi phạm vi, Mpa (psi)

Sb = ứng suất kết quả uốn, Mpa (psi)

St = ứng suất xoắn, Mpa (psi)

Trong đó:

Sb = ứng suất kết quả uốn, Mpa (psi)

ii = trong mức yếu tố cường độ ứng suất (xem bảng mã ASME B31.3 phụ lục D)

Mi = trong mức mômen uốn, N – m (lb – ft)

i0 = ngoài mức yếu tố cường độ ứng suất (xem bảng mã ASME B31.3 phụ lục D)

M0 = ngoài mức mômen uốn, N – m (lb – ft)

n = số chuyển đổi

Z = mô đun uốn của ống, mm3 (in3)

Trong đó:

D0 = đường kính ngoài ống, mm (in)

Di = đường kính trong ống, mm (in)

Trong đó:

Page 35: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

St = ứng suất xoắn, MPa (psi)

Mt = mô men xoắn, N – m (lb-ft)

n = số chuyển đổi

Z = mô đun uốn của ống, mm3 (in3)

Sự phân tích hình thức uốn là không cần thiết khi: (1) hệ thống đường ống mới thay thế là cùng loại hoặc không có thay đổi đáng kể, một hệ thống với sự ghi chép thành công; (2) một hệ thống đường ống mới với có thể dễ dàng đánh giá bằng cách so sánh với hệ thống trước đó; và (3) hệ thống đường ống mới có kích thước đồng đều, có 2 hoặc ít hơn điêm cố định, không có hạn chế trung gian và đáp ứng các điều kiện kinh nghiệm.

Trong đó:

D0 = đường kính ngoài ống, mm (in)

Y = kết quả tổng của sức căng chuyển đổi, mm (in)

L = độ dài ống giữa các nút cuối, m (ft)

Ls = khoảng cách đường thẳng giữa các nút cuối, m (ft)

K1 = hằng số, 208.3 đối với hệ đơn vị SI (0.03 đối với hệ đơn vị IP)

c. Ứng suất do trọng tải ngẫu nhiên

Tổng của ứng suất theo chiều dọc do cả tải trọng ổn định và ngẫu nhiên không vượt quá 1.33 lần ứng suất cơ bản cho phép ở nhiệt độ vật liệu tối đa.

E SNL # 1.33 Sh

Trong đó :

SNL = ứng suất theo chiều dài do tải trọng ổn định và ngẫu nhiên, Mpa (psi)

Sh =ứng suất cơ bản cho phép của nhiệt độ vật liệu tối đa, Mpa (psi) từ mã (ASME B31.3 phụ

lục A).

Page 36: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Những ứng suất theo chiều dọc do tải trọng ổn định được thảo luận như trong đoạn 3-4b. Các tải trọng ngẫu nhiên được phân tích bao gồm động đất, gió ,tuyết và băng và động lực. ASME B31.3 tương tự mà tải trọng động đất và gió không được coi là hành động đồng thời

f. Sự giảm sức chiu đựng

Khả năng chống lại sự giảm sức chịu đựng là khả năng chống lại sự bắt đầu nứt và sự lan rộng dưới tải trọng lặp đi lặp lại theo chu kỳ. Khả năng kháng sự giảm sức chịu đựng của vật liệu tại một tải trọng được áp dụng phụ thuộc vào nhiều biến số bao gồm cả sức bền, độ dẻo, bề mặt, hình thức sản phẩm, ứng suất còn lại, và định hướng hạt.

Hệ thống đường ống thường giảm sức chịu đựng với chu kì thấp, chu kì tải trọng ứng dụng hiếm khi vượt quá 105. Sự giảm sức chịu đựng với chu kì thấp được ngăn chặn trong thiết kế bằng cách đảm bảo rằng số lượng dự đoán của chu kì tải trọng cho sự tồn tại của hệ thống ít hơn số lượng cho phép trên một đường cong giảm sức chiu đựng, hoạc đường cong SN, tương quan ứng suất áp dụng với chu kì giảm sức chịu đựng cho vật liệu. Bởi vì hệ thống đường ống nói chung phụ thuộc vào các điều kiện hoạt động có thể khiến hệ thống đường ống áp lực có độ lớn khác nhau đáng kể, các phương pháp sau đây có thể được sử dụng để kết hợp các hiệu ứng giảm sức chịu đựng khác nhau.

Trong đó:

U= yếu tố sử dụng tích lũy

ni = số chu kì hoạt động ở mức độ ứng suất i

Ni = số chu kì ứng suất hỏng như đường cong giảm sức chịu đựng

Giả thiết là sự giảm sức chịu đựng thiệt hại sẽ xảy ra khi các yếu tố sử dụng tích lũy bằng 1.0.

3-5. Vật liệu canh, đệm và bắt bulông

Liên kết với các tổ chức kỹ thuật khác như ASME, ANSI đã phát triển một số áp suất-nhiệt độ xếp hạng được xác định trước và các tiêu chuẩn cho các thành phần hệ thống đường ống. Ốngs mặt bích và phụ kiện bích thường được chỉ định và được thiết kế để

Page 37: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

ASME B16.5 cho hầu hết các vật liệu đường ống chất lỏng quá trình. Ngoại lệ chính là đường ống sắt dễ uốn, thường được chỉ định và được thiết kế theo tiêu chuẩn AWWA.Việc sử dụng các tiêu chuẩn toàn ven áp lực ASME nói chung phù hợp với các quá trình được mô tả dưới đây.

a. Mặt ghép nối

Bảy lớp áp lực – 150, 300, 400, 600, 900, 1500, và 2500 - được cung cấp cho mặt bích trong ASME B16.5. Các đánh giá này được trình bày trong một định dạng ma trận cho 33 nhóm nguyên liệu, vói xếp hạng áp lực và nhiệt độ làm việc tối đa. Để xác định các lớp áp lực cần thiết cho một mặt bích:

Bước 1. Xác định áp suất và nhiệt độ hoạt động tối đa.

Bước 2. Tham khảo bảng đánh giá áp lực đối với nhóm vật liệu ống, và bắt đầu từ cột 150 ở nhiệt độ đánh giá là cao nhất ở trên nhiệt độ hoạt động tối đa.

Bước 3. Tiến hành thông qua các cột trong bảng trên hàng nhiệt độ đã chọn cho đến khi đạt được một đánh giá áp suất vượt quá áp suất vận hành tối đa.

Bước 4. Nhãn cột mà tại đó áp suất vận hành tối đa vượt quá ở nhiệt độ bằng hoặc cao hơn nhiệt độ hoạt động tối đa là lớp áp lực yêu cầu cho mặt bích.

Ví dụ Vấn đề 6:

Một ống niken, hợp kim 200, là cần thiết để hoạt động ở áp suất tối đa là 2,75 MPa (399 psi) và 50EC (122EF).

Giải pháp:

Hợp kim niken 200 được rèn cho vật liệu lắp ráp được sản xuất phù hợp với ASTM B 160 lớp N02200 mà là một ASME B16.5 vật liệu nhóm 3,2. Nhập Bảng 2-3.2 trong ASME B16.5 ở 200 độ F, nhiệt độ đánh giá tiếp theo trên 50 EC (122 EF), một mặt bích lớp 400 được tìm thấy để có 3,31 MPa (480 psi) Đánh giá và do đó phù hợp với điều kiện vận hành.

Nên cẩn thận khi giao cấu các mặt bích phù hợp với AWWA C110 với mặt bích được quy định cụ thể bằng cách sử dụng ASME B16.1 B16.5 tiêu chuẩn. Ví dụ, mặt bích C110 đánh giá cao nhất cho 1,72 MPa (250 psi) đã phải đối mặt và khoan giống hệt nhau để B16.1 lớp 125 và B16.5 lớp 150 mặt bích, tuy nhiên, mặt bích C110 đánh giá cao nhất cho 1,72 MPa (250 psi) sẽ không giao cấu với mặt bích B16. 1 lớp 250.

Page 38: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

b. Gioong

Những vòng gioong và lớp đệm hàn kín được lựa chọn cẩn thận để đảm bảo cho một hệ thống kín. Một loạt các loại gioong bao gồm các vật liệu khác nhau như sản phẩm bằng kim loại hoặc sản phẩm bằng cao su. Hai tham số chính được xem xét, lực hàn kín và khả năng tương thích. Lực đó là cần thiết tại mặt trung gian được cung cấp bởi các nhà sản xuất đệm. Rò rỉ sẽ sảy ra trừ khi miếng gioong lấp đầy và việc hàn kín loại bỏ được tất cả các khiếm khuyết.

Vật liệu kim loại hoặc đàn hồi được sử dụng phù hợp chống chịu được với tất cả dung dịch ăn mòn hoặc vật liệu được kết nối và có khả năng chống suy thoái nhiệt độ.

Gioong có thể là kim loại hoặc vật liệu không kim loại. Gioong kim loại là phổ biển được thiết kế để ASME B16.20 và gioong không kim loại được thiết kế để ASME B16.21. Kích thước thực tế của các gioong được lựa chọn dựa trên các loại đệm và tỷ trọng của nó, tính linh hoạt, bền với lưu chất, nhiệt độ giới hạn, và sự cần thiết cho sự nén vào đường kính bên trong, bên ngoài của nó hoặc cả hai. Chiều rộng của tấm đệm được chia thành ba loại như là nhóm 1, nhóm 2, nhóm 3. Thông thường bề mặt của tấm đệm càng hep thì bị nén càng cao.

Tham khảo ý kiến của nhà sản xuất nếu gioong đang được xác định mỏng hơn 3,2mm(1/8), hoặc nếu gioong kim loại được quy định để được một cái gì đó khác hơn rubber.11. Đối với vật liệu không kim loại, việc cài đặt quá trình là rất quan trọng. Quy trình cài đặt của nhà sản xuất cần được theo dõi chính xác. Việc nén áp suất được sử dụng phụ thuộc vào tải buloong trước khi áp suất bên trong được áp vào. Thông thường, nén gasket cho dải mặt bích lớn từ 28 đến 43 lần trong các tầng từ 150 đến 400, và từ 11 đến 28 lần cho các tầng 600 đến 2500 với một giả định áp suất căng buloong là 414MPa(60000psi). Lực nén ban đầu thông thường được sử dụng cho các loại vật liệu được cho trong bảng 3-4 dưới đây

Page 39: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Bảng 3-4Sức chịu nén của Gioong

Vật liệu gioong Sức nén ban đầu MPa (psi)

Cao su mềm 27.6 – 41.4(4000- 6000)

Amiang nhiều lớp 82.7- 124(12000- 18000)

composit 207(30000)

Gioong kim loại 207- 414(30000- 60000)

Chú ý: Những hướng dẫn này được chấp nhận trong thực tiễn. Thiết kế phù hợp với những khuyến nghị của nhà sản xuất.Nguồn: SAIC, 1998

Bên cạnh việc nén ban đầu, còn có một giá trị nén khác, sau khi áp suất bên trong được áp dụng, cần phải duy trì giá trị đó. Một giá trị đệm nén nhỏ nhất là 4 đến 6 lần áp suất tiêu chuẩn thực tiễn. Xem đoạn 3-5c, sau đó xác định tải sàng và mo-men xoắn.

c. Vật liệu làm buloong và đai ốc

Buloong thép carbon, theo tiêu chuẩn ASTM A307 với lớp vật liệu B, thường được sử dụng để làm gioong thép cho buloong. Các buloong có độ bền cao hơn có thể được sử dụng nơi gang đúc mặt bích được thiết kế và lắp đặt với các gioong toàn bề mặt và sắt dễ uốn mặt bích được thiết lập cho các vật liệu khác mặt bích, vật liệu sàng chấp nhận được bảng tỏng ASME B16.5. Phân luồng cho buloong vào đai ốc thường phải phù hợp theo tiêu chuẩn ASME B1.1.

Page 40: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Các yêu cầu mã cho buloong được có trong phần III, và VIII của ASME nồi hơi và bình chịu áp suất. Để xác định tải trọng buloong trong thiết kế của một mặt bích kết nối thường thì sử dụng các loại đệm vòng, hai phân tích được xác lập và điều kiện quan trọng nhất được áp dụng. Hai phân tích này là điều kiện hoạt động và sự thiết lập đệm.

Trong điều kiện hoạt động bình thường, mặt bích kết nối chống lại lực cuối cùng của thủy tĩnh của áp áp lực và duy trì đủ độ nén trên gioong để đảm bảo một kết nối rò rỉ. Tải trọng buloong được tính theo :

Wml * 0.785 G2P * (2 b)(3.14 G m P)

trong đó:

Wml : tải trọng buloong tối thiểu cho các điều kiện hoạt động, N(lb)

G: đường kính đệm, mm(in)

P: áp suất thiết kế, Mpa(psi)

b hiệu suất bề rộng của đệm thiết lập, mm(in)

m các yếu tố của đệm, xem bảng 3-5

Yêu cầu khu vực buloong như sau:

Aml * Wml/ Sb

Trong đó: Aml tổng diện tích mặt cắt tại đầu của luồng.

Sb áp lực căng cho phép của buloong tại nhiệt độ thiết kế, MPa(psi)

Gasket seating thu được với một tải trọng ban đầu trong quá trình thiết lập thông số nhiệt độ và áp suất không khí. Tải trọng buloong cần thiết là:

Wm2* 3.14*b*G*y

Trong đó: Wm2 tải trọng nhỏ nhất của buloong cho gasket seating, N(lbs)

b hiệu suất bề rộng của đệm thiết lập, mm(in)

G: đường kính đệm, mm(in)

y tải trọng gasket seating đơn vị, MPa(psi), bảng 3-5

Yêu cầu khu vực buloong như sau:

Page 41: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Am2*(Wm2/Sa)

Am2 tổng diện tích mặt cắt ở luồng, mm2

Wm2 tải trọng nhỏ nhất của buloong gasket seating, N(lbs)

Sa : buloong căng ở nhiệt độ môi trường cho phép, MPa(psi)

Table 3-5Thừa số gioong và ứng suất chịu đựng của gioong

Vật liệu Thừa số gioong,m

Ứng suất cục bộ cực tiểu, y, MPa(psi)

Các loại nguồn năng lực 0 0(0)

Chất đàn hồi mà không có vảiDưới 75A shore Durometer>= 75A shore durometer

0.51.0

0(0)1.38(200)

Chất đàn hồi được chèn thêm vải cotton 1.25 2.76(400)

Chất đàn hồi được thêm vải amiang3-ply2-ply1-ply

2.252.502.75

15.2(2200)20(2900)25.5(3700)

Spiral- wound metal, asbestos filledCarbonStainless steel, monel and nickel-based alloys

2.503.00

68.9(10000)68.9(10000)

Tấm chèn kim loại, vỏ bọc amiang hoặc aming chèn thêmsoft aluminum soft copper or brassiron or soft steelMonel or 4% to 6% chrome stainless steels and nickel-based alloys

2.502.753.003.253.50

20.0(2900)25.5(3700)31(4500)37.9(5500)44.8(6500)

Page 42: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Tấm kim loạiNhôm mềmSắt hoặc sắt dẻoĐông mềm hoặc đồng thauMonel or 4% to 6% CrThép không rỉ và hợp kim Nikel-base

2.753.003.253.503.75

25.5(3700)31(4500)37.9(5500)44.8(6500)52.4(7600)

Ring jointSắt hoặc sắt dẻoMonel hoặc 4-6% CrThép không rỉ và hợp kim Nikel-base

5.506.06.50

124(18000)150(21800)179(26000)

Chú ý: Bảng trên cung cấp một danh sách một số thông tin về vật liệu đệm thường được sử dụng và liên kết với thiết kế giá trị của m và y. Những giá trị này đã được chứng nhận đạt yêu cầu trong dịch vụ thực tế. tuy nhiên các giá trị khuyến khích và không bắt buộc, nên tham khảo ý kiến của nhà sản xuất về các giá trị khác.

Nguồn: ASME section VIII of the Boiler and Pressure Vessel Code, Appendix 2, table 2-5.1

Tải trọng buloong lớn nhất và diện tích mặt cắt ngang của buloong kiểm soát việc thiết kế. Sàng này được lựa chọn để phù hợp với những yêu cầu diện tích mặt cắt ngang:

As * 0.7854(D.(0.9743/N))2

As: diện tích căng của tia, mm2

D: đường kính tia, mm

N: đại lượng trên 1 đơn vị chiều dài, 1/mm

Mô men xoắn được tính bằng cách sử dụng tải trọng tia kiểm soát:

Tm*Wm KDn

trong đó:

Tm: momen xoắn, N-m(in-lb)

Wm: tải trọng yêu cầu, N(lb)

K: hệ số momen xoắn ma sát: =0.2 nếu khô

=0.15 nếu bôi trơn

Page 43: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

D: đường kính của tia, mm

Nn: hệ số chuyển đổi, 10-3m/mm đối với hệ đo lwong SI

3-6. Pipe identification

Đường ống trong khu vực tiếp xúc và trong không gian đường ông tiếp cận được cung cấp bởi băng màu sắc và phần liền kề với tất cả các van không cách nó quá 12m dọc theo chiều đường ống chạy, tiếp giáp với hướng thay đổi, cả hai bên nơi đường ống đi qua tường, sàn. Xác định đường ống được quy định cụ thể dựa trên

CEGS 0900, cung cấp thêm chi tiết và thường là một số văn bản hợp đồng. Bảng 3-6 là bảng tóm tắt một số yêu cầu.

a. Các vật liệu

Hệ thống đường ống mang vật liệu không được liệt kê trong bảng 3-6. Được giải quyết trong thiết kế đường ống chất lỏng quá trình phù hợp với ANSI A13.1 trừ các quy định khác bởi các cơ quan sử dụng. ANSI A13.1 có ba loại chính: vật liệu độc hại, vật liệu ít độc hại và vật liệu dập tắt lửa. Tất cả các vật liệu độc hại(chất độc, chất phóng xạ, chất dễ nổ…) thường có màu vàng, dải màu, và màu đen huyền.Tất cả những vật liệu nguy hiểm ở mức thấp(chất lỏng, chất lỏng phụ gia ) thường có màu xanh lá cây, dải băng và màu trắng. Vật liệu dập tắt lửa có màu đỏ hoặc màu trắng.

3-7. Đường ống hỗ trợ

Cẩn thận thiết kế đường ống hỗ trợ của hệ thống đường ống cấp trên là cần thiết để ngăn ngừa các lỗi. Thiết kế, lựa chọn, lắp đặt đường ống hỗ trợ theo hiệp hội các nhà sản xuất tiêu chuẩn của van và lắp đặt công nghiệp, Inc. Tiêu chuẩn (MSS) SP-58, SP-69, và SP-89. Mục tiêu của thiết kế các hệ thống hỗ trợ cho các hệ thống đường ống chất lỏng quá trình để ngăn chặn sự võng xuống của đường ống, thiệt hại cho đường ống và các phụ kiện. Thiết kế của hệ thống hỗ trợ bao gồm lựa chọn loại hệ thống hỗ trợ, vị trí thích hợp và khoảng cách hỗ trợ. Lựa chọn loại hỗ trợ và khoảng cách hỗ trợ có thể bị ảnh hưởng bởi khu vực địa chấn(xem phần 2-5b).

a. Vi trí hỗ trợ

Các địa điểm hỗ trợ đường ống phụ thuộc vào 4 yếu tố: kích thước đường ống, hình dạng đường ống, vị trí của van và phụ kiện, và cấu trúc có sẵn để hỗ trợ. Vật liệu đường ống riêng lẻ có thể xem như là độc lập với khoảng cách và vị trí hỗ trợ.

Page 44: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Kích thước đường ống liên quan đến khoảng cách cho phép tối đa mà giữa các đường ống hỗ trợ. Khoảng cách là một chức năng mà sự hỗ trợ phải thực hiện. Khi tăng kích thước đường ống, trọng lượng của đường ống cũng tăng lên. Lượng chất lỏng mà các đường ống có thể mang tăng lên, do đó làm tăng trọng lượng cho mỗi đơn vị chiều dài của đường ống.

Các cấu hình của hệ thống đường ống ảnh hưởng đến vị trí của đường ống hỗ trợ. Trong thự tế, đường ống hỗ trợ nên được nằm liền kề với đường ống thay đổi hướng. Nếu không thì phải thiết kế chiều dài của đường ống phải bằng hoặc nhỏ hơn đường ống hỗ trợ.

Như đã thảo luận trong chương 10, van yêu cầu chum tia độc lập hỗ trợ, cũng như máy móc và các phụ kiện khác. Các phần này góp phần cho tải trọng tập trung vào hệ thống đường ống. Hỗ trợ độc lập được cung cấp ở mỗi bên của tải trọng tập trung.

Vị trí, cũng như lựa chọn, hỗ trợ đường ống phụ thuộc vào cấu trúc có sẵn mà đường ống hỗ trợ có thể đính kèm. Điểm lắp đặt phải có khả năng thích ứng với tải trọng từ đường

Bảng 3-6: Mã màu cho việc thiết kế đường ốngMATERIAL LETTERS AND

BANDARROW LEGEND

Nước lạnh Xanh lá cây Trắng POTABLE WATER

Nước phòng cháy chữa cháy

Đỏ Trắng FIRE PR. WATER

Nước nóng Xanh lá cây Trắng H.WNước nóng tuần hoàn Xanh lá cây Trắng H.W.RCung cấp nước ở T cao Vàng Đen H.T.W.SNước quay vòng ở T cao Vàng Đen H.T.W.RLò hơi nước Vàng Đen B.FCấp nước ở T thấp Vàng Đen L.T.W.SNước quay vòng ở T thấp Vàng Đen L.T.W.RNgưng Cấp nước Xanh lá cây Trắng COND.W.SNgưng Nước quay vòng Xanh lá cây Trắng COND.W.RCung cấp nước ướp lạnh Xanh lá cây Trắng C.H.W.SQuay vòng nước ướp lạnh Xanh lá cây Trắng C.H.W.RNước xử lý Vàng Đen TR.WATERNguồn cấp hóa chất Vàng Đen CH.FEEDNén khí Vàng Đen COMP.AIRKhí đốt tự nhiên Xanh da trời Trắng NAT.GASFreon Xanh da trời Trắng FREONDầu nhiên liệu Vàng Đen FUEL OILHơi nước Vàng Đen STM.Nước ngưng Vàng Đen COND.Nguồn: USACE, guide specification 09900, Painting, General, table 1.

Page 45: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

ống hỗ trợ. Đường ống hỗ trợ không nằm ở nơi mà nó sẽ can thiệp với các thiết kế cần cân nhắc khác. Một số vật liệu đường ống không cần hỗ trợ trong khu vực sẽ tiếp xúc với các vật liệu đường ống với nhiệt độ môi trường xung quanh. Ngoài ra đường ống không được cứng nhắc nối vào bề mặt truyền nhiệt dao động. Trong trường hợp này, đường ống hỗ trợ cô lập các hệ thống đường ống từ dao động có thể làm ảnh hưởng đến cấu trúc ven toàn của hệ thống.

b. Support spans

Khoảng cách là một hàm của kích thước đường ống, các chất lỏng chuyển tải nhờ hệ thống đường ống, nhiệt độ của chất lỏng va nhiệt độ môi trường các khu vực xung quanh. Xác định khoảng cách cho phép tối đa, hoặc khoảng cách giữa các đường ống hỗ trợ, được dựa trên số lượng tối đa các đường ống dẫn có thể làm chệch hướng do tải trọng. Thông thường một độ lệch được cho phép là 2.5mm(0.1in), với điều kiện là sức căng ống được giới hạn tối đa lên tới 10,3 MPa(1500psi) hoặc thiết kế cho phép căng chia cho một yếu tố an toàn của 415, tùy theo điều kiện. Một số các nhà sản xuất hệ thống hỗ trợ cung cấp thông tin về sản phẩm của họ. Những dữ liệu này thường được lấy từ thực nghiệm và dựa trên kinh nghiệm thực tế. Một phương pháp để tính khoảng cách các hệ thống hỗ trợ như sau:

l*n(m*C*(ZS/W))0.5

trong đó:

l là khoảng cách, m(ft)

n: hệ số chuyển đổi, 10^-3m/mm(1ft/12in)

m: chùm hệ số, bảng 3-7

Z momen kháng mm3

S: sức căng thiết kế cho phép MPa(psi)

W: khối lượng trên chiều dài(N/mm)

Z*(Do4*Di

4/(32Do))

Trong đó: Z momen kháng, mm3

Do đường kính ngoài của ống, mm

Di đường kính trong ống , mm

Page 46: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Bảng 3-7 Beam coefficient(m)

m Beam characteristic

76.8 Simple, single spans185.2 Continuous, 2-spans

144.9 Continuous, 3-spans153.8 Continuous, 4 or more spans

Chú ý: những giá trị này được giả định là một chum với 2 đầu tự do và có một tải trọng xác định. Đối với hệ thống đường ống hỗ trợ cố định, hệ số chum thanh rung là có thể thích hợp.Nguồn: manual of steel construction, pp. 2-124 to 2-127

Đại lượng W, khối lượng trên chiều dài, là tổng trọng lượng phân bố đồng đều trên hệ thống đường ống, bao gồm cả trọng lượng của ống và trọng lượng lưu chất, vật liệu cách điện và lớp vỏ bao bọc, nếu thích hợp.

Do có nhiều loại vật liệu cách nhiệt, nên trọng lượng phải được tính toán sau khi được lựa chọn các loại vật liệu cách nhiệt, xem chương 11 cho thiết kế cách điện. Xác định trọng lượng của vật liệu cách nhiệt trên đường ống bằng công thức sau:

Wi K Ti (Do Ti)

trong đó:

Wi: trọng lượng của vật liệu cách điện trên chiều dài, N/mm

là trọng lượng riêng của vật liệu cách điện

K hệ số chuyển đổi, 10-9m3/mm3

Ti độ dầy của vật liệu cách điện, mm

Do đường kính ngoài của đường ống, mm

Khoảng cách thích hợp của hệ thống hỗ trợ là cần thiết cho sự bảo toàn cấu trúc của hệ thống đường ống. Khi hệ thống hỗ trợ mà khoảng cách không phù hợp thì sẽ làm cho lệch nhiều dòng chảy. Điều này có thể gây ra sự sai lệch về cấu trúc của hệ thống đường ống, thường là ở các khớp khớp nối và phụ kiện. Sức căng quá lớn cũng có thể gây nên sự ăn mòn vật liệu ống bằng cách gây ra sự căng trên đường ống và do đó, làm suy yếu khả năng chống chịu các chất lỏng ăn mòn.

Giá trị đại lượng võng, hoặc lệch được tính theo phương trình sau đây:

Page 47: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Y*(W(l/n)4/(mEI))

Trong đó:

y là độ lệch, mm

W: trọng lượng trên chiều dài, N/mm

l khoảng cách, m

n: hệ số chuyển đổi, 10-3m/mm

m: chum hệ số

E modun đàn hồi của vật liệu, MPa

I momen quán tính, mm4

I(/64)(Do4Di

4)

I: môen quán tính, mm4

Do: đường kính ngoài của ống

Di: đường kính trong ống

Khoảng cách hỗ trợ không đúng sẽ làm cho chất lỏng tụ lại ở địa điểm võng xuống của đường ống. đường ống hỗ trợ nên để ở khoảng cách đều nhau và gắn kết để đường ống sẽ thoát nước nhanh. Độ cao của hệ thống hỗ trợ ống dốc xuống nên thấp hơn độ cao của điểm thấp nhất của điểm võng xuống của đường ống. Điều này được xác định bằng cách tính toán số lượng điểm võng và về mặt hình học được xác định bằng sự khác biệt trong yêu cầu:

h (((l/n)2y)/(0.25(l/n)2y2))

h: sự khác biệt về độ cao của khoảng cách 2 đầu, mm

: khoảng cách, m

: hệ số chuyển đổi

y: độ nghiêng, mm

c. Kiểu hỗ trợ

Page 48: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Các loại hỗ trợ cũng không kém phần quan trọng trong việc thiết kế các hệ thống đường . Những áp lực và chuyển động truyền đến yếu tố đường ống trong sự lựa chọn này. Đường ống hỗ trợ không được làm hỏng vật liệu ống hoặc truyền các áp lực khác trên hệ thống đường ống. Loại hỗ trợ cơ bản được quyết định bởi sự chuyển động dự kiến ở mỗi vị trí hỗ trợ.

Đường ống hỗ trợ thiết kế ban đầu phải giải quyết được các tác động trọng tải hỗ trợ lẫn nhau. Thông thường, một tính toán thời điểm áp lực được sử dụng cho đường ống 2 chiều, và một phân tích chum đơn được sử dụng cho đường ống chạy thẳng.

Nếu một ống chuyển động tự do quanh trục do giãn nở, co lại bởi nhiệt độ hoặc chuyển động quanh trục khác, trường hợp này loại hỗ trợ con lăn được lựa chọn. Nếu sự chuyển động rất nhỏ do chuyển động quanh trục đứng và trục ngang thì giá treo cho phép các đường ống “có cánh” được lựa chọn. Nếu như chuyển động thẳng đứng là cần thiết, thì loại hỗ trợ lò xo hoặc bộ giảm chấn thủy lực được lựa chọn. các cấu trúc khác có yêu cầu và điều kiện có khả năng ảnh hưởng đến hệ thống đường ống và hệ thống hỗ trợ đường ống được phân tích. ống này được kết nối với các bình chứa hạng nặng hoặc thông qua dưới móng được bảo vệ khỏi giải quyết khác biệt giữa các khớp nối linh hoạt. Tương tự như vậy, đường ống gắn liền với các thiết bị dao động hoặc quay cũng gắn với các khớp nối linh hoạt.

Page 49: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

d. Lựa chọn giá đỡ

Việc lựa chọn loại giá đỡ phụ thuộc 4 tiêu chí: nhiệt độ của hệ, cơ chế mà ống gắn với giá đỡ, protective saddles that may be included with the support, và các thông tin đính kèm. Loại giá đỡ phổ biến nhất là loại phù hợp với MSS SP-58. Hình 3.2 đưa ra một số loại giá đỡ áp dụng cho hệ thống đường ống của quá trình xử lý chất lỏng. Việc lựa chọn một loại giá đỡ phù hợp tuân theo MSS SP-69. Bảng 3-8 đưa ra hướng dẫn chọn loại giá đỡ theo nhiệt độ của hệ. Một vài hệ thống đường ống sử dụng vòng kep bảo vệ giữa ống và giá đỡ. Điều này được thực hiện nhằm giảm áp lực lên đường ống. Loại giá đỡ ống điển hình là móc từ trên cao. Móc có thể được gắn vào trần, dầm hoặc kết cấu khác. Ống được đỡ từ bên dưới là tốt, với trụ đỡ ống hoặc trên giá đỡ. Với loại giá đỡ ống cố định có thể được gắn với 1 cấu trúc, hoặc chuyển động trục quay, tùy thuộc vào yêu cầu của hệ thố

Bảng 3-8Lựa chọn thiết bị hỗ trợ đặt nằm ngang : Tiêu chuẩn nhiệt độNhiệt độ Loại điển hình MSS SP-58 Áp dụng

A-1. Hệ nóng49 ÷ 2320C(120 ÷ 4500F)

2,3,241,5,7,9,10,35 đến 38,59,41,43 đến 46,39,40

Kep Giá mócTrượtCon lănCách nhiệt

B. Hệ ở điều kiện môi trường16 ÷ 480C(60 ÷ 1190F)

3,4,24,26,1,5,7,9,10,35 đến 38,59,41,43 đến 46, 39,40

Kep Giá mócTrượtCon lănCách nhiệt

C-1. Hệ lạnh1 ÷ 150C(33 ÷ 590F)

3,4,26,1,5,7,9,10,36 đến 38,59,41,43 đến 46,40

Kep Giá mócTrượtCon lănCách nhiệt

Nguồn: MSS SP-69,pp.1,3-4

Page 50: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Khớp xoay tròn – loại 6 Đai ốc siết dạng tròn – loại 11

Giá treo ống – loại 5 Khớp xoay băng tròn – loại 10

Gá treo bọc thép – loại 4 Giá treo – loại 9

Gá treo bọc thép 2 bulong – loại 3 Gá kep ống (hoặc ống đứng) – loại 8

Móc chữ U bọc thép – loại 1 Giá treo bọc thép – loại 7

Page 51: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Một vài hệ thống đường ống yêu cầu giá đỡ ống có thể điều chỉnh được. Lý do là hoạt động trong nguồn lạnh, khớp cuối cùng của đường ống chạy cho phép giãn nở nhiệt ở đường ống. Ở các khuỷu ống của hệ thống đường ống, bao gồm cả đồ gá để đỡ ống, và các yêu cầu về giá đỡ được điều chỉnh để phù hợp với sự giãn nở nhiệt này. Từ lí do bảo trì, nên tránh nguồn lạnh nếu có thể thông qua giãn nở nhiệt và phân tích áp lực.

Điều chỉnh theo chiều dọc đường ống cũng rất cần thiết cho giá đỡ đường ống. Khu nhà ở, đặc biệt là mới xây dựng, có thể dẫn đến độ lệch về độ cao của giá đỡ ống. Để duy trì độ dốc thích hợp trong các đường ống, để tránh độ võng quá mức giữa các giá đỡ và tích tụ các sản phẩm được vận chuyển bằng đường ống, khả năng điều chỉnh theo chiều dọc đường ống phù hợp với thiết kế đường ống.

e. Lớp phủ bảo vệ

Lắp đặt hệ thống đường ống trong môi trường ăn mòn mà có thể đảm bảo được các đặc điểm kĩ thuật thì cần một lớp bảo vệ đường ống. Các lớp phủ có thể là kim loại hoặc không kim loại, MSS SP-58 được sử dụng để xác định lớp phủ. Nhà sản xuất có thể cung cấp các thông tin cụ thể đối với lớp phủ trong môi trường cụ thể, đặc biệt là đối với lớp phủ không kim loại. Ngoài ra, cần sự tương thích giữa vật liệu làm giá đỡ và vật liệu làm đường ống để tránh mạ điện. Đôi khi yêu cầu cả gioong cách điện hoặc các vật liệu làm giá đỡ khác nhau.

3-8. Kiểm tra và làm sach

Phần này đề cập đến các yêu cầu về áp suất và kiểm tra rò rỉ hệ thống đường ống. Ngoài kiểm tra, quá trình hàn, thợ hàn và trình độ phải phù hợp với kĩ thuật hàn và các thủ tục kiểm tra áp suất đường ống quy định tạo CEGS 05093.

a. Phương pháp thí nghiệm

Phương pháp thí nghiệm sử dụng để kiểm tra rò rỉ. Quy định tiêu chuẩn để báo cáo kết quả và thực hiện việc khắc phục nếu cần thiết. Kế hoạch kiểm tra và phương pháp bao gồm:

(1) Xác định dịch thử nghiệm(2) So sánh dịch thử nghiệm với độ giòn, dễ gãy của vật liệu làm ống (dịch thử

nghiệm nóng là 1 giải pháp).(3) Phụ thuộc vào dịch thí nghiệm, vị trí thiết bị hỗ trợ tạm thời, thiết bị hỗ trợ cố định

không được thiết kế để tăng trọng của dịch thí nghiệm.

ống cuộn hoàn toàn – loại 6 Đệm lót – loại 48

Page 52: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

(4) Phụ thuộc vào dịch thí nghiệm, vị trí của van xả để ngăn chặn việc áp suất quá cao do sự giãn nở nhiệt của chất lỏng.

(5) Hạn chế sự giãn nở ở các khe nối.(6) Cô lập các bể chứa, bơm và các thiết bị khác mà có thể làm tăng áp lực cho quá

trình kiểm tra.(7) Vị trí của bơm kiểm tra và cần tăng áp suất.(8) Tiếp cận với các khớp nối, tất cả các khớp nối trong hệ thống đường ống phải

được tiếp xúc để kiểm tra.(9) Trước khi bắt đầu kiểm tra rò rỉ, đường ống phải được kiểm tra các khuyết tật, lỗi

và những thiếu sót.

Kiểm tra hệ thống đường ống giới hạn bởi áp suất. Áp suất được sử dụng để kiểm tra một hệ thống không chịu áp lực sản xuất ở nhiệt độ thí nghiệm, không vượt quá sức chịu của vật liệu làm ống. Ngoài ra, nếu sự giãn nở nhiệt của chất lỏng thí nghiệm có thể xảy ra trong quá trình kiểm tra, biện pháp phòng ngừa được thực hiện nhằm tránh áp lực mở rộng ra.

Kiểm tra hệ thống đường ống cũng giới hạn bởi nhiệt độ. Nhiệt độ dẻo-giòn quá trình chuyển đổi cũng cần chú ý và tránh nhiệt độ ngoài phạm vi thiết kế. Xử lý nhiệt của hệ thống đường ống được thực hiện trước khi kiểm tra rò rỉ. Hệ thống đường ống trở về nhiệt độ môi trường trước khi kiểm tra rò rỉ.

Nói chung, hệ thống đường ống nên kiểm tra lại sau khi sửa chữa hoặc bổ sung thêm vào hệ thống. Nếu rò rỉ được phát hiện trong quá trình kiểm tra và sau đó sửa chữa, hệ thống này cần được kiểm tra lại để đảm bảo rằng không có rò rỉ mới.

Các báo cáo kiểm tra được xác định. Các báo cáo yêu cầu phải được chuẩn hóa, được hoàn thành bởi các nhân viên kiểm tra có trình độ, được đào tạo và giữ lại trong một thời gian ít nhất là 5 năm. Báo cáo kiểm tra bao gồm:

- Ngày kiểm tra;

- Người thực hiện kiểm tra và địa điểm kiểm tra;

- Xác định hệ thống kiểm tra;

- Phương pháp kiểm tra, lỏng/khí, áp suất, nhiệt độ;

- Chứng nhận kết quả.

Làm sạch hệ thống đường ống trước khi kiểm tra rò rỉ thực hiện nếu có bằng chứng hoặc nghi ngờ có tạp chất chẳng hạn như bụi bẩn hoặc hạt cứng trong đường ống. Những tạp chất có thể gây tổn hại van, đồng hồ, đầu phun, ống phun, lỗ thông, hoặc các phụ kiện khác. Vật liệu rửa không được gây bất lợi hoặc không làm ô nhiễm các đường ống dẫn,

Page 53: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

kiểm tra chất lỏng, hoặc sự cung cấp chất lỏng. Quá trình làm sạch nên có đủ thời gian để làm sạch triệt để các tạp chất từ tất cả các phần của đường ống.

a. Chuẩn bị

Yêu cầu để chuẩn bị kiểm tra rò rỉ cũng được xác định. Tất cả cá khớp nối trong hệ thống đường ống được đưa ra để kiểm tra rò rỉ. Xác định yêu cầu kiểm tra rò rỉ cho các thiết bị hỗ trợ tạm thời. Nếu trọng lượng của chất lỏng thí nghiệm nặng hơn chất lỏng theo thiết kế thì thiết bị hỗ trợ tạm thời là cần thiết.

b. Kiểm tra rò rỉ thủy tĩnh

Chất lỏng được dùng để kiểm tra rò rỉ thủy tĩnh điển hình là nước. Nếu không sử dụng nước thì phải dùng các chất lỏn không độc hại hoặc không cháy. Áp suất thí nghiệm lớn hơn hoặc bằng 1.5 lần áp suất thiết kế.

PT ● 1.5P

Với: PT = áp suất thí nghiệm. MPa (psi)

P = áp suất thiết kế. MPa (psi)

Đối với các trường hợp trong đó nhiệt độ kiểm tra thấp hơn nhiệt độ thiết kế, áp suất kiểm tra tối thiểu là:

PT ● 1.5 P ST

S

VàST

S ● 6.5

Với: PT = áp suất kiểm tra, MPa (psi)

P = áp suất thiết kế, MPa (psi)

ST = áp lực ở nhiệt độ kiểm tra, MPa (psi)

S = áp lực ở nhiệt độ thiết kế, MPa (psi)

Hệ thống đường ống dẫn chất lỏng ở gần nhiệt độ thường và áp suất thấp, tỉ lệ ST/S bằng 1.0. Nếu áp suất kiểm tra ST vượt mức chống chịu của vật liệu thì cần giảm áp suất xuống hạn chế ST xuống dưới mức cho phép.

Page 54: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Thời gian được yêu cầu bởi ASME B31.3 cho kiểm tra rò rỉ thủy tĩnh ít nhất là 10 phút, nhưng bình thường là 1 giờ.

c. Kiểm tra rò rỉ khí nén

Kiểm tra rò rỉ khí nén không được giới thiệu cho hệ thống ống dẫn chất lỏng và chỉ sử dụng khi chất lỏng còn dư từ kiểm tra rò rỉ thủy tĩnh có khả năng gây nguy hiểm. Chất thử nghiệm để kiểm tra rò rỉ khí nén là một chất khí. Khí sẽ không cháy và không độc hại. Những nguy hiểm do năng lượng tỏa ra sẽ được xem xét khi xác định kiểm tra rò rỉ khí nén. An toàn phải được xem xét khi đưa ra một loại khí sử dụng trong thử nghiệm này.

Nhiệt độ là một yếu tố rất quan trọng trong kiểm tra rò rỉ khí nén. Nhiệt độ thử nghiệm sẽ được xác định khi lựa chọn vật liệu làm ống. Sự phá độ giòn là một nghiên cứu ở nhiệt độ cực thấp của 1 vài loại vật liệu. Năng lượng dự trữ trong khí nén, kết hợp với khả năng của sự phá độ giòn là một nghiên cứu thiết yếu về an toàn trong kiểm tra rò rỉ khí nén.

Một thiết bị giảm áp được đưa ra khi kiểm tra rò rỉ khí nén. Các thiết bị giảm áp cho phép xả áp trong hệ thống đường ống áp suất vượt quá mức tối đa quy định. Đặt áp suất cho các thiết bị giảm áp là 110% áp suất thử nghiệm, hoặc 345 kPa (50 psi) ở áp suất thử nghiệm nào thấp hơn.

Áp suất thử nghiệm trong kiểm tra rò rỉ đường ống là 110% áp suất thiết kế. Áp suất dần dần tăng lên đến 50% áp suất thử nghiệm hoặc 170 kPa (25 psig), ở áp suất nào thấp hơn thì lúc đó hệ thống đường ống được kiểm tra. Bất kì rò rỉ nào được tìm thấy được cố định trước khi kiểm tra lại. Các kiểm tra sau đó được tiến hành ở áp suất thử nghiệm trước khi kiểm tra rò rỉ.

d. Kiểm tra rò rỉ ban đầu

Kiểm tra rò rỉ ban đầu được cho phép bởi ASME B31.3. Thử nghiệm này là kiểm tra sơ bộ rò rỉ ở các khớp nối. Nếu thử nghiệm này được thực hiện và tất cả các rò rỉ được sửa chữa, cho phép bỏ qua ở các khớp nối trong quá trình kiểm tra rò rỉ thủy tĩnh ( hoặc khí nén). Các kiểm tra rò rỉ ban đầu được giới hạn trong hệ thống đường ống dẫn chất lỏng.

Một chất lỏng loại D được định nghĩa là không cháy, không độc hại. Với hệ thống này, áp suất nhỏ hơn 1.035 MPa (150 psi), và nhiệt độ của quá trình trong khoảng từ -290C (-200F) đến 1860C (3660F).

Page 55: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học

Thông thường, các chất lỏng được dùng trong quá trìn kiểm tra rò rỉ ban đầu. Nó có thể là chất lỏng loại D. Trong quá trình kiểm tra, áp suất trong đường ống nên tăng dần dần đến áp suất của vận hành. Sau đó, hệ thống đường ống được kiểm tra rò rỉ.

e. Kiểm tra độ nhạy rò rỉ

Kiểm tra độ nhạy rò rỉ là cần thiết cho tất cả loại chất lỏng M (tùy chọn chất lỏng loại D) bằng cách sử dụng khí và phương pháp kiểm tra bọt khí nồi hơi ASME và áp suất bể chứa. Áp suất thử nghiệm để kiểm tra độ nhạy rò rỉ là 25% áp suất thiết kế hoặc 105 kPa (16 psig), tùy theo điều kiện nào thấp hơn.

Tiếp xúc với 1 lượng nhỏ chất lỏng M (gây ra do rò rỉ) có thể gây nguy hiểm nghêm trọng.

f. Hệ thống đường ống không kim loại

Yêu cầu kiểm tra, phương pháp, và các chỉ dẫn cho chất dẻo, nhựa và chất đàn hồi, và hệ thống đường ống bằng chất dẻo nhiệt rắn giống như với hệ thống đường ống bằng kim loại. Phương pháp kiểm tra rò rỉ thủy tĩnh được khuyến khích và kiểm tra rò rỉ khí nén chỉ được thực hiện khi nhà máy cho phép. Áp suất thử nghiệm không được nhỏ hơn 1.5 lần so với áp suất thiết kế. Tuy nhiên, áp suất thử nghiệm là nhỏ hơn so với áp suất được đánh giá thấp nhất của bất cứ thành phần nào trong hệ thống.

PT ● 1.5P

Và PT < Pmin

Với: PT = áp suất kiểm tra, MPa (psi)

P = áp suất của hệ thiết kế, MPa (psi)

Pmin = áp suất của thành phần đánh giá thấp nhất, MPa (psi)

g. Bể chứa đôi và hệ thống đường ống lót

Yêu cầu kiểm tra, phương pháp, và các khuyến nghị cho bể chứa đôi và hệ thống đường ống lót là giống hệt nhau

Page 56: Thiết kế hệ thống đường ống trong Công nghệ Hóa học