Bình áp lực

1BÌNH ÁP LỰC KS. PHẠM CÔNG TỒN TRUNG TÂM KiỂM ĐỊNH KỸ THUẬT AN TOÀN KHU VỰC 2 GIỚI THIỆU VỀ BÌNH ÁP LỰC 21. KHÁI NIỆM „ Bình áp lực là thiết bị dùng để tiến hành các quá trình nhiệt học hoặc hoá học, cũng như để chứa và chuyên chở môi chất có áp suất lớn hơn áp suất khí quyển (Theo TCVN – 6153:1996) 2. CHẤT KHÍ Ở nhiệt độ và áp suất xác định, vật chất tồn tại ở 1 trong 3 trạng thái: Khí, Lỏng hay Rắn. 3Biểu đồ trạng thái 2. Áp suất - Bản chất và đơn vị đo „ Tạo nên do sự va đập của các phân tử vào thành thiết bị. „ Mật độ càng cao, càng có nhiều va đập và như vậy áp suất càng cao. 4Liên quan giữa áp suất và thể tích P = 1 bar V = 2 L P = 2 bar V = 1 L Yếu tố nhiệt độ „ Nếu áp suất không đổi, khi gia nhiệt thể tích sẽ tăng. „ Nếu thể tích không đổi, khi gia nhiệt áp suất sẽ tăng 5Quá trình đoạn nhiệt „ Khi bị nén, nhiệt độ của khí sẽ tăng. „ Khi giãn nở (từ áp suất cao xuống áp suất thấp) nhiệt độ sẽ giãm. 1 cm 1 cm 1 kg lực ĐƠN VỊ ĐO ÁP SUẤT • Kg/cm2 • 1 Kg/cm2 y 1 bar • 1 Kg/cm2 y 0,1 Mpa • 1 Kg/cm2 = 14,2 psi 6P = 8 Kg/Cm2 D = 4 00 m m Lực tác dụng = Diện tích X Áp suất = Π x 20 x 20 X 8 = 10048 Kg = 10,048 Tấn CÁC LOẠI BÌNH ÁP LỰC 7CÁC LOẠI BÌNH ÁP LỰC 1. Bình chứa 8„ Tồn trữ chất khí để sử dụng, chiết nạp. „ Trong đa số trường hợp chất khí hóa lỏng trong bồn chứa. „ Ví dụ: bồn chứa LPG, Ammoniac, khí thiên nhiên, Oxy, vinyl Bình hai vỏ 92. Bình phản ứng „ Nơi thực hiện những phản ứng với áp suất cao. „ Tháp chưng cất. „ Nồi nấu gỗ, đường 10 3. Bình trao đổi nhiệt 11 12 Bình trao đổi nhiệt „ Trao đổi nhiệt giữa các dòng môi chất. „ Có thể có nhiều hơn 2 môi chất. „ Thường có dạng mặt sàng cắm ống, các tấm trao đổi nhiệt. 4. Nồi hấp „ Bình áp lực có cửa đóng mở nhanh. „ Áp suất bên trong thường tạo bởi hơi nước, không khí nén. „ Có thể có thêm bộ gia nhiệt. „ Nồi hấp loại nhỏ thường được dùng trong y tế, phòng thí nghiệm. 13 Nồi hấp loại nhỏ 14 5. Nồi hơi „ Chuyển năng lượng từ đốt cháy nhiên liệu sang hơi nước. „ Có thể rất nhỏ như nồi hơi đun điện. Có thể rất lớn như lò hơi nhà máy điện. Nồi hơi nằm 15 6. Bồn di động – Chai chứa khí „ Do nhu cầu vận chuyển. „ Có những điểm khác biệt do đặc điểm di động. „ Thường được gắn trên xe hay đặt dười tàu. „ Chai chứa khí là loại bình nhỏ, có thể di chuyển, được nạp khí lại nhiều lần. 16 17 KẾT CẤU CƠ BẢN TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ VÀ KIỂM TRA 1. Các kết cấu cơ bản „ Thân hình trụ hay hình cầu. „ Chỏm cong. „ Mặt sàng cắm ống. 18 Cuốn thân trụ bình áp lực 19 Đáy torispherical Ro ≥ 0,06Rf Đáy Torispheric „ Đáy chuẩn có tỉ lệ ro/Rf = 0.06 . „ Đáy này có khả năng chịu lực kém nhất trong các loại đáy cong. 20 Đáy Ellip 2:1 Đáy Ellip „ Đáy chuẩn có tỉ lệ 2 đường kính là 1:2. „ Đáy này có khả năng chịu lực tốt. 21 Đáy bán cầu Đáy bán cầu „ Thường dùng cho các bồn chứa có kích thước lớn (đường kính từ 3 m trở lên) „ Đáy này có khả năng chịu lực tốt nhất dẩn đến giảm được chiều dầy. „ Các đáy có thể chế tạo từ nhiều miếng ghép lại. 22 Mặt sàng Mặt sàng 23 Hàn ống vào mặt sàng 2. Thiết bị đo kiểm cơ bản „ Áp kế „ Van an toàn – Màng phòng nổ. „ Đo mức lỏng - Nhiệt kế „ Các thiết bị phụ khác. 24 25 26 Van an toàn gắn chìm vào bình Van an toàn loại Pilot 27 „ Không được có van chặn giữa van an toàn và bình áp lực. „ Van an toàn phải được kiểm tra cùng với định kỳ kiểm định bình. „ Không được có van chặn giữa bình và van an toàn. 28 29 Màng phòng nổ Dùng cho môi chất Oxy, Nitơ và hơi nước 30 3. TIÊU CHUẨN „ Giới thiệu về tiêu chuẩn bình áp lực. „ Các tiêu chuẩn phổ biến và tiêu chuẩn Việt nam. „ Việc vận dụng tiêu chuẩn. 31 Nguyên lý „ Phần lớn tiêu chuẩn tương tự nhau về mặt kỹ thuật. „ Tiêu chuẩn bình áp lực cũng được áp dụng cho 1 số thiết bị chịu lực khác. „ Có nhiều dị biệt trong chi tiết. Những nội dung cơ bản của tiêu chuẩn 1. Trách nhiệm: Những điểm quan trọng là: • Tương quan trách nhiệm giữa người sản xuất và người mua. • Nhìn nhận vai trò của những tổ chức kiểm định độc lập. • Những đòi hỏi về kỹ thuật và những lựa chọn mà nhà sản xuất và người mua có thể thỏa thuận. • Cách thức công nhận hợp chuẩn – và ai là người sẽ chịu trách nhiệm về việc này. 32 2. Thiết kế bình: Những điểm quan trọng là: • Phân loại dựa trên kết cấu. • Tính toán cho các kết cấu khác nhau. • Kiến thức về sự phân loại đường hàn. • Kiến thức về những kết cấu bị cấm (chủ yếu là đường hàn). 3. Vật liệu chế tạo „ Vật liệu - được chia thành các phần như tấm, rèn, thanh và ống - chỉ định áp dụng cho tiêu chuẩn. „ Đòi hỏi của tiêu chuẩn đối với những vật liệu khác (vật liệu không chỉ định) để chúng có thể được sử dụng. „ Những đòi hỏi của tiêu chuẩn về tính chất của vật liệu như hàm lượng carbon, UTS hoặc trị số va đập. „ Những đòi hỏi đối với kim loại làm việc ở nhiệt độ thấp. 33 4. Sản xuất, kiểm định và thử nghiệm. Những lỉnh vực liên quan (theo thứ tự áp dụng) là: • Những đòi hỏi về chứng minh nguồn gốc vật liệu. • NDT kim loại chế tạo. • Sai số lắp ráp (Độ lệch và độ tròn) • Những yêu cầu chung về đường hàn. • Chứng nhận tay nghề thợ hàn. 4. Sản xuất, kiểm định và thử nghiệm (tiếp theo) • Kiểm tra thép tấm. • Phần mở rộng của NDT đối với đường hàn. • Những phương pháp NDT được công nhận. • Chuẩn đánh giá khuyết tật. • Thử áp. • Nội dung của tài liệu kèm theo bình. 34 ASME CODE I. Nguyên tắc chế tạo nồi hơi nhà máy điện. II. Tính chất vật liệu. III. Nguyên tắc chế tạo những thành phần nhà máy điện nguyên tử. IV. Nguyên tắc chế tạo nồi hơi nhiệt năng. V. Kiểm tra không phá hủy. ASME CODE VI. Nguyên tắc bảo dưỡng và vận hành nồi hơi nhiệt năng. VII. Nguyên tắc bảo dưỡng nồi hơi nhà máy điện VIII. Nguyên tắc chế tạo bình áp lực. IX. Đánh giá chất lượng đường hàn và đúc. X. Gia cường bằng sớ sợi các bình áp lực bằng nhựa. XI. Kiểm tra trong quá trình vận hành nhà máy điện nguyên tử. 35 Các phép tính cơ bản của ASME Code „ Phép thử kim loại. „ Thân trụ - Thân hình cầu „ Đáy Torispheric „ Đáy Ellip. Thử kéo 36 Thử kéo Ứng suất kéo „ Trong đó: • F - lực kéo • A - diện tích tiết diện A FS = 37 Thử uốn Cơ tính của kim loại 38 Tính chiều dầy thân trụ t = PR/(2SE-0.2P) Trong đó: P = Áp suất trong R = Bán kính trong S = Ứng suất cho phép t = Chiều dầy thân E = Hệ số đường hàn 39 Tính chiều dầy đáy Ellip Tính chiều dầy đáy Ellip „ Với D/2h = 2 t = PD/(2SE-0.2P) [Theo Section VIII–1 UG–32 (d)] „ Với D/2h khác (giữa 1 và 3) t = PDK/(2SE-0.2P) • Với: K = 1/6 [2 + (D/2h)2] (Theo VIII–1 Appendix 1–4) 40 Tính chiều dầy đáy torispheric t = 0.885 PL/(SE - 0.1 P) Với: • L = D và r = 0.06D „ Trường hợp tổng quát t = PLM/(2SE - 0.2P) Với: • M = 1/4 [3 + (L/r) ] • Và 1.0 ≤ L/r ≤ 16.67 41 Làm chắc ống cụt Các tiêu chuẩn châu Âu „ TRD: Tiêu chuẩn của Đức. „ BS 2790 and EN 12953: Tiêu chuẩn của Anh. „ B51-97: Tiêu chuẩn Canada. „ Codap 95 „ Các nước châu Âu đang có su hướng đi đến dùng 1 tiêu chuẩn thống nhất. 42 Tiêu chuẩn Việt nam „ TCVN 6153 – 6156: An toàn bình áp lực. „ TCVN 6004 – 6007: An toàn nồi hơi. „ TCVN 6413: Tiêu chuẩn nồi hơi ống lò ống lửa (theo ISO 5730). „ TCVN 4206: Tiêu chuẩn hệ thống lạnh. „ TCVN 6104: Tiêu chuẩn hệ thống lạnh. „ TCVN 4245: Trạm điều chế Oxy và Accetylen. „ TCVN 6484-6486: Khí đốt hóa lỏng. „ TCVN 7441: Bồn chứa khí dầu mỏ hóa lỏng tại nơi sử dụng. „ TCVN 6713:Chai chứa khí. „ TCVN 6158: Đường ống hơi nước và nước nóng. Tiêu chuẩn Việt nam 43 „ TCVN: 6735: kiểm tra mối hàn bằng siêu âm. „ TCVN: 6115: Phân loại và giải thích khuyết tật mối hàn. „ TCVN 6700: Kiểm tra chấp nhận thợ hàn Tiêu chuẩn Việt nam „ Tiêu chuẩn Việt nam được dịch từ nhiều nguồn khác nhau vào những thời kỳ khác nhau. „ Bao gồm nhiều tiêu chuẩn nhỏ độc lập. „ Một số thiết bị áp lực chưa có tiêu chuẩn Việt nam. Tiêu chuẩn Việt nam 44 Hồ sơ xuất xưỡng bình áp lực „ Lý lịch bình. „ Bản vẽ cấu tạo có kích thước. „ Bản chỉ dẫn sử dụng. „ Chứng chỉ khám nghiệm xuất xưỡng. „ Hồ sơ phải được lưu ít nhất 5 năm tại nơi chế tạo. 4. Một số điểm không tương thích của các tiêu chuẩn „ Áp suất thử xuất xưỡng. „ Các phương pháp kiểm tra không phá hủy. „ Cửa người chui, vệ sinh. „ Phương pháp tính. „ Mặt bằng lắp đặt 45 Giải quyết vấn đề „ Tiêu chuẩn VN là bắt buộc áp dụng. „ Có thể tham khảo tiêu chuẩn chế tạo. „ Các phương pháp kiểm tra bổ xung. CÁC NGUY CƠ PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA XỬ LÝ SỰ CỐ 46 1. VẤN ĐỀ ĐƯỜNG HÀN „ Quá trình hàn làm biến đổi tính chất kim loại. „ Phần lớn sự cố bình áp lực có liên quan đến đường hàn. a. CÁC CÔNG NGHỆ HÀN 47 Hàn hồ quang thường (SMAW) Hàn hồ quang chìm (SAW) 48 Hàn dưới lớp khí bảo vệ (MIG – GMAW) 49 Hàn dưới lớp khí bảo vệ (MIG – GMAW) Hàn Tungsten (TIG – GTAW) 50 b. Các đòi hỏi về đường hàn „ Việc lựa chọn công nghệ hàn và vật liệu hàn phụ thuộc vào kim loại cơ bản và điều kiện làm việc của thiết bị. „ Các biện pháp gia nhiệt trước và sau khi hàn có thể được áp dụng. „ Không được hàn chữ thập trên bình. „ Các đường hàn phải được kiểm tra không phá hũy (Non-Destructive Test – NDT) Kiểm tra quá trình hàn „ Thợ hàn phải có bằng hàn thiết bị áp lực. „ Qui trình hàn và kiểm tra qui trình hàn. „ Kiểm tra tay nghề thợ hàn. „ Các mối hàn mẫu được chụp và thử cơ tính. 51 c. Các khuyết tật của mối hàn „ Hở chân. „ Ngậm xỉ „ Bọt khí. „ Không ngấu. „ Cháy cạnh - Lẹm „ Nứt trên đường hàn hay vùng ảnh hưởng nhiệt. 2. Kim loại và nhiệt độ làm việc „ Ở nhiệt độ cao (từ khoảng 450oC) có hiện tượng kim loại mỏi (creep strength) vì nhiệt. „ Ở nhiệt độ rất thấp (từ -250C) kim loại hóa dòn và trở nên dễ nứt hơn. 52 Độ bền „ Đối với kim loại làm việc ở nhiệt độ cao, cần phải thử độ bền mỏi vì nhiệt. „ Đối với kim loại làm việc ở nhiệt độ thấp, cần thử độ bền va đập (impact test) ở nhiệt độ thấp nhất trong giới hạn nhiệt độ làm việc của kim loại. Đường hàn và nhiệt độ làm việc „ Những vấn đề với kim loại cơ bản càng nghiêm trọng hơn ở đường hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt. „ Phải hàn mẫu và thử cơ tính. Báo cáo phải lưu trong hồ sơ chế tạo bình. 53 3. Ăn mòn và mỏi của kim loại „ Ăn mòn dưới lớp bảo ôn. „ Ăn mòn do ẩm và nhiệt độ cao. „ Ăn mòn tại các đường hàn nối ống cụt. „ Ăn mòn điện cực. Những điểm dễ nứt trên bình áp lực „ Phần nối chân bình vào thân. „ Đường hàn nối ống cụt. „ Vùng ảnh hưởng nhiệt mối hàn. „ Cơ cấu đóng mở nắp của các nồi hấp. „ Những phần chịu run lắc hay va đập. 54 Nồi hấp loại nhỏ 55 Nứt hydro „ Hydro nguyên tử thâm nhập vào các vết nứt tế vi trên bề mặt kim loại tạo ra nứt. 56 Các yếu tố liên quan „ Bình khử khí, bình chứa amin, hidro sunfua ẩm, amoniac và bình sử dụng nấu bột giấy. „ Khu vực mối hàn và lân cận mối hàn „ Những bình không được khử ứng suất nhiệt (mối hàn không được xử lý nhiệt sau khi hàn) „ Những bình đã qua sửa chữa, đặc biệt là không có PWHT sau khi sửa chữa. 57 Khí cháy và khí độc „ Khí cháy có thể rò rỉ và gây cháy nổ dây chuyền. „ Khí độc rò rỉ có thể gây ngộ độc và ô nhiễm. The Crescent City LPG explosion, June 21, 1970. 58 Nổ bình khí đốt 6. Các phương pháp kiểm tra không phá hũy „ Siêu âm (Ultrasonic Test – UT) „ Chụp phim (Radiographic Test – RT) „ Kiểm tra bột từ (Magnetic Particles Test – MT) „ Kiểm tra thẫm thấu (Penetrant Test – PT) 59 Siêu âm bằng đầu dò thẳng – xác định chiều dầy 2 ΔtVT ×= Siêu âm Bằng đầu dò thẳng – Phát hiện khuyết tật 60 Siêu âm Bằng đầu dò nghiên – Phát hiện khuyết tật Nguồn phát tia X Mối hàn Phim sau khi chụp Phim chụp Phương pháp kiểm tra đường hàn bằng chụp tia X 61 Khuyết tật ngậm xỉ Khuyết tật hở chân 62 Khuyết tật nứt bề mặt Kiểm tra bằng phương pháp bột từ 63 Kiểm tra bằng phương pháp bột từ 64 65 Các phương pháp NDT khác „ ACFM – Alternating Current Field Measurement. „ AE – Acoustic Emission „ Replica - Chụp ảnh kim tương 66 7. Thử áp „ Thử kín (leak test) „ Thử bền Thử bền „ Còn gọi là proof test - Chứng minh khả năng chịu lực của thiết bị. „ Khử các ứng suất dư. „ Làm tù các vết nứt, nếu có. 67 Những điều bất cập của thử bền „ Không mô phỏng đúng điều kiện làm việc (nhiệt độ, độ run ) „ Có thể làm phát triển các vết nứt vốn không phát triển nữa. „ Thiết bị lớn hoặc có bệ đở yếu làm cho việc thử thủy lực không khả thi. 8. Kiểm tra và bảo dưỡng định kỳ „ Kiểm tra rò rỉ các khớp nối mỗi tháng 1 lần. „ Kiểm tra vận hành mỗi năm 1 lần. „ Kiểm định định kỳ 3 năm 1 lần. „ Thử thủy lực 6 năm 1 lần. „ Đối với các thiết bị có mức độ nguy hiểm cao cần kiểm tra siêu âm 4 năm 1 lần. „ Sau khi di dời, sửa chữa phải kiểm định lại. 68 Thủ tục kiểm định theo TCVN „ Xem hồ sơ. „ Khám xét bên trong và bên ngoài. „ Kiểm tra các thiết bị phụ. „ Kiểm tra vận hành. „ Nghiệm thử Chú ý trong quá trình vận hành „ Người vận hành thiết bị áp lực phải được huấn luyện và có quyết định giao nhiệm vụ. „ Không tác động cơ học vào bình khi đang có áp suất. „ Chỉ có đơn vị chế tạo mới được phép sửa chữa và thay đổi kết cấu của bình. 69 Đối với chai chứa khí „ Luôn tồn trữ trong trạng thái cặp chặt và thẳng đứng. „ Không tồn trữ chai oxy chung với các loại khí cháy. „ Chỉ nhận và sử dụng những chai còn hạn kiểm định. „ Trả lại nhà cung cấp những chai không nguyên vẹn hay rỉ mòn. 9. Các biện pháp khẩn cấp „ Các bình chứa khí độc hay khí cháy phải có hệ thống phun nước. „ Các thiết bị cần có van xả khẩn cấp. „ Đơn vị vận hành phải có biện pháp ứng cứu khẩn cấp. 70 „ Không dập tắt ngọn lửa khi không cắt được nguồn rỏ rỉ khí cháy. „ Tìm cách cô lập đám cháy. „ Nếu có thể, tìm mọi cách hạ thấp hoặc giải phóng hết áp suất. „ Không tác dụng lực lên thiết bị trong trạng thái còn áp. Các biện pháp khẩn cấp 71 „ Cảm ơn đã chú ý theo dõi. „ Thông tin liên hệ: • Web: • Mail: congton@oshvn.org • Phone: 0903876715