An toàn nồi hơi Thiết bị chịu áp lực

Bài giảng an toàn nồi hơi, thiết bị chịu áp lực Bài giảng an toàn nồi hơi, thiết bị chịu áp lực Bài giảng an toàn nồi hơi, thiết bị chịu áp lực Bài giảng an toàn nồi hơi, thiết bị chịu áp lực Bài giảng an toàn nồi hơi, thiết bị chịu áp lực Bài giảng an toàn nồi hơi, thiết bị chịu áp lực Bài giảng an toàn nồi hơi, thiết bị chịu áp lực

NỒI HƠI THIẾT BỊ CHỊU ÁP LỰC

Nồi hơi và thiết bị chịu áp lực

I/ Những khái niệm cơ bản.

1 Nồi hơi.

Thiết bị có buồng đốt để đốt các dạng nhiên liệuphục

vụ cho việc đun nóng nước để tạo ra hơi nước dùng cho mục đích ngoài bản thân nó.

2 Bình chịu áp lực.

Là một thể tích đóng kín dùng để tiến hành các quá trình nhiệt học, hoá học hoặc sinh học, cũng như

dùng để tàng trữ, bảo quản và vận chuyển các chất

ở tình trạng có áp suất lớn hơn (nhỏ hơn) áp suất khí quyển.

Bình áp lực có giới hạn là đầu ra, đầu vào.

5 Thùng chịu áp lực.

Là bình chịu áp lực có dạng hình trụ đặt nằm hoặc đứng có thể di chuyển được hoặc đặt cố định

6.1 Chai chứa khí nén: khí ở trạng thái bị nén.

6.2 Chai chứa khí hòa tan: khí ở trạng thái hoà tan.

6.3 Chai chứa khí hóa lỏng: khí ở trạng thái hoà tan trong dung môi.

7 Bình hấp, nồi nấu.

Là loại bình chịu áp lực hình trụ trong đó xẩy ra các quá trình nhiệt học

8 Nồi hơi điện.

Là loại nồi hơi dùng năng lượng điện để đun nước thành hơi dùng cho các nhu cầu khác (thiết bị khác) ngoài bản thân nó.

9 Thiết bị chịu áp lực

Là một thể tích đóng kín đơn lẻ hoặc một tổ hợp thiết bị kín dùng để tiến hành các quá trình nhiệt học, hoá học hoặc sinh học, cũng như dùng để tàng trữ, bảo quản

và vận chuyển các chất ở tình trạng có áp suất lớn hơn (nhỏ hơn) áp suất khí quyển.

11 Áp suất cực đại cho phép.

là áp suất lớn nhất mà thiết bị được phép làm việc trong một thời gian nhất định.

Trị số áp suất lớn nhất và thời gian làm việc ở trị số này do nhà chế tạo quy định.

12 Áp suất tính tóan.

là áp suất lớn nhất dùng để tính toán độ bền của thiết bị để thiết bị có thể làm việc lâu dài ở áp suất đó (với điều kiện phụ tải phụ không đổi)

13 Nhiệt độ làm việc của môi chất.

là nhiệt độ lớn nhất mà môi chất đạt được trong điều kiện làm việc bình thường của thiết bị.

14 Nhiệt độ tính tóan của thành bình.

là nhiệt độ lớn nhất mà thành bình đạt tới khi có môi chất ở bên trong(bên ngoài).

Nhiệt độ này dùng để tính toán độ bền của thiết bị Nó được xác định trên cơ sở nhiệt độ làm việc lớn nhất của môi chất có kể tới sự tăng

nhiệt độ do các quá trình trao đổi nhiệt.

Trường hợp không xác định được nhiệt độ do quá trình trao đổi nhiệt, cho phép lấy nhiệt độ tính toán của thành bình bằng nhiệt độ của môi chất.

II/ Cơ sở nhận dạng thiết bị

chịu áp lực.

1 Nhận dạng thiết bị sử dụng.

2 các thông số kĩ thuật của thiết bị sử

dụng.

3 So sánh các thông số kĩ thuật của thiết

bị với các tiêu chuẩn liên quan.

Phân loại nồi hơi và một số

loại thiết bị chịu áp lực.

Phân loại nồi hơi.

- Theo sản lượng (năng suất) hơi

- Theo áp suất làm việc của môi chất.

- Theo dạng nhiên liệu.

- Theo nguyên lí cấp nước và sinh hơi.

- Theo tính chất làm việc.

Nồi hơi ống lửa MMZ Nồi hơi ống lửa TMZ

Nồi hơi ống nước EG 1/9

Phân loại bình sinh khí axetylen

• Theo sản lượng khí.

• Theo tính chất hoạt động của thiết bị

• Theo nguyên lí sinh khí

• Phân loại theo áp suất môi chất(khí

axtylen)

Cấu tạo bình sinh khí axetylen.

• những bộ phận cơ bản sau đây:

- Buồng phản ứng, là nơi trong đó diễn ra phản ứng hóa học giữa can xi cac bua và nước

- Buồng chứa khí axetylen sinh ra;

- - Bình dập lửa tạt lại;

- Cơ cấu an tòan ;

- Cơ cấu điều chỉnh và cấp nước tự động;

- Các dụng cụ kiểm tra mức nước, dụng cụ đo lường.

Bình dập lửa tạt lại

a/ Bình áp suất thấp b/ Bình áp suất trung bình.

Van dập lửa tạt lại

1- Tấm đỡ có khoan lỗ

2 - Vật liệu tản nhiệt

3 – Ty van một chiều

Thiết bị chịu áp lực của hệ thống lạnh.

1- Máy nén khí ; 2 – Bình tách dầu; 3 – Thiết bị ngưng tụ; 4 – Bình chứa lỏng áp suất cao; 5 – Van tiết lưu; 6 – Thiết bị bốc

hơi (bay hơi); 7 – Bình tách lỏng ;

3 2

1

4

5

Đường ống và phụ kiện đường ống

của thiết bị chịu áp lực.

Mặt bích và đệm

(a) Nối kín bề mặt (b) Nối bề mặt hẹp (c) Nối bề mặt hẹp (d) Nối bề mặt hẹp

(Có đệm quanh bulông) (Có rãnh và gờ) (Có vòng đệm)

Bề mặt gồ lên

Phụ kiện đường ống

Giá đỡ ống

Gối đỡ ống nằm ngang

Giá treo ống

Cơ cấu chặn của van

đóng - mở

Một số loại van

Các loại van diều chỉnh

Các loại van một chiều

Cơ cấu bù trừ giãn nở nhiệt.

a) Cơ cấu bù trừ kiểu chữ Π б) Cơ cấu bù trừ kiểu chữ Ω; в) Cơ cấu bù trừ kiểu ống lượn sóng;

г) Cơ cấu bù trừ kiểu ống lồng.

Những khái niệm cơ bản

về cháy nổ

a/ Cháy.

Theo tiêu chuẩn việt nam TCVN 3254 – 1989, ta có “Cháy

là phản ứng ôxy hoá khử toả nhiệt nhanh và kèm theo hiện

Đặc điểm của hiện tượng nổ

Nổ hóa học

• Theo định nghĩa trên, hiện

tượng nổ hoá học bao giờ

cũng đi kèm theo sau hiện

tượng cháy.

• Hiện tượng nổ hoá học làm

cho thiết bị bị phá huỷ tại

nhiều điểm của thiết bị do

hiện tượng tăng áp suất khi

nổ diễn ra rất nhanh theo

mọi phương, mọi hướng.

• Khi nổ hoá học, thông

thường mặt trong của

mảnh vỡ (mặt trong của

thiết bị có bám muội đen;

mép của mảnh vỡ có hình

răng cưa, và không bị làm

mỏng so với chiều dầy

• Thành thiết bị tại điểm bị phá hủy (hoặc mép của mảnh vỡ) bị làm mỏng do quá trình giãn dai trước khi

bị phá hủy;

• Thiết bị không bị vỡ thành nhiều mảnh, phía trong của mảnh vỡ không có muội đen (bồ hóng).

Điều kiện cần và đủ

để cháy nổ (hóa học) xảy ra

• Phải có môi trường nguy hiểm cháy (hoặc nổ): ;

• Phải có nguồn gây cháy (nguồn kích nổ)

Biện pháp loại trừ cháy, nổ (hóa học)

• Loại trừ môi trường nguy hiểm cháy (nổ)

và nguồn gây cháy (kích nổ) đồng thời;

• Loại trừ môi trường nguy hiểm cháy (nổ);

• Loại trừ nguồn gây cháy (kích nổ);

• Không cho nguồn gây cháy (kích nổ) tiếp xúc với môi trường nguy hiểm cháy (nổ)

Điều kiện làm việc

của thiết bị chịu áp lực

Điều kiện làm việc

và xu hướng cháy nổ

điều kiện khắc nghiệt do làm việc liên tục, môi chất luôn có nhiệt độ, áp suất cao hơn áp suất khí quyển, nhiều môi chất có tính nguy hiểm nổ, độc hại, có tính ăn mòn cao →luôn luôn tồn tại xu hướng phá vỡ thiết bị

Các yếu tố nguy hiểm đặc trưng

của thiết bị chịu áp lực

1/ Nguy cơ nổ vỡ

Công do nổ tạo ra

Trong đó:

W – Thế năng do nổ tạo nên, kG.cm;

P1 - áp suất môi chất trong thiết bị, kg/cm2;

P2 - áp suất môi trường ngòai thiết bị kg/cm2;

Vo – Thể tích thiết bị, m3;

K – Hằng số đoạn nhiệt của môi chất.

.

,

1 1

Nguyên nhân nổ vật lý và nổ hóa học

• là do áp suất môi chất

tăng, vượt qúa khả

năng chịu đựng của

thiết bị;

• Áp suất tăng không kiểm soát được do thiết bị bị đốt nóng, do phản ứng hóa học tỏa nhiệt, do ngọn lửa

trần, do bức xạ nhiệt,

do va đập v v…;

• Các cơ cấu khống chế

và hạn chế áp suất hư hỏng, hoặc hoạt động không tốt, không

chính xác, không phù hợp

Nguyên nhân nổ vật lý và nổ hóa học

• Kim loại thành thiết bị

hư hỏng, bị ăn mòn… • Tính chất hóa lý của

vật liệu thay đổi do tác động hóa học, nhiệt

học (làm cho vật liệu

bị giòn, có hiện tượng

ăn mòn nhịêt độ cao,

ăn mòn giữa các tinh thể kim loại v.v…);

• Chiều dày thành thiết

bị giảm, làm giảm khả năng chịu lực (do hiện tượng mài mòn cơ học,

ăn mòn hóa học);

2 Nguy cơ bỏng (nhiệt độ cao, nhiệt độ thấp)

• Thường gặp ở các thiết bị trao đổi nhiệt

hoặc các thiết bị trong công nghệ hóa học

do tác động của môi chất và các sản phẩm hình thành hoặc va chạm với các chi tiết,

bộ phận có nhiệt độ cao của thiết bị

• nguyên nhân: thiết bị không kín, nổ thiết

bị gây rò rỉ môi chất; hư hỏng lớp cách

nhiệt (hoặc không bọc cách nhiệt), do vi

phạm chế độ vận hành, vi phạm quy trình

xử lí sự cố, do cháy…

3 Các chất nguy hiểm, có hại.

4 Chấn thương cơ học

Cơ cấu an toàn áp suất của thiết

bị chịu áp lực.

Phân loại cơ cấu bảo vệ chống quá áp

Cơ cấu an toàn chống qúa áp

suất

Van an tòan

Màng an toàn (màng bảo hiểm)

Rơle áp suất

Van an tòan

• Định nghĩa

Là cơ cấu an toàn chống quá áp có khả năng

tự lập lại độ kín khít sau khi tác động (sau khi mở để giải phóng lượng môi chất dư)

Phân loại van an toàn.

( kiểu đòn bẩy )

Van an toàn kiểu tự trọng

(Đóng kín nhờ trọng lượng bản thân ty van)

b/ Theo độ mở của van.

- Van có độ nâng thấp: h/d = 1/20 – 1/40,

thường dùng cho chất lỏng.

- Van có độ nâng trung bình: h/d = 1/6 -1/10

- Van có độ nâng cao: h/d ≥1,4.

c/ Theo tính chất động học.

- Van tác động trực tiếp: nhờ áp suất môi chất;

- Van tác động gián tiếp: nhờ xung;

d/ Theo phương pháp xả bỏ môi chất.

- Van kiểu mở (ngỏ): Môi chất được xả vào khí quyển;

- Van kiểu kín: Môi chất được xả theo đường ống dẫn để đưa đến chỗ không gây nguy hiểm hoặc vào một thể tích kín nào đó Loại này được dùng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất

Cấu tạo của van an toàn

Đặc tính của van an toàn.

a/ Đặc tính lực (đặc tính tác động).

Hmax Hmax

Độ kín khít của van an toàn gồm lực

2

d P

P = lv ∏

P1 = P

L Q l

p =

l

L Q

P1 =

Sơđồ cân bằng lực

m = 3,5 đối với môi chất là hơi nước;

m= 1,75 đối với môi chất là nước

b/ Đặc tính lưu lượng.

Thể hiện khả năng giải phóng môi chất của van an toàn

Lưu lượng môi chất thoát qua van an toàn :

Gk = , kg/giờ;

Trong đó:

- Hệ số lưu lượng môi chất chảy qua van,

= 0,06 – 0,07 đối với van mở không hoàn toàn.

= 0,16 – 0,17 đối với van mở hoàn toàn.

F – Diện tích tiết diện lỗ van;

- B – Hệ số tính đến sự giãn nở của khí khi chảy qua van

- P - áp suất dư lớn nhất trước van, kG/cm2;

- Po - áp suất dư lớn nhất sau van, kG/cm2;

- ρ Mật độ môi chất ở P và Po và nhiệt độ t trong thiết bị

ρ

.59,1 F B P − Po

α

Đường ống xả của van an toàn

v

2 2

2 2

ln 1

1

λ

λ λ

Những hư hỏng thường gặp của an toàn.

- Rò rỉ môi chất: do gương van và ty van bị bẩn

hoặc giữa chúng có các vật lạ kẹt lại; bề mặt kín khít hư hang, lệch trục; do biến dạng hoặc do lực nén không đủ lớn

- Xung động: Là hiện tượng dao động của van khi van tác động Nguyên nhân hiện tượng này là do khả năng thông thoát của van quá lớn hoặc tiết

diện của van bị thu hẹp

- Kẹt, gãy van: Do chọn các chi tiết chuyển động không phù hợp

Màng an toàn (màng bảo hiểm).

• Phân loại:

- Màng nổ, màng lật nổ;

- Màng nổ vỡ vụn, màng cắt, màng giựt

đứt…

Màng an toàn kiểu xé nổ.

Màng an toàn kiểu lật nổ

a/ Ưu điểm.

- Đảm bảo độ kín hoàn toàn trước khi tác động;

- Độ tin cậy bảo vệ cao hơn đặc biệt khi chúng sử dụng cho thiết bị trong có chứa đựng các chất dễ kết tinh, ăn mòn

- ít quán tính hơn;

- Rẻ tiền, đơn giản trong chế tạo

b/ Nhược điểm:

- Phải thay thế sau mỗi lần tác động;

- Phải có độ chênh lệch lớn giữa áp suất làm việc của môi chất và áp suất tác động của màng, do đó đòi hỏi độ dự trữ bền của thiết bị phải lớn

3.4 Tính tóan màng an toàn.

3.4.1 Diện tích lỗ thoát:

+ Tổng diện tích tiết diện lỗ thoát của màng

an toàn trong trường hợp nổ vật lý:

- Diện tích lỗ thoát khi nổ hoá học

k

k M

T P

V dt

dp

1 2

3 / 2 10

1

).

1 (

.

1670

ε ε

α

Trong đó:

trong bình thể tích 10 lít, kg/m sec;

ε 0 11

+

+

P P

o

3

F = f x V.

Với : f – Tiết diện riêng cho qua của màng

Do đó:Đường kính lỗ thoát của màng

- δ - Độ dãn dài tương đối

của vật liệu khi nổ, % ;

100

1

.

t

, mm

b/ Chiều dầy màng lật nổ

∆ = 11,5 , mm

Trong đó : E – Modul đàn hồi, kG/cm  ;

R – Bán kính cong của màng (phụ thuộc vào đường kính của lỗ thoát, góc tạo giữa đường cong của

màng và trục lỗ thoát tại điểm kẹp giữ màng).

c/ Màng nổ vỡ vụn (giòn)

∆ = , mm

2

2

2

D R

R E

P D

2

Cơ cấu ngăn lửa.

1 Một số khái niệm về cơ cấu dập lửa.

- Là cơ cấu dùng để ngăn không cho ngọn lửa lan truyền theo hỗn hợp nhiên liệu

- Cơ chế lan truyền của ngọn lửa :

+ Lan truyền liên tục (chảy tầng)

+ Lan truyền nhanh theo kiểu kích nổ

Trong lan truyền theo kiểu liên tục, tốc độ lan

truyền có thể đạt 280cm/sec;

Khi lan truyền theo kiểu kích nổ, tốc độ lan truyền

có thể đạt tới 1,5 – 3,5 km/sec

Khả năng ngăn lửa của cơ cấu dập lửa kiểu khô được xác định theo lý thuyết của Pecle,

.

. .

T R

P C

65

≥

Pe

Dụng cụ kiểm tra, đo lường.

- áp kế (đồng hồ đo áp suất),

- nhiệt kế (đồng hồ, thiết bị đo nhiệt độ),

- lưu lượng kế….

- ống thuỷ

Van 3 ngả

(áp kế)

van 3 ngả

Van 3 ngả

ống thuỷ đo tại chỗ ồng thuỷ hạ thấp

Phần 2 Tính toán độ bền các chi tiết nồi hơi, thiết bị chịu áp lực.

Nguyên tắc chung.

- Cơ sở của các phưong pháp tính tóan các chi tiết nồi hơi và thiết bị chịu áp lực là đánh giá độ bền theo khả năng chịu tai (phụ tải

giới hạn)

- trong nhiều trường hợp khi cần thiết người

ta còn sử dụng phụ tải phá hủy

Đại lượng chính để xác định phụ tải khi tính tóan chiều dày các chi tiết, bộ phận của nồi hơi, bình

chịu áp lực chính là áp suất của môi chất công tác,

áp suất này được quy định khi thiết kế Ngoài ra

trong thực tế sử dụng, còn xuất hiện những phụ tải làm ảnh hưởng tới độ bền của thành thiết bị, vì

vậy khi tính tóan còn phải giảm hệ số an toàn đi

1 ứng suất cho phép,hệ số an toàn.

n

2 , 0

dp

t dp cp

- Đối với các giá trị không có trong bảng(nằm giữa

2 giá trị nhiệt độ) thì giá trị ứng suất cho phép

được xác định tỷ lệ thuận với 2 giá trị trước và sau (giá trị liền kề) với điều kiện được phép lấy tròn số đến 0,05 kG/c

- Ứng suất định mức cho phép đối với thép tấm lấy bằng 70% trị số ghi trong bảng 3 Trường hợp đặc biệt cho phép lấy bằng 80%

- Khi thời gian làm việc của chi tiết, bộ phận ở

nhiệt độ cao không đáng kể so với tổng thời gian làm việc của nó thì cho phép lấy giá trị ứng suất

cao hơn

Khi chế tạo các chi tiết từ các phôi trị số ứng suất cho phép được lấy theo kết quả thí

nghiệm mẫu ở nhiệt độ tính tóan (thử kéo) Khi xác định ứng suất cho phép đối với các chi tiết làm bằng thép cac bon và thép hợp kim mangan thấp làm việc ở nhiệt độ lớn

hơn 425 , ta chọn trị số trong số các giúa trị của giới hạn chảy, trở kháng tạm thời và trị

số dự trữ bền và nT = ,1 5 nB = 2 , 6

-Trong các phép tính kiểm tra độ bền, các chi tiết

có thời gian làm việc trên 20 năm, phải chọn trị số ứng suất cho phép nhỏ hơn trị số cho trong bảng 3 bằng cách lấy trị số cho trong bảng 3 nhân với hệ

số cho trong bảng 4

- ứng suất nhiệt gây nên bởi sự chênh lệch nhiệt

độ theo chiều dầy thành ống hoặc theo chu vi của chi tiết trong các bộ phận bị đốt nóng không được

đưa vào trong tính tóan.

2 áp suất và nhiệt độ tính tóan.

2.1 áp suất tính tóan.

- Áp suất dư tính tóan P được lấy bằng áp suất

định mức ở đầu ra của thiết bị cộng với tổn thất do trở kháng thủy lực (khi tính tóan bộ phận ở đầu ra) trên đoạn từ bộ phận tính tóan và đầu ra

- Tổn thất thủy lực được xác định ở lưu lượng cực đại của môi chất

- Đối với những bộ phận chứa chất lỏng phải tính đến áp lực thủy tính do cột chất lỏng gây nên Nếu tổng tổn thất áp lực và áp lực thủy tĩnh không vượt quá 3% thì có thể bỏ qua và không đưa vào trong tính tóan

- Đối với các ống thuộc bề mặt đốt nóng của lò

hơi, áp suất tính tóan được lấy bằng áp suất đầu vào của cụm ống được tính tóan (tại ống góp đầu vào hoặc ban hơi) Đối với bộ hâm nước không ngắt được được làm bằng gang, áp suất tính toán lấy bằng 1,25 lần áp suất định mức của lò hơi

- Trong tất cả mọi trường hợp, áp suất tính tóan không được nhỏ hơn 90% trị số áp suất của van an toàn ở trạng thái mở hòan tòan

2.2 Nhiệt độ tính tóan.

- Khi tính tóan độ bền các chi tiết nồi hơi, bình

chịu áp lực, việc xác định đúng nhiệt độ làm việc của thành bình để chọn ứng suất cho phép rất

quan trọng Khi xác định các giá trị nhiệt độ này, người ta phải tính tới thể và nhiệt độ của môichất công tác, điều kiện đốt nóng do sản phẩm cháy và

sự làm lạnh bởi môi chất công tác

- Trong các bộ phận bị đốt nóng, nhiệt độ tính tóan của thành là giá trị trung bình của nhiệt độ bề mặt bên trong và bên ngoài của đọan ống bị đốt nóng nhất của bộ phận đó