Sóng áp suất lan truyền chậm khoảng 1ms (với hỗn hợp hydrocarbonkhông khí) Kéo dài từ vài milli giây đến vài giây Detonation: Sóng áp suất lan truyền với vận tốc siêu thanh, gần Mach 5, khoảng từ 15002700ms Kéo dài từ vài micro giây đến vài mili giây Explosion: Quá trình cháy xảy ra trong bồn chứa gây ra áp suất cao và lan truyền vào đường ống Ứng suất chu vi và dọc trục gâySóng áp suất lan truyền chậm khoảng 1ms (với hỗn hợp hydrocarbonkhông khí) Kéo dài từ vài milli giây đến vài giây Detonation: Sóng áp suất lan truyền với vận tốc siêu thanh, gần Mach 5, khoảng từ 15002700ms Kéo dài từ vài micro giây đến vài mili giây Explosion: Quá trình cháy xảy ra trong bồn chứa gây ra áp suất cao và lan truyền vào đường ống Ứng suất chu vi và dọc trục gâySóng áp suất lan truyền chậm khoảng 1ms (với hỗn hợp hydrocarbonkhông khí) Kéo dài từ vài milli giây đến vài giây Detonation: Sóng áp suất lan truyền với vận tốc siêu thanh, gần Mach 5, khoảng từ 15002700ms Kéo dài từ vài micro giây đến vài mili giây Explosion: Quá trình cháy xảy ra trong bồn chứa gây ra áp suất cao và lan truyền vào đường ống Ứng suất chu vi và dọc trục gây
Q TRÌNH NỔ Deflagration Detonation • Deflagration: q trình lan truyền vùng cháy với vận tốc nhỏ vận tốc âm • Detonation: q trình lan truyền vùng cháy với vận tốc lớn vận tốc âm • Explosion: trình nổ tung bồn chứa, bể chứa đường ống • Nổ: q trình giải phóng lượng đột ngột • Nghiên cứu q trình nổ: xem xét tác động của: • Vụ nổ xảy bên đường ống bể chứa • Vụ nổ xảy bên tác động đến đường ống bể chứa Deflagration Detonation • Deflagration: • Sóng áp suất lan truyền chậm khoảng 1m/s (với hỗn hợp hydrocarbon-khơng khí) • Kéo dài từ vài milli giây đến vài giây • Detonation: • Sóng áp suất lan truyền với vận tốc siêu thanh, gần Mach 5, khoảng từ 15002700m/s • Kéo dài từ vài micro giây đến vài mili giây • Explosion: • Q trình cháy xảy bồn chứa gây áp suất cao lan truyền vào đường ống • Ứng suất chu vi dọc trục gây biến dạng vĩnh viễn, xé phá vỡ đường ống bể chứa Deflagration Detonation • Deflagration: • Khi vùng cháy bắt đầu lan truyền khoảng 1m (vận tốc 0,6 đến 1m/s) nén khí ống tạo áp suất đỉnh đến 300psi (20bar) • Với đường ống dài, q trình deflagration chuyển thành Detonation, vận tốc lên đến 2000m/s áp suất lên đến hang trăm bar • Áp suất đỉnh tăng 500 lần so với áp suất ban đầu trình chuyển sang detonation • Quá trình chuyển từ Deflagration sang Detonation phụ thuộc: • • • • • Loại hỗn hợp khí Áp suất ban đầu Đường kính ống Điều kiện bao kín xung quanh (mở, kín, kín phần) Mặt bố trí Deflagration Detonation • Q trình chuyển từ Deflagration sang Detonation có tính chất: • Xảy nhanh áp suất ban đầu lớn kết hợp với bề mặt ống thơ ráp • Có mặt phận ngăn cản dòng chảy (van, khe hẹp…) • Ví dụ: lửa có áp suất 5,5psi vận tốc lan truyền 150m/s đường ống thẳn tăng lên đến 240psi 1100m/s qua khuỷu • Đường kính ống nhỏ, áp suất ban đầu lớn trình chuyển nhanh • Với acetylene: • Áp suất ban đầu 80psi cần quãng đường 0.6m đến chuyển từ deflagraion sang detonation • Áp suất ban đầu 10psi cần quãng đường dài đến 90m Deflagration Detonation • Khi q trình nổ xảy vị trí đường ống bể chứa chịu xung áp suất ban đầu lớn sau giảm dần q trình phản xạ quay xung ban đầu hình sau Các loại tải trọng động • Mức độ nghiêm trọng áp suất động lên hệ thống bồn chứa đường ống phụ thuộc vào khoảng thời gian xung áp suất so sánh với chu kỳ tự nhiên đường ống bể chứa T=1/f với f tần số tự nhiên) • Tần số tự nhiên liên quan đến trình biến dạng động xung áp suất • Đối với hình trụ (ống vỏ bồn chứa) biến dạng điển hình có hai loại: • Biến dạng dọc trục (dãn dọc trục) • Biến dạng hướng kính (phồng hướng kính) • Tại chỗ nối thân đầu bồn, biến dạng hướng làm oằn mối nối Các loại tải trọng động • Tần số tự nhiên biến dạng dọc trục hình trụ hở (ống thân bồn) Các loại tải trọng động • Tần số tự nhiên biến dạng hướng kính hình trụ hở (ống thân bồn) Các loại tải trọng động • Tải trọng áp suất trình nổ xảy theo chế độ: • Hầu tĩnh (quasi-static) • Xung (impulsive) • Động (dynamic) • So sánh khoảng thời gian chịu áp suất động (Tl) chu kỳ tự nhiên (T) ta có: • Tl>40T: - cấu tử có độ cứng lớn thời gian chịu áp suất động lớn chế độ biến dạng thuộc loại tĩnh - cấu tử cứng có thời gian để biến dạng hồn tồn trước áp suất nổ suy yếu - xung hình chữ nhật có biến dạng gấp đơi so với áp suất tĩnh - xung hình tam giá có biến dạng gấp 1,5 lần so với áp suất tĩnh Các tiêu chuẩn thiết kế Các tải trọng dạng xung • Ở chế độ tải trọng xung thời gian xung nhỏ nhiều so với chu kỳ tự nhiên việc đánh giá cần dựa biến dạng ứng suất chế độ tải trọng gần tĩnh • Mức độ xác đòi hỏi cao quan tâm đến tương tác xung áp suất cấu tử theo thời gian • Các tiêu chuẩn chấp nhận nên dựa theo biến dạng dẻo cấu tử so sánh với biến không ổn định dẻo vật liệu Các tiêu chuẩn thiết kế Nứt vỡ • Phân tích khuyết tật dạng nứt vỡ cần phải thực theo quy luật thiết kế ASME B&PV section III section VIII • Các khuyết tật nứt vỡ trình chế tạo vật liệu ban đầu, q trình gia cơng xử lý vật liệu chế tạo đường ống bồn chứa, bể chứa • Mức độ ổn định khuyết tật nứt vỡ bồn chứa bị khuyết tật chịu tác động áp suất nổ việc giảm độ cứng chất động áp suất tác động Bảo vệ ngăn ngừa q trình nổ Nứt vỡ • Q trình nổ cần ngăn ngừa bảo vệ từ gian đoạn thiết kế • Nếu khơng bảo vệ được, người thiết kế chủ đầu tư phải chấp nhận giải pháp giảm hậu vụ nổ, ví dụ sử dụng: • • • • • thiết bị chặn lửa, chặn nổ kiểu detonation (API 2028, API 2210 UL) Van cô lập vụ nổ (Fike) Hệ thống khử (NFPA) Hệ thống xả nổ (NFPA) Đĩa nổ (ASME VIII) Bảo vệ ngăn ngừa trình nổ Thiết bị chặn lửa, chặn nổ kiểu detonation (API 2028, API 2210 UL) • Là thiết bị thụ động điển hình gồm kênh kim loại xoắn ruột gà cho phép khoảng dịch chuyển tự khí điều kiện vận hành bình thường • Trong trường hợp nổ, kênh kim loại đóng vai trò thiết bị trao đổi nhiệt hấp thụ nhiệt sinh từ lửa • Một số loại thiết bị chặn lửa có đệm kín chất lỏng vách ngăn • Lựa chọn thiết bị lửa phải: • Thích hợp • Kích thước phù hợp lưu chất • Phù hợp với áp suất loại nổ (deflagration hay detonation) Bảo vệ ngăn ngừa q trình nổ Van lập vụ nổ (Fike) • Phát vụ nổ cảm ứng áp suất gắn bồn chứa, ống hay bể chứa • Cảm ứng áp suất kích hoạt nguồn ni tơ áp suất cao để đóng van lập thời gian ngắn (mili giây) Bảo vệ ngăn ngừa q trình nổ Hệ thống khử (NFPA) • Gần giống với hệ thống chống lửa • Cảm ứng phát áp suất bùng nổ deflagration gửi tín hiệu để phun Halon hay chất chống cháy hóa học dạng bột qua vòi vào hệ thống Bảo vệ ngăn ngừa q trình nổ Hệ thống xả nổ (NFPA) • Có lỗ mở cho phép khí sinh q trình nổ • Thường sử dụng để xả khí vụ nổ deflagration bồn chứa áp suất thường có lỗ mở lớn Diện tích xả tính bởi: Bảo vệ ngăn ngừa trình nổ Đĩa nổ (ASME VIII) • Có thể xả thơng khí vụ nổ deflagration detonation • Là loại thiết bị khơng thể đóng lại sau xả áp suất xác định • Có sẵn thị trường với khoảng rộng kích thước áp suất • Loại đĩa nổ phẳng dễ bị tượng mỏi nên thay loại vòm áp suất tác động phía mặt lõm • Hiện sử dụng đĩa vòm áp suất tác động phía mặt lồi • Cần thường xun kiểm tra tình trạng bị ăn mòn đĩa nổ Bảo vệ ngăn ngừa trình nổ Đĩa nổ (ASME VIII) • Có thể xả thơng khí vụ nổ deflagration detonation • Là loại thiết bị khơng thể đóng lại sau xả áp suất xác định • Có sẵn thị trường với khoảng rộng kích thước áp suất • Loại đĩa nổ phẳng dễ bị tượng mỏi nên thay loại vòm áp suất tác động phía mặt lõm • Hiện sử dụng đĩa vòm áp suất tác động phía mặt lồi • Cần thường xun kiểm tra tình trạng bị ăn mòn đĩa nổ Q trình nổ bên ngồi • Đánh giá tác động vụ nổ bên ngồi lên đường ống áp dụng tương tự với cơng trình kiến trúc nhà cửa • Bước 1: so sánh thời gian xung áp suất (TI) với chu kỳ uốn ngang tự nhiên (T) hệ thống ống • Ở chế độ gần tĩnh (TI>40T) Q trình nổ bên ngồi • Gia tốc ngang tác động lên ống gây biến dạng, moment uốn ứng suất tính tốn • Ở chế độ xung (TI