Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 7915-6:2009 về Thiết bị an toàn chống quá áp – Phần 6: Ứng dụng, lựa chọn và lắp đặt đĩa nổ hướng dẫn việc ứng dụng, lựa chọn và lắp đặt các đĩa nổ dùng để bảo vệ thiết bị chịu áp lực khỏi sự quá áp và/hoặc quá chân không. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 7915-6 : 2009 THIẾT BỊ AN TOÀN CHỐNG QUÁ ÁP – PHẦN 6: ỨNG DỤNG, LỰA CHỌN VÀ LẮP ĐẶT ĐĨA NỔ Safety devices for protection against excessive pressure - Part 6: Application, selection and installation of bursting disc safety devices Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn hướng dẫn việc ứng dụng, lựa chọn lắp đặt đĩa nổ dùng để bảo vệ thiết bị chịu áp lực khỏi áp và/hoặc chân không Phụ lục A cung cấp danh mục thông tin khách hàng cung cấp cho nhà sản xuất Phụ lục B đưa hướng dẫn thời gian thay cho màng nổ Phụ lục C đưa hướng dẫn xác định lưu lượng khối lượng, môi chất pha, hệ thống xả áp có chứa đĩa nổ Phụ lục E qui trình khơng bắt buộc để xác lập trở lực dòng chảy cụm màng nổ nổ Các yêu cầu chế tạo, kiểm tra, thử nghiệm, ghi nhãn, chứng nhận bao gói đĩa nổ cho TCVN 7915-2 (ISO 4126-2) Tài liệu viện dẫn Các tài liệu cần thiết việc áp dụng tiêu chuẩn Đối với tài liệu có ghi năm cơng bố, áp dụng phiên nêu Đối với tài liệu khơng có năm cơng bố, áp dụng phiên (bao gồm sửa đổi) TCVN 7915-1 : 2009 (ISO 4126-1 : 2004) Thiết bị an toàn chống áp – Phần 1: Van an toàn TCVN 7915-2 : 2009 (ISO 4126-2 : 2003) Thiết bị an toàn chống áp - Phần 2: Đĩa nổ TCVN 7915-4 : 2009 (ISO 4126-4 : 2004) Thiết bị an toàn chống áp - Phần 4: Van an toàn có van điều khiển TCVN 7915-5 : 2009 (ISO 4126-5 : 2004) Thiết bị an toàn chống áp - Phần 5: Hệ thống an tồn xả áp có điều khiển (CSPRS) TCVN 7915-7 : 2009 (ISO 4126-7 : 2004) Thiết bị an toàn chống áp - Phần 7: Dữ liệu chung Thuật ngữ định nghĩa Tiêu chuẩn áp dụng thuật ngữ định nghĩa TCVN 7915-1: 2009 thuật ngữ sau 3.1 Đĩa nổ (bursting disc safety device) Thiết bị xả áp khơng đóng kín lại, vận hành độ chênh áp suất thiết kế để hoạt động cách làm nổ màng nổ CHÚ THÍCH: Đĩa nổ cụm hoàn chỉnh chi tiết lắp đặt, bao gồm cấu kẹp màng nổ 3.2 Cụm màng nổ (bursting disc assembly) Cụm hoàn chỉnh chi tiết lắp cấu kẹp màng nổ để thực chức theo yêu cầu 3.3 Màng nổ (bursting disc) Chi tiết chịu áp lực nhạy cảm với áp lực đĩa nổ 3.4 Cơ cấu kẹp màng nổ (bursting disc holder) Bộ phận đĩa nổ để giữ cụm màng nổ vị trí định vị 3.5 Màng nổ có hình vòm thơng thường (ám tác động phía trước) (conventional domed bursting disc) Màng nổ tạo hình vòm theo chiều áp lực nổ (nghĩa áp lực nổ tác dụng vào phía lõm màng nổ) (xem Hình TCVN 7915-2: 2009) 3.6 Màng nổ có rãnh (slotted lined bursting disc) Màng nổ chế tạo từ hai nhiều lớp vật liệu có lớp xẻ rãnh tạo khe hở để điều chỉnh áp lực nổ màng nổ 3.7 Màng nổ có hình vòm ngược (ám tác động ngược lại) (reverse domed bursting disc) Màng nổ tạo thành vòm theo chiều ngược lại với áp lực nổ (nghĩa áp lực nổ tác dụng vào phía lồi màng nổ) (xem Hình TCVN 7915-2: 2009) 3.8 Màng nổ graphit (graphite bursting disc) Màng nổ chế tạo từ graphit, graphit tẩm, graphit mềm dẻo hợp chất graphit thiết kế để nổ lực uốn cắt CHÚ THÍCH: Áp dụng định nghĩa sau: a) graphit: dạng tinh thể nguyên tố cacbon; b) graphit tẩm: graphit tron có lỗ xốp hở tẩm vật liệu trám; c) graphít mềm dẻo: cấu trúc graphit tạo thành cách nén nóng hỗn hợp có lớp graphit xen kẽ; d) hợp chất graphit: chế tạo từ hai nhiều vật liệu khác biệt có tính chất khác tỷ lệ graphit vượt 50 % theo trọng lượng 3.9 Áp suất nổ qui định (specified bursting pressure) Áp suất nổ qui định với nhiệt độ để nổ xác định yêu cầu màng nổ (được sử dụng với dung sai áp suất nổ, xem 3.13) 3.10 Áp suất nổ lớn qui định (specified maximum bursting pressure) Áp suất nổ lớn qui định với nhiệt độ để nổ xác định yêu cầu màng nổ (được sử dụng với áp suất nổ nhỏ qui định, xem 3.11) 3.11 Áp suất nổ nhỏ qui định (specified minimum bursting pressure) Áp suất nổ nhỏ qui định với nhiệt độ để nổ xác định yêu cầu màng nổ (được sử dụng với áp suất nổ lớn qui định, xem 3.10) 3.12 Nhiệt độ để nổ (coincident temperature) Nhiệt độ màng nổ gắn liền với áp suất nổ (xem 3.9, 3.10 3.11) nhiệt độ mong đợi màng nổ cần phải nổ 3.13 Dung sai áp suất nổ (performance tolerance) Phạm vi áp suất áp suất nổ nhỏ qui định áp suất nổ lớn qui định phạm vi áp suất tính tỷ lệ phần trăm đại lượng dương âm so với áp suất nổ qui định 3.14 Áp suất làm việc (operating presure) Áp suất tồn điều kiện làm việc bình thường hệ thống bảo vệ 3.15 Áp suất xả (relieving pressure) Áp suất lớn điều kiện xả hệ thống chịu áp lực CHÚ THÍCH: Áp suất khác với áp suất nổ màng nổ 3.16 Nhiệt độ xả (relieving temparature) Nhiệt độ điều kiện xả hệ thống chịu áp lực CHÚ THÍCH: Nhiệt độ khác với nhiệt độ để nổ qui định cho màng nổ 3.17 Độ chênh áp suất ngược (differential back pressure) Độ chênh áp qua màng nổ theo chiều ngược lại với áp suất nổ CHÚ THÍCH: Độ chênh áp suất ngược kết áp suất hệ thống xả từ nguồn khác và/hoặc kết chân khơng phía trước màng nổ 3.18 Diện tích xả đĩa nổ (bursting disc safety device dischange area) Diện tích mặt cắt ngang nhỏ dòng chảy đĩa nổ có tính đến khả giảm diện tích mặt cắt ngang, ví dụ cấu đỡ áp suất ngược, cấu kẹp phần màng nổ để lại sau nổ 3.19 Lô sản phẩm (batch) Số lượng màng nổ đĩa nổ tạo thành nhóm sản phẩm có kiểu, cỡ kích thước, vật liệu yêu cầu áp suất nổ qui định, màng nổ chế tạo từ lô vật liệu 3.20 Áp suất nổ (bursting pressure) Giá trị độ chênh áp suất hai phía màng nổ màng bị nổ 3.21 Cơ cấu đỡ áp suất ngược (back pressure support) Bộ phận đĩa nổ ngăn ngừa hư hỏng màng nổ độ chênh áp suất ngược CHÚ THÍCH: Cơ cấu đỡ áp suất ngược dùng để ngăn ngừa hư hỏng màng nổ áp suất hệ thống giảm xuống thấp áp suất khí gọi cấu đỡ chân không 3.22 Lớp phủ (coating) Lớp vật liệu kim loại phi kim loại phủ lên chi tiết đĩa nổ theo qui trình phủ 3.23 Lớp bọc (lining) Lá kim loại phi kim loại bổ sung để tạo thành phận cụm màng nổ cấu kẹp màng nổ 3.24 Lớp mạ (plating) Lớp kim loại mạ lên màng nổ cấu kẹp màng nổ theo qui trình mạ 3.25 Tấm chắn nhiệt độ (temperature shield) Bộ phận bảo vệ màng nổ tránh nhiệt độ cao 3.26 Hệ số làm việc (operating ratio) Tỷ số áp suất làm việc giới hạn nhỏ áp suất nổ (xem Hình 1) CHÚ THÍCH 1: Trong trường hợp hệ thống chịu áp lực có áp suất làm việc tính bar theo áp kế áp suất khí phía sau màng nổ Hệ số làm việc = áp suất làm việc (bar) giới hạn nhỏ áp suất nổ (bar) CHÚ THÍCH 2: Trong trường hợp hệ thống chịu áp lực có áp suất ngược phía sau đĩa nổ, hệ số làm việc giá trị độ chênh áp phía trước phía sau màng nổ chia cho giới hạn nhỏ áp suất nổ biểu thị độ chênh áp 3.27 Lưu lượng xả đĩa nổ (bursting disc safety device discharge capacity) Lưu lượng mơi chất mà đĩa nổ xảy sau màng nổ bị nổ 3.28 Thời gian thay (replacement period) Khoảng thời gian từ lắp đặt cụm màng nổ tới phải thay 3.29 Hệ thống xả áp (pressure relief system) Hệ thống dùng để xả áp suất cách an toàn chất hữu từ thiết bị chịu áp lực để ngăn ngừa áp CHÚ THÍCH: Hệ thống xả áp bao gồm đầu phun thiết bị, đường ống vào, van xả áp đường ống xả mơi trường/bình gom 3.30 Hệ số xả (discharge coefficient) Hệ số xác định độ giảm lưu lượng xả lý thuyết hệ thống xả áp phương pháp đơn giản (xem C.2) gắn với màng nổ bị nổ tạo thành phần đĩa nổ CHÚ THÍCH: Hệ số xả ký hiệu 3.31 Hệ số trở lực dòng chảy (flow resistance factor) Hệ số xác định trở lực dòng chảy hệ thống đường ống diện màng nổ nổ, tạo thành phần đĩa nổ lắp hệ thống CHÚ THÍCH: Hệ số trở lực dòng chảy ký hiệu K R, hệ số không thứ nguyên biểu thị tổn thất áp suất theo vận tốc 3.32 Áp suất (base pressure) Áp suất ghi ống vào hệ thống thử dòng chảy màng nổ 3.33 Nhiệt độ (base temperature) Nhiệt độ ghi ống vào hệ thống thử dòng chảy màng nổ 3.34 Áp suất lớn cho phép, PS (maximum allowable pressure) Áp suất lớn dùng để thiết kế thiết bị nhà sản xuất qui định Ký hiệu đơn vị Bảng - Các ký hiệu mô tả ký hiệu Ký hiệu Mơ tả Đơn vị A0 Diện tích mặt cắt ngang nhỏ yêu cầu dòng chảy mm2 A1 Diện tích mặt cắt ngang đường ống thượng lưu mm2 AB Diện tích xả đĩa nổ mm2 C Hàm số số mũ đẳng entropi Ctap – Vận tốc âm nhánh áp suất m/s D Đường kính đường ống hệ thống thử mm f Ma sát cho hệ thống, ống G Vận tốc khối lượng kg/(m2.h) k Số mũ đẳng entropi – Kb Hệ số hiệu chỉnh lưu lượng lý thuyết cho dòng chảy tới hạn – KV Hệ số hiệu chỉnh độ nhớt – – KR Hệ số trở lực dòng chảy – Ktap Hệ số trở lực tổng từ đầu vào ống hệ thống thử tới nhánh áp suất – M Khối lượng phân tử Mtap Số hiệu Mach nhánh áp suất – Ma1 Số hiệu Mach đầu vào ống hệ thống thử – p1 Áp suất đầu vào ống hệ thống thử bar (abs) pB Áp suất bar (abs) pb Áp suất ngược bar (abs) pc Áp suất tới hạn bar (abs) p0 Áp suất xả bar (abs) ptap Áp suất nhánh áp suất bar (abs) pr Áp suất qui đổi bar (abs) Qm Lưu lượng khối lượng kg/h R Hằng số khí phổ biến 8314 J/mol/K Re Số Reynolds - TB Nhiệt độ K T0 Nhiệt độ xả K Ttap Nhiệt độ ghi nhánh áp suất K T1 Nhiệt độ đầu vào ống hệ thống thử K Vo Thể tích riêng áp suất nhiệt độ xả thực m3/kg V tap Thể tích riêng nhánh áp suất m3/kg xa Độ khơ ẩm - Ytap Hệ số mở rộng nhánh áp suất - Y1 Hệ số mở rộng đầu vào ống hệ thống thử - Z0 Hệ số nén áp suất nhiệt độ xả thực - p Mật độ kg/m3 Độ nhớt động lực học Pa.s Độ chênh áp cho thông qua đĩa nổ Hệ số xả (xem C.2) a kg/kmol bar (abs) - x biểu thị 0,xx abs = absolute = tuyệt đối Ứng dụng 5.1 Theo yêu cầu tiêu chuẩn có liên quan thiết bị bảo vệ, sử dụng đĩa nổ cấu xả áp với van an toàn phận thiết bị tổ hợp 5.2 Lưu lượng xả hệ thống bao gồm đĩa nổ giới hạn lớn áp suất nổ (xem Hình 1) nhiệt độ để nổ phải bảo đảm cho áp suất xả lớn không vượt yêu cầu thiết bị bảo vệ Các Phụ lục C, D E đưa phương pháp để xác định lưu lượng xả hệ thống xả áp gắn với đĩa nổ 5.3 Việc sử dụng đĩa nổ cấu xả áp suất ưu tiên cho trường hợp sau: a) mức tăng áp suất làm cho mức đáp ứng van an tồn trở nên khơng thích hợp; b) khơng thể cho phép có rò rỉ mơi chất điều kiện làm việc; c) điều kiện làm việc gây lắng đọng làm cho van an tồn khơng hoạt động; d) ảnh hưởng nhiệt độ thấp ngăn cản hoạt động van an tồn; e) u cầu có diện tích xả lớn CHÚ THÍCH: đĩa nổ cấu xả áp lực (suất) khơng đóng kín trở lại, sau nổ cấu dẫn đến tổng tổn thất áp suất/dung lượng từ thiết bị bảo vệ Đối với tất ứng dụng, hệ thống xả áp phải bảo đảm cho sau nổ cụm màng nổ, vỡ thành mảnh phóng vật liệu không được: a) gây hạn chế dòng chảy khơng chấp nhận hệ thống xả áp; b) làm suy giảm vận hành cấu an toàn nào; c) ảnh hưởng tới lưu lượng (xả) chứng nhận cấu an tồn khác 5.4 Có thể sử dụng đĩa nổ với van an toàn vận hành van điều khiển hệ thống an tồn xả áp có điều khiển (CSPRS) (theo TCVN 7915-4 TCVN 7915-5) tiêu chuẩn có liên quan cho phép Việc ứng dụng đĩa nổ không dẫn đến áp thiết bị bảo vệ 5.4.1 Các đĩa nổ với van an toàn sử dụng trường hợp sau: a) lắp ghép nối tiếp, để bảo vệ an tồn chống ăn mòn, tắc nghẽn điều kiện làm việc ảnh hưởng đến tính van an toàn; b) lắp ghép nối tiếp, để ngăn ngừa rò rỉ; c) lắp ghép nối tiếp, để ngăn ngừa tổng tổn thất dung lượng từ thiết bị bảo vệ sau màng nổ bị nổ; d) lắp ghép song song, phận bảo vệ bổ sung 5.4.2 Khi đĩa nổ lắp trước van an tồn phải đáp ứng yêu cầu sau: a) yêu cầu qui định nổ đĩa nổ phải tuân theo yêu cầu có liên quan thiết bị bảo vệ; b) ứng dụng mà đĩa nổ tạo thành phận thiết bị tổ hợp, yêu cầu phải tuân theo tiêu chuẩn áp dụng cho thiết bị c) không gian màng nổ van an toàn phải trang bị phương tiện để phòng ngừa tạo thành áp suất khơng chấp nhận CHÚ THÍCH: Các màng nổ, cấu chênh áp cần đến áp lực cao thiết bị bảo vệ để làm nổ màng nổ có áp suất tạo không gian màng nổ van an tồn có rò rỉ màng nổ ăn mòn áp suất ngược đường ống xả nguyên nhân khác 5.4.3 Khi đĩa nổ lắp sau van an tồn phải đáp ứng yêu cầu sau: a) đĩa nổ đường ống xả phải thiết kế cho khơng làm suy giảm đặc tính làm việc van an tồn; b) khơng gian màng nổ van an toàn phải trang bị phương tiện để ngăn ngừa tạo thành áp suất không chấp nhận CHÚ THÍCH: Một van an tồn chất tải lò xo khơng cân khơng thể mở áp suất chỉnh đặt van có áp suất ngược tạo thành van an tồn đĩa nổ Có thể cần đến kết cấu riêng cho van an toàn c) giới hạn lớn áp suất nổ màng nổ nhiệt độ để nổ cộng với áp suất đường ống xả không vượt quá: 1) giới hạn áp suất ngược van an toàn; 2) áp suất thiết kế ống phụ tùng nối ống van an toàn đĩa nổ; 3) áp suất cho phép tiêu chuẩn có liên quan 5.4.4 Đĩa nổ lắp phía trước phía sau van an tồn với điều kiện phải đáp ứng yêu cầu 5.4.2 5.4.3 5.4.5 Đĩa nổ lắp song song với van an toàn cấu bảo vệ bổ sung (ví dụ để bảo vệ thiết bị chống lại hậu tăng nhanh áp suất) phải qui định để nổ áp suất không vượt yêu cầu có liên quan thiết bị bảo vệ 5.4.6 Khi đĩa nổ lắp nối tiếp với đĩa nổ thứ hai phải đáp ứng yêu cầu sau: a) không gian hai màng nổ phải đủ lớn để bảo đảm cho màng nổ hoạt động đúng; b) không gian màng nổ phải trang bị phương tiện để ngăn ngừa tạo thành áp suất không chấp nhận CHÚ THÍCH: Các màng nổ, cấu chênh áp, cần đến áp lực cao thiết bị bảo vệ để làm nổ màng nổ có áp suất tạo khơng gian màng nổ có phát triển rò rỉ màng nổ ăn mòn nguyên nhân khác Lựa chọn 6.1 Lựa chọn đĩa nổ 6.1.1 Nhà sản xuất nên đưa lời khuyên lựa chọn đĩa nổ cho ứng dụng riêng 6.1.2 Các đĩa nổ làm cấu chênh áp phải quan tâm đến áp suất phía trước phía sau màng nổ 6.1.3 Cần quan tâm đến thời gian thay cụm màng nổ Khoảng thời gian phụ thuộc vào kiểu vật liệu cụm màng nổ, điều kiện làm việc nhiều yếu tố khác Hướng dẫn xác định thời gian thay màng nổ nêu Phụ lục B 6.1.4 Các đĩa nổ thường yêu cầu làm việc môi trường ăn mòn ăn mòn gây hư hỏng sớm màng nổ Các vật liệu chịu tác động ăn mòn bảo vệ lớp phủ, lớp mạ lớp bọc nhà sản xuất thực 6.1.5 Việc lựa chọn vật liệu thích hợp cho màng nổ phụ thuộc vào điều kiện hóa học vật lý tồn phía trước phía sau đĩa nổ trình làm việc 6.1.6 Khi có lắng đọng chất thăng hoa chất rắn khác phía trước đĩa nổ phải lựa chọn kiểu cấu an tồn thích hợp với điều kiện 6.1.7 Khi lựa chọn cỡ kích thước đĩa nổ, phải tính đến cấu đỡ áp suất ngược xác định diện tích mặt cắt ngang nhỏ dòng chảy 6.1.8 Áp suất nổ màng nổ thay đổi theo vật liệu kiểu màng nổ với nhiệt độ màng nổ CHÚ THÍCH: Dữ liệu thay đổi theo mong muốn áp suất nổ theo nhiệt độ lô màng nổ nhà sản xuất yêu cầu Thông thường, phạm vi nhiệt độ từ 15 °C đến 30 °C khơng có thay đổi đáng kể áp suất nổ Tuy nhiên, phạm vi nhiệt độ này, màng nổ có áp suất nổ thấp cao áp suất nổ phạm vi nhiệt độ Khi đĩa nổ qui định với áp suất nổ nhiệt độ để nổ cho thiết bị bảo vệ màng nổ khơng có bảo vệ cần thiết áp suất nổ màng nổ toàn phạm vi nhiệt độ thiết bị bảo vệ Nhiệt độ để nổ khơng trùng với nhiệt độ mơi chất Có thể xác định nhiệt độ để nổ cách đo trực tiếp tính tốn theo phương pháp truyền nhiệt xác lập 6.1.9 Có thể bảo vệ màng nổ tránh nhiệt độ cách xác định vị trí thích hợp, chắn nhiệt độ phương tiện khác Khi cần thiết phải bảo vệ màng nổ tránh nhiệt độ phải xem xét đến ảnh hưởng bảo vệ xác lập nhiệt độ để nổ Không thể sử dụng chắn nhiệt độ để bảo vệ màng nổ trừ có kiến nghị nhà sản xuất 6.1.11 Khi đĩa nổ lắp trước van an toàn để tạo thành thiết bị tổ hợp, việc lựa chọn phải tính đến yêu cầu tiêu chuẩn áp dụng cho cấu 6.1.12 Khi đĩa nổ lựa chọn để lắp phía trước và/hoặc phía sau van an tồn phải hỏi ý kiến nhà sản xuất đĩa nổ nhà sản xuất van an toàn Trong trường hợp đĩa nổ lắp phía sau van an tồn cần xem xét đến ảnh hưởng đến áp suất chỉnh đặt van an tồn khả rò rỉ qua mặt tựa van an tồn và/hoặc từ phía sau đĩa nổ 6.2 Lựa chọn dung sai áp suất nổ Dung sai áp suất nổ phụ thuộc vào số yếu tố bao gồm: a) kiểu màng nổ; b) vật liệu màng nổ; c) phương pháp chế tạo Khi lựa chọn dung sai áp suất nổ cho ứng dụng riêng phải quan tâm đến yếu tố điều kiện trình Dung sai áp lực nổ phải nhà sản xuất qui định sau tham khảo ý kiến khách hàng với việc sử dụng hai phương pháp theo Điều 12 TCVN 7915-2: 2009 Các dung sai áp lực nổ điển hình cho Bảng Áp suất nổ lớn nhiệt độ để nổ không vượt 1,1 lần PS phải có biện pháp để bảo đảm cho áp suất làm việc không thường xuyên vượt PS Phải lựa chọn giới hạn nhỏ áp suất nổ để bảo đảm cho có giới hạn thích hợp áp suất nổ áp suất làm việc Phải xem xét hệ số làm việc thích hợp vật liệu kiểu màng nổ điều kiện trình Các hệ số làm việc lớn điển hình giới thiệu Bảng Bảng - Các dung sai áp suất nổ điển hình Các kiểu màng nổ (xem Điều TCVN 7915-2: 2009) Có hình vòm thơng thường đơn giản Có hình vòm thơng thường có rãnh Áp suất nổ qui Dung sai áp suất nổ định (bar theo áp điển hình kế) < 0,5 ± 50 % 0,5 đến < 1,5 ±30 % đến ±15 % Có hình vòm thơng thường đơn giản với vết khía 1,5 Có hình vòm thơng thường đơn giản với lưỡi dao < 2,0 2,0 Có hình vòm ngược với vết khía