BỊ CẦN THIẾT CHO HỆ THỐNG AST
Charlie Glab
Công ty Morrison Brothers, Dubuque, Iowa
Hai câu hỏi chính khi xác định thiết bị cho AST là:
80
Cái gì cần thiết?
Mình mong muốn có cái gì?
Các u cầu liên quan đến định luật vật lý bao gồm chức năng hệ thống, động lực học chất lỏng và các tính chất vật lý khác. Luật pháp bao gồm các quy định và tiêu chuẩn được áp đặt bởi cơ quan chính phủ.
Những gì mong muốn liên quan đến các vấn đề ngoài các yêu cầu cơ bản như thẩm mỹ, hiệu quả và các yếu tố bảo trì, mức độ tự động hóa và lợi tức đầu tư. Đó là những gì bạn muốn thốt ra khỏi hệ thống không chỉ đơn giản là đáp ứng các yêu cầu.
Sau đây là phác thảo xác định các yêu cầu của từng thiết bị, ứng dụng và các tùy chọn cho thiết bị được sử dụng trên các bình chứa trên mặt đất do xưởng chế tạo để lưu trữ chất lỏng dễ cháy. Đây là những bồn chứa có dung tích nhỏ hơn 50000 gal và có áp suất hoạt động tối đa là 1 psi. I. Các yêu cầu vật lý cơ bản
Bình chứa cung cấp chỗ chứa. Hệ thống vận chuyển cung cấp các phương tiện để di chuyển sản phẩm vào và ra khỏi bình. Hệ thống xả khiến việc vận chuyển và bảo quản sản phẩm diễn ra trong các điều kiện thích hợp và an tồn.
AI. Hệ thống vận chuyển
Hệ thống vận chuyển gồm có chức năng chính là đổ đầy và phân tán. Đổ đầy có thể được thực hiện thông qua cổng đổ ở trên các bình chứa hoặc nó có thể được thực hiện thông qua đường ống từ một cổng ở xa hoặc qua đường ống nối với một bình chứa khác. Việc phân phối xảy ra thơng qua đường ống đến bộ phân phối, đồng hồ đo, giá chất hàng hoặc đến một bình chứa khác. Thơng thường nhất, trong một hệ thống bình chứa nhỏ, các chức năng là riêng biệt. Trong một hệ thống lớn với nhiều đơn vị, các chức năng này có thể dùng chung đường ống. Trong một hệ thống đa dạng, chúng chia sẻ với nhau theo các mạng lưới được thiết kế.
A. Cổng đổ nhiên liệu
1. Khóa chặn lỏng ở trên đỉnh bình
Thiết bị này thường phổ biến đối với các bình chứa tiện ích nhỏ, cổng nạp nằm trên đầu bể và bao gồm một ống nâng có nắp (Hình 25). Nắp thường có bề dày 2 in được làm bằng nhơm hoặc sắt hoặc bổ chuyển đối ren và nắp bản lề có thể khóa được. Nó hoạt động như một khóa chặn kết hợp với lỗ thơng hơi.
2. Khóa chặn chặt ở trên đỉnh bình
Một đường ống nâng lên với khóa chặn chặt thường phổ biến hơn ở những bình chứa nhỏ
81
(Hình 26). Nắp bình chứa có thể gỡ ra và được luồn vào bộ điều hợp hoặc có kết nối cam và rãnh. Kích thước phổ biến trên các bình nhỏ là 2 in. Thiết kế cam và rãnh đang trở nên phổ biến hơn.
3. Thiết bị ngăn tràn top-fill
Cổng nạp đang trở nên kém hiệu quả hơn do ngăn tràn hoặc quá đầy. Thiết bị ngăn tràn top-fill được xử lý bằng một cái xô hoặc được hàn vào bể hoặc được lắp đặt như một bộ phận riêng biệt được luồn với ống nâng (Hình 27). Thơng thường với đường ống nối 4 in, thể tích của xơ từ khoảng 3 đến 7 gal và đi kèm với van xả. Các bình chứa này thường có vỏ khơng được hàn chặt để thơng gió.
Hình 25. Nắp che cổng nạp
Hình 26. Nắp chặt che cổng nạp
82
Hình 27. Hệ thống dự trữ nhiên liệu trên mặt đất. Bình chứa nằm ngang với cổng nạp ở đỉnh và thiết bị phân phối từ xa.
4. Ngăn chặn tràn bình
Ngăn ngừa sự tràn bình được xử lý bằng một van (Hỉnh 3) sẽ thay thế bộ điều hợp đơn giản. Các van này được thiết kế với cơ chế phao tự động đóng ngắt tại một số mức đặt trước ( thường là 90% đầy) trong bình. Kích thước của các van này phổ biến nhất là 2 in – có sẵn 3 in và thậm chí 4 in. Các van này được sử dụng kết hợp với ống thả và có thể được điều chỉnh theo nhiều cách. Người kỹ sư sẽ thấy nhiều tùy chọn được thiết kế hiện nay hơn bất kỳ thời điểm nào khác của AST. Điều này làm cho nó có thể được nghiên cứu kỹ lưỡng trước khi đưa ra bất kỳ quyết định cuối cùng nào.
5. Điều khiển từ xa
Các cổng nạp từ xa (Hình 4) rất phổ biến cho các hệ thống bình chứa lớn hơn, đơn giản là do các hạn chế về quyền truy cập vào đỉnh bình. Đường từ lỗ nạp đến bình thường được xây dựng bằng đường ống cứng có thể theo cấp đến bình chứa, nơi nó được dẫn lên và lên trên cùng. Một van ngăn quá mức có thể được lắp ở đường dây trên đỉnh bình chứa. Thơng thường, đường kết nối
83
với mặt sau của thiết bị và kết thức bằng khớp nối cam và rãnh được gắn theo chiều ngang bên trong bồn. Một nắp bản lề ở phía trước cung cấp khả năng truy cập vào ống nối.
6. Làm gì với sản phẩm khi hệ thống chống tràn tắt
Một vấn đề với việc ngăn chặn sự tràn đầy liên quan dến sản phẩm cịn lại trong hệ thống khi xảy ra q trình ngắt khẩn cấp. Thơng thường, phương tiện để xả ống phân phối khi xảy ra hiện tượng này là thông qua một hệ thống được thiết kế đặc biệt cho mục đích đó.
B. Thiết bị đường ống
Trên các bình chứa nhỏ độc lập để tiếp nhiên liệu cho dộng cơ, việc phân phối sản phẩm ra khỏi bình chứa thường bao gồm đường ống nối với máy phân phối hoặc bơm (Hình 28). Trong nhiều trường hợp thiết bị phân phối được gắn phía trên hoặc liền kề bình chứa. Đường ống này có thể có van chặn, van một chiều, van khử trung, van ngắt khẩn cấp, bộ lọc dòng và van giảm áp.
Hình 28. Hệ thống chứa nhiên liệu trên mặt đất. Bình chứa 2 vách với hệ thống đổ đầy từ xa và hệ thống phân phối bên cạnh.
1. Van một chiều
Được lắp đặt trong đường ống, van một chiều cho phép dịng lưu chất chỉ chảy theo một hướng.
84
Nó có một thanh chặn có thể nâng lên hoặc xoay ra khỏi đường ống khi lưu chất chảy theo một hướng, và ngăn lưu chất chất ngược lại theo hướng khác. Nó được sử dụng trong nhiều ứng dụng từ duy trì trang thái chính trên bơm. Các van này thường được làm bằng đồng thau hoặc sắt dẻo. Nó có nhiều kích cỡ khác nhau – ren hoặc mặt bích – và có thể được chỉ định với điều kiện giảm áp.
2. Van chống si phôn
Van chống si phôn được sử dụng để ngăn sản phẩm rị rỉ ra khỏi bình chứa nếu xảy ra hiện tượng rò rỉ ở dòng hạ lưu dưới mực chất lỏng trong bình chứa. Hai phương pháp chính được sử dụng là sử dụng van điện từ và van nạp lò xo cơ học. Van điện từ thường đóng và chỉ mở khi được kích hoạt bởi một tín hiệu như khi bật máy bơm.
BI. Hệ thống xả
Chỗ để thơng hơi (Hình 29) liên quan đến việc “thơng hơi bình thường” và “thơng hơi khẩn cấp”. Bình thường lỗ thơng hơi là phương tiện cho bình hoạt động bình thường. Trong quá trình nạp đầy, áp suất tich1 tụ và bình phải xả khí. Trong q trình phân tán, áp suất chân không được tạo ra buộc bình chứa phải hít khí vào. Đối với AST tiếp xúc với anh nắng mặt trời, khi ngày nóng lên ,áp suất tích tụ và bình chứa cần xả khí. Khi mặt trời lặn và bình nguội đi, bình cần phải hít khí vào và tiếp tục như vậy.
85
Hình 29. Ống thơng hơi bình thường
A. Thơng hơi thơng thường
1. Kiểu mở
Có nhiều loại lỗ thơng hơi thơng thường. Sự khác biệt chính là kiểu lỗ thơng hơi mở (Hình 6) so với áp suất kiểu chân không. Lỗ thông hơi mở đơn giản là một lỗ thông hơi thông thường được thiết kế để lắp vào đường ống có nắp. Nó cho phép khơng khí vào và ra khỏi bình chứa mà khơng có bất kỳ giới hạn nào được vượt quá. Các lo ngại về chất lượng và tổn thất sản phẩm sẽ ít hơn so với các nhiên liệu có tốc độ bay hơi cao như xăng.
2. Lỗ thơng hơi chân khơng có áp suất.
Lỗ thơng hơi chân khơng có áp suất (Hình 25) cũng cho phép khơng khí vào và ra khỏi bình chứa nhưng dưới những giới hạn nhất định được đề cập đến như cài đặt áp suất và chân không. Các van này được chế tạo với một cơ chế bật ra để ngăn khơng khí chảy đến điểm được cài đặt. Khi bình chứa đạt giới hạn đó, lỗ thơng hơi sẽ mở ra và cho phép khơng khí tràn vào bình. Cài đặt thông thường cho các lỗ thông hơi này là áp suất 8 oz / 2 in và chân không 1 oz / 2 in. Những lỗ thông hơi này được ưa chuộng và thường được yêu cầu sử dụng khi chứa chất lỏng có tốc độ bay hơi cao như xăng. Một lỗ thông hơi chân không áp suất kiểm soát sự thất thoát sản phẩm bằng cách hạn chế bay hơi.
3. Cân nhắc về thiết kế
Các mã chứa cháy nhất định u cầu các lỗ thơng hơi thốt ra ngồi và hướng lên trên. Thông thường chúng được yêu cầu phải được đặt ở độ cao ít nhất 12 ft trên lớp và ống xả phải được hướng ra xa khỏi các tòa nhà hoặc khu vực hoạt động như dỡ hàng vận chuyển. Lỗ thơng hơi cũng phải có kích thước phù hợp với đường ống truyền chất lỏng.
Một lưu ý là có các lỗ thơng hơi chân khơng áp suất riêng biệt được thiết kế cho AST và UST. Các lỗ thơng hơi UST có cơng suất nhỏ hơn; tuy nhiên đơi khi chúng có thể được đưa vào AST khi hệ thống nhiên liệu có tốc độ lưu lượng thấp. Quy trình tốt nhất để chọn một lỗ thơng thường bao gồm khả năng xem xét các tiêu chí quan trọng chi phối tốc độ dịng chảy và tốc độ thơng gió. B. Lỗ thơng hơi khẩn cấp
Thơng hơi khẩn cấp (Hình 25) là phương tiện làm giảm áp suất mạnh tích tụ trong bình chứa do q áp chẳng hạn như khi tiếp xúc đám cháy. Trong khi cháy, bình tiếp xúc hoạt động giống như một ấm pha trà. Các sản phẩm bên trong nóng lên và tạo áp suất trong bình tăng nhanh. Lỗ thơng hơi khẩn cấp sẽ xả áp suất này ra khỏi bình và giữ cho bể hoạt động ở áp suất giới hạn. Hoạt
86
động trong áp suất này sẽ không gây nguy hiểm trong suốt khoảng thời gian khẩn cấp. 1. Các phương án lựa chọn
Việc thơng hơi khẩn cấp có thể được xử lý bằng một thiết kế bình chứa đặc biệt được gọi là “mái yếu”. Phương pháp này rất mắc tiền và khó để lắp đặt và vận chuyển bình chứa. Ngày nay một ứng dụng phổ biến là lắp đặt hệ thống xả trên bình chứa. Thiết bị này có thể là sản phẩm được tạo nên hoặc một chức năng của bình như là lỗ.
2. Kiểu nắp lật mở
Nắp có bản lề, được nạp lị xo (Hình 30) thường được đóng và có bộ nhả cài đặt một tầng hoặc hai tầng. Khi đạt đến áp suất cài đặt, lỗ thông hơi sẽ kicch1 hoạt và lị xo mở ra. 3. Kiểu nắp có khả năng pop-up
Đây là phương pháp phổ biến nhất được sử dụng ngày nay, chỉ là sử dụng một nắp có trọng số. Khi được kích hoạt, nó sẽ bật ra khỏi vịng đệm và tự hạ xuống khi áp suất giảm.
Hình 30. Lỗ thơng hơi khẩn cấp
IV. Yêu cầu về pháp lý
A. Thông báo đặc biệt
Bất kỳ thông số kỹ thuật nào cho các hệ thống AST được đề cập trong đề cương này phải bao gồm chỗ thích hợp để làm lỗ thông hơi khẩn cấp. Nếu một hệ thống thuộc loại này được lắp đặt và vận hành mà khơng có trường hợp khẩn cấp thích hợp để thơng hơi, sẽ xảy ra nguy hiểm hoặc thương tích nghiêm trọng.
Luật liên bang, tiểu bang và địa phương đưa ra các yêu cầu phải tuân theo trong thiết kế và đặc điểm kỹ thuật của các hệ thống AST này. Đặc điểm kỹ thuật AST có thể tuân theo các quy định của luật cứu hỏa quốc gia, địa phương sắc lệnh phịng cháy chữa cháy, chính sách bảo vệ mơi trường liên bang, tiêu chuẩn chất lượng khơng khí địa phương, an tồn lao động, luật phân vùng địa phương,… Những yêu cầu này thường khác nhau tùy thuộc vào các yếu tố khác như khoảng cách dân cư, nguồn cung cấp nước, khối lượng vận hành, … Khỉ chỉ định thiết bị, điều quan
87
trọng là phải hiểu rõ về tất cả các yêu cầu có thể ảnh hưởng đến hệ thống AST cụ thể cho một địa điểm cụ thể.
B. Thơng khí khẩn cấp
Thơng khí khẩn cấp là một khía cạnh được luật pháp Hoa Kỳ và Canada yêu cầu phổ biến, chủ yếu thông qua việc áp dụng các quy chuẩn và tiêu chuẩn phòng cháy chữa cháy quốc gia. Các mã rất cụ thể liên quan đến loại và kích thước lỗ thơng hơi thích hợp cho bình chứa. Hầu hết các mã yêu cầu rằng mọi lỗ thơng hơi phải có xếp hạng lưu lượng được dán nhãn vĩnh viễn trên chính lỗ thơng hơi để người kiểm tra có thể xác nhận tại hiện trường. Xếp hạng này thường được chỉ định bằng đơn vị ft3/giờ, thường tăng theo kích thước lỗ thơng hơi. Người kiểm tra có thể yêu cầu lỗ thơng hơi hoặc tồn bộ hệ thống bình chứa phải được liệt kê bởi một phịng thí nghiệm độc lâp chẳng hạn như phịng thí nghiệm phát hành . Điều quan trọng là phải xác minh những mã và các quan chức cứu hỏa địa phương mong đợi trong việc cung cấp hệ thống thông hơi khẩn cấp và thông số kỹ thuật đáp ứng các yêu cầu này.
Các phiên bản mới nhất của bộ luật phịng cháy chữa cháy quốc gia u cầu ba tính năng trên thiết bị AST là
Thiết bị chống tràn Cảnh báo chống tràn
Phương tiện để đo mực nước chất lỏng C. Van ngăn chặn chống tràn
Thiết bị này đã được bàn luận ở trên. Nó là một van lắp đặt trên đỉnh của bồn chứa ở phần đổ lỏng vào bình. Nó thường được đặt để tắt dịng sản phẩm ở mức giới hạn đặt trước lên đến 95% tổng dung tích chất lỏng của bình. Hầu hết các van có khả năng đặt giới hạn này trong phạm vi từ 90% đến 95%. Cơ chế ngắt của van thay đổi ở một mức độ nào đó từ kiểu bật lên đến nguyên tắc thủy lực. Đã có trường hợp một loại hoạt động cịn loại khác thì khơng do ảnh hưởng của lưu lượng và độ nhớt. Vì vậy, điều quan trọng là phải nghiên cứu sự khác biệt và nếu có thể, hãy kiểm tra chúng trước khi lựa chọn cuối cùng.
D. Báo động chống tràn
Có nhiều loại báo động trên thị trường. Nguyên tắc là khi chất lỏng đạt đến một mức ở trong bình, chẳng hạn như đầy 90%, một báo động (hình 4) sẽ phát ra và hy vọng cảnh báo cho người vận hành ngắt dịng chảy vào bể. Có báo động điện tử, hoạt động bằng pin hoặc là cơ khí. Thậm chí cịn có một báo động được làm hoàn toàn bằng cơ học cũng hoạt động như một lỗ thông hơi
88
chân khơng áp suất bình thường. Các đầu do bao gồm loại phao và công tắc, cảm biến và siêu âm.
Các thiết bị báo động thường được nối vào hệ thống đo lường và mạng phức tạp, nhưng chúng cũng được chế tạo để sử dụng một mình.
V. Tóm tắt
Người chỉ định các thiết bị phải hiểu toàn cảnh về các yêu cầu và mục tiêu mong muốn trước khi