yêu cầu ngay bây giờ
1. Định nghĩa tàu áp lực
MỘT Tàu áp lực là một thùng chứa kín có khả năng chịu được chênh lệch áp suất bên trong hoặc bên ngoài. Chúng được sử dụng rộng rãi để lưu trữ các phương tiện khác nhau, chẳng hạn như chất lỏng, khí và hơi nước, đặc biệt là trong các quy trình công nghiệp đòi hỏi phải hoạt động dưới áp suất cao hoặc thấp. Các tàu áp lực là thiết bị không thể thiếu trong các ngành công nghiệp hóa học, dầu khí, khí đốt tự nhiên, năng lượng và dược phẩm.
Trong nhiều ứng dụng công nghiệp, các tàu áp lực không chỉ lưu trữ các chất mà còn thực hiện các hoạt động quy trình phức tạp như phản ứng, bay hơi và tách. Bởi vì áp suất bên trong các mạch áp suất thường cao hơn đáng kể so với áp suất khí quyển, nên thiết kế, sản xuất và bảo trì của chúng phải tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn quốc gia và thông số kỹ thuật của ngành.
2. Cấu trúc cơ bản của tàu áp suất
Thiết kế kết cấu của bình áp suất phải xem xét nhiều yếu tố, bao gồm khả năng áp suất của nó, các đặc điểm của môi trường được sử dụng và điều kiện nhiệt độ. Cấu trúc cơ bản của nó chủ yếu bao gồm vỏ, nắp cuối, cấu trúc hỗ trợ, khớp và thiết bị an toàn. Sau đây là một lời giải thích chi tiết về từng thành phần:
a) vỏ
Vỏ là thân chính của bình áp lực, chịu trách nhiệm chủ yếu để mang áp suất bên trong. Thiết kế vỏ thay đổi tùy thuộc vào hình dạng của tàu.
Vỏ hình trụ: Đây là hình dạng tàu áp suất phổ biến nhất. Nó phù hợp cho hầu hết các ứng dụng, chẳng hạn như bể chứa và lò phản ứng. Các tàu hình trụ tương đối dễ sản xuất, có cấu trúc ổn định và phân phối áp lực hiệu quả.
Vỏ hình cầu: Vỏ hình cầu cung cấp sự phân bố áp suất đồng đều nhất và có thể chịu được áp lực bên trong và bên ngoài cao hơn. Do đó, chúng thường được sử dụng trong các tàu phải chịu áp lực cực kỳ cao, chẳng hạn như các thùng chứa khí hóa lỏng. Tuy nhiên, các thùng chứa hình cầu đắt hơn để sản xuất và ít phổ biến hơn các thùng chứa hình trụ.
Vỏ hình elip hoặc bán cầu: Thiết kế này kết hợp các ưu điểm của các thùng chứa hình trụ và hình cầu, làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng áp suất cực cao và cung cấp khả năng chống áp lực lớn hơn. Chúng thường được sử dụng trong nồi hơi áp suất cao hoặc một số lò phản ứng hóa học chuyên dụng nhất định.
b) Đầu
Đầu là đầu của bình áp lực, niêm phong và hấp thụ một phần áp suất. Thiết kế và hình dạng của một cái đầu thường phù hợp với hình dạng của chính tàu. Độ dày và hình dạng của đầu thay đổi tùy thuộc vào áp lực được chịu.
Đầu bán cầu: Hình dạng đầu này phân phối đồng đều áp suất bên trong và thường được sử dụng ở hai đầu của các mạch hình cầu hoặc hình trụ để giảm thiểu nồng độ ứng suất. Đầu hình bầu dục: Thích hợp cho các tàu áp suất thấp và trung bình. Hình dạng của chúng giúp phân phối đều căng thẳng trên tàu, và thường được tìm thấy trên các bể chứa trong các ngành công nghiệp hóa học và dầu khí.
Đầu hình nón: Đầu hình nón thường được sử dụng ở dưới cùng của các tàu, đặc biệt đối với các tàu áp suất thấp hoặc nơi cần thoát nước lỏng.
c) Cấu trúc hỗ trợ
Các cấu trúc hỗ trợ hỗ trợ trọng lượng của toàn bộ tàu áp suất và thường được lắp đặt ở phía dưới hoặc bên của tàu. Chúng đảm bảo sự ổn định và ngăn ngừa nghiêng hoặc dịch chuyển do trọng lực hoặc rung động.
Các cấu trúc hỗ trợ bao gồm chân, treo khung và cơ sở. Các cấu trúc hỗ trợ phải được thiết kế dựa trên kích thước của tàu và môi trường vận hành để đảm bảo an toàn và ổn định.
d) Vòi phun
Vòi phun là các phần của bình áp suất kết nối các đường ống, van, dụng cụ và các thiết bị khác. Các loại phổ biến bao gồm cổng thức ăn, cổng xả, cổng thoát nước và cửa hàng khí.
Vòi phun phải được thiết kế để đảm bảo kết nối chống rò rỉ và ngăn ngừa rò rỉ khi tàu chịu áp lực. Chúng thường được kết nối với thân tàu bằng cách hàn hoặc ren. E) Van cứu trợ an toàn
Để ngăn chặn vụ nổ hoặc vỡ do áp suất bên trong quá mức, các mạch áp suất phải được trang bị một thiết bị an toàn, trong đó phổ biến nhất là van an toàn. Một van an toàn tự động phát hiện áp suất bên trong và, khi áp suất vượt quá giá trị đã đặt, mở ra để giải phóng áp suất vượt quá, do đó bảo vệ tàu khỏi thiệt hại.
Ngoài các van an toàn, các thiết bị giảm áp khác bao gồm đĩa vỡ và van xả khẩn cấp.
3. Nguyên tắc làm việc của tàu áp lực
Nguyên tắc làm việc của các mạch áp suất chủ yếu xoay quanh sự dao động áp suất và nhiệt độ trong môi trường bên trong, cũng như sức mạnh vật chất của chính tàu. Sau đây là một số nguyên tắc làm việc chính:
a) Hiệu ứng áp suất bên trong
Chức năng chính của bình áp lực là chịu được chênh lệch áp suất bên trong hoặc bên ngoài. Trong quá trình hoạt động, môi trường khí hoặc chất lỏng trong tàu gặp phải một áp lực nhất định. Áp lực càng lớn, ứng suất trên tàu càng lớn. Để đảm bảo an toàn cho tàu, độ dày, vật liệu và các thành phần quan trọng khác của thành tàu phải được thiết kế dựa trên áp suất tối đa mà nó có thể chịu được.
b) truyền áp suất
Trong một bình áp lực, áp suất được truyền đi khắp cấu trúc qua thành tàu. Trong khi áp lực bên trong được phân phối đều trên khắp thành tàu, nồng độ ứng suất đáng kể có thể xảy ra ở các khu vực như nắp cuối và khớp. Do đó, các khu vực này thường yêu cầu gia cố thêm.
c) Ảnh hưởng của nhiệt độ lên các mạch áp suất
Nhiệt độ bên trong một tàu ảnh hưởng đến mật độ và độ nhớt của môi trường, do đó ảnh hưởng đến áp suất trong tàu. Nhiệt độ tăng có thể làm cho vật liệu thành tàu mở rộng hoặc làm mềm, do đó, ảnh hưởng của nhiệt độ đến sức mạnh của vật liệu tàu phải được xem xét trong quá trình thiết kế. Các mạch áp suất được sử dụng ở nhiệt độ cao thường sử dụng các vật liệu kháng nhiệt độ cao.
D) Phân phối căng thẳng trong các tàu
Phân phối căng thẳng trong các tàu áp lực là không đồng đều. Thông thường, các đầu (kết thúc) của tàu trải qua căng thẳng lớn hơn. Để ngăn chặn vết nứt hoặc biến dạng ở các khu vực này, thiết kế đòi hỏi độ dày thành hoặc các đặc điểm cấu trúc chuyên dụng.
4. Chức năng của tàu áp suất
Các chức năng của các tàu áp lực không giới hạn trong việc lưu trữ hoặc vận chuyển các chất; Họ cũng bao gồm một loạt các quy trình công nghiệp phức tạp. Các chức năng cụ thể như sau:
a) Lưu trữ
Một trong những chức năng phổ biến nhất là lưu trữ khí, chất lỏng hoặc hơi. Ví dụ, trong ngành hóa dầu, các mạch áp suất thường được sử dụng để lưu trữ khí tự nhiên hóa lỏng (LNG) hoặc các chất lỏng hóa học khác. Trong các hệ thống không khí nén, các tàu áp suất lưu trữ khí áp suất cao để sử dụng sẵn sàng.
b) Phản ứng
Các mạch áp suất được sử dụng làm lò phản ứng trong nhiều ngành công nghiệp, chẳng hạn như các ngành công nghiệp hóa chất, dầu, khí đốt và dược phẩm. Phản ứng hóa học hoặc vật lý được thực hiện dưới áp suất cao để tạo ra các hóa chất hoặc chất trung gian mong muốn. Áp suất cao trong quá trình phản ứng giúp tăng tốc tốc độ phản ứng hoặc tăng năng suất.
c) Chức năng sưởi ấm và làm mát
Một số bình áp lực cũng có chức năng sưởi ấm hoặc làm mát. Ví dụ, trong hệ thống trao đổi nhiệt, bình áp suất có thể được sử dụng như một phần của bộ trao đổi nhiệt để truyền nhiệt từ môi trường này sang môi trường khác. Lò hơi và máy nước nóng cũng rơi vào loại này và thường được sử dụng để tạo ra hơi nước hoặc nước nóng.
d) Chức năng nén và mở rộng
Các mạch áp suất cũng thường được sử dụng để nén hoặc mở rộng khí. Ví dụ, khí tự nhiên thường được nén trong các tàu áp suất cao để lưu trữ và vận chuyển. Hệ thống không khí nén cũng là một ứng dụng chính cho các tàu áp suất.
5. An toàn bình áp tàu
Bởi vì các mạch áp suất thường được tiếp xúc với áp suất cao và nhiệt độ cao, đảm bảo an toàn của chúng là tối quan trọng. Điểm chính trong thiết kế an toàn của các tàu áp lực bao gồm:
Lựa chọn vật liệu: Các vật liệu có cường độ cao, khả năng chống ăn mòn và sức đề kháng mệt mỏi phải được chọn. Các vật liệu thường được sử dụng bao gồm thép carbon, thép không gỉ và thép hợp kim, có thể chịu được nhiệt độ và áp suất cao.
Thông số kỹ thuật thiết kế: Thiết kế phải tuân thủ nghiêm ngặt các thông số kỹ thuật và tiêu chuẩn thiết kế có liên quan. Các tiêu chuẩn quốc tế phổ biến bao gồm nồi hơi ASME và mã bình áp (BPVC), trong đó chỉ định các yêu cầu cho thiết kế, sản xuất và kiểm tra các tàu áp lực.
Kiểm tra và thử nghiệm: Kiểm tra thường xuyên các bình áp suất là rất quan trọng, bao gồm kiểm tra bên ngoài, kiểm tra nội soi và thử nghiệm không phá hủy (như xét nghiệm siêu âm và thử nghiệm tia X). Các xét nghiệm này có thể phát hiện kịp thời các nguy hiểm ẩn như vết nứt và ăn mòn, ngăn ngừa tai nạn.
Thiết bị an toàn: Tàu áp suất phải được trang bị van an toàn hoặc thiết bị giảm áp. Khi áp suất trong tàu vượt quá ngưỡng an toàn, các thiết bị này sẽ tự động mở để giải phóng áp suất dư thừa và ngăn tàu nổ hoặc vỡ.
6. Ứng dụng của tàu áp lực
Các mạch áp suất được sử dụng rộng rãi, chủ yếu trong các ngành công nghiệp yêu cầu hoạt động trong điều kiện áp suất cao hoặc thấp:
Công nghiệp hóa dầu: Được sử dụng để lưu trữ khí dầu khí hóa lỏng, khí đốt tự nhiên, hóa chất và các sản phẩm dầu mỏ.
Công nghiệp năng lượng: Lò hơi, máy tạo hơi nước và bộ trao đổi nhiệt yêu cầu các bình áp suất để lưu trữ và truyền nhiệt.
Ngành công nghiệp dược phẩm: Tàu áp lực được sử dụng cho các phản ứng thuốc, khử trùng và lưu trữ khí.
Ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống: Tàu áp lực được sử dụng để sưởi ấm, làm mát và chế biến thực phẩm lỏng.
TOP