Bài viết liên quan
Chưa có bài viết nào trong mục này
Trình Tự Tính Toán Bình Áp Lực
Hôm nay B2bmart tiếp tục giới thiệu đến các bạn đọc trình tự tính toán Bình chịu áp lực – thành phần cấu tạo, Thiết kế, Ứng dụng, Chủng loại, Vật liệu, Sơ đồ bố trí.
Giới thiệu về bình áp lực
Các bình, bể chứa và đường ống vận chuyển, lưu trữ hoặc tiếp nhận chất lỏng được gọi là bình chịu áp lực.
Bình tích áp được định nghĩa là một bình chứa có sự chênh lệch áp suất giữa bên trong và bên ngoài. Áp suất bên trong thường cao hơn bên ngoài, ngoại trừ một số trường hợp cá biệt.
Chất lỏng bên trong bình có thể bị thay đổi trạng thái như trong trường hợp nồi hơi hoặc có thể kết hợp với các thuốc thử khác như trong trường hợp lò phản ứng hóa học.
Bình chịu áp lực thường có sự kết hợp của áp suất cao cùng với nhiệt độ cao và trong một số trường hợp là chất lỏng dễ cháy hoặc chất phóng xạ cao. Do các mối nguy hiểm như vậy, điều bắt buộc là thiết kế phải đảm bảo không để rò rỉ có thể xảy ra. Ngoài ra, các bình này phải được thiết kế cẩn thận để đối phó với nhiệt độ và áp suất hoạt động.
Cần lưu ý rằng việc vỡ bình áp có khả năng gây ra thương tích lớn về thể chất và thiệt hại về tài sản. An toàn và tính toàn vẹn của nhà máy là mối quan tâm cơ bản trong thiết kế bình chịu áp lực.
Sau đây là các thành phần chính của bình chịu áp lực nói chung:
Vỏ
Thành phần sơ cấp chứa áp suất. Vỏ bình chịu áp lực ở dạng các tấm khác nhau được hàn với nhau tạo thành kết cấu có trục quay chung. Vỏ có dạng hình trụ, hình cầu hoặc hình nón.
Chỏm cầu 2 đầu (Đầu)
Tất cả các bình chịu áp lực phải được đóng ở các đầu bằng đầu (hoặc một phần vỏ khác). Đầu thường cong hơn là phẳng. Nguyên nhân là do cấu hình cong mạnh hơn và cho phép đầu mỏng hơn, nhẹ hơn và ít tốn kém hơn so với đầu phẳng.
Đầu cũng có thể được sử dụng bên trong bình và được gọi là đầu trung gian. Các đầu trung gian này là các phần riêng biệt của bình chịu áp lực để cho phép các điều kiện thiết kế khác nhau.
Bích lắp
Bích lắp là một bộ phận hình trụ xuyên vào vỏ hoặc đầu bình tích áp. Chúng được sử dụng để gắn đường ống dẫn dòng chảy vào hoặc ra khỏi Bồn áp lực, gắn kết nối thiết bị (đồng hồ đo mức, cảm biến nhiệt, đồng hồ đo áp suất) và cung cấp quyền truy cập vào bên trong Bồn áp lực ở đường dẫn hoặc cung cấp để gắn trực tiếp các thiết bị khác (ví dụ như bộ trao đổi nhiệt ).
Giá đỡ (Saddle)
Giá đỡ dùng để chịu mọi tải trọng của bình chịu áp lực, tải trọng động đất, gió. Có nhiều loại giá đỡ khác nhau, được sử dụng tùy thuộc vào kích thước và hướng của bình chịu áp lực. Nó được coi là bộ phận không điều áp của bình.
Vật liệu chung cho bình áp lực
Các vật liệu được sử dụng trong chế tạo bình chịu áp lực là:
- Thép
- Vật liệu màu như nhôm và đồng
- Các kim loại như titan và zirconium
- Vật liệu phi kim loại, chẳng hạn như nhựa, vật liệu tổng hợp và bê tông
- Lớp phủ bảo vệ kim loại và phi kim loại
- Các vật liệu khác nhau có một số đặc điểm tiêu biểu như sau:
- Thép cacbon: sức mạnh và khả năng chống ăn mòn vừa phải
- Thép hợp kim thấp: sức mạnh ở nhiệt độ cao
- Thép không gỉ: chống ăn mòn
- Hợp kim niken: chống ăn mòn
- Hợp kim đồng: khả năng chống nước biển
- Nhôm: Độ bền nhẹ, nhiệt độ thấp
- Titan: nước biển, kháng hóa chất
- Vật liệu chịu lửa: nhiệt độ rất cao
- Phi kim loại: chống ăn mòn & hóa chất
Các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn vật liệu
- Chất lỏng xử lý (tức là một loại nhựa có thể hoàn hảo cho khả năng chống ăn mòn của chất lỏng, nhưng sẽ tan chảy khi người xử lý “nhiệt” thiết bị trong quá trình làm sạch)
- Nhiệt độ làm việc
- Áp lực vận hành
- Vận tốc chất lỏng
- Khả năng làm nhiễm bẩn sản phẩm cần chứa bên trong
- Tuổi thọ cần thiết của thiết bị (Có thể chọn tuổi thọ ngắn hơn và thay thế thường xuyên hơn)
- Chi phí vật liệu xây dựng (vật liệu nền + chi phí chế tạo)
Phân loại bình áp lực – Các loại bình chịu áp lực
Dựa trên độ dày của vách bồn :
1) Bình vách bồn mỏng
2) Vách bồn dày
Dựa trên hình dạng hình học:
1) Bồn áp lực hình trụ
2) Bồn áp lực hình cầu
3) Bồn áp lực hình chữ nhật
4) Bồn áp lực dạng kết hợp
Dựa trên các phương pháp lắp đặt:
1) Bồn áp lực dọc
2) Bồn áp lực ngang
Dựa trên nhiệt độ hoạt động:
1) Bồn áp lực nhiệt độ thấp (nhỏ hơn hoặc bằng – 20 ° C)
2) Bình nhiệt độ bình thường (Giữa – 20 ° C đến 150 ° C)
3) Bình nhiệt độ trung bình (Từ 150 ° C đến 450 ° C)
4) Bồn áp lực nhiệt độ cao (hơn hoặc bằng 450 ° C)
Dựa trên áp lực thiết kế:
1) Bình áp suất thấp (0,1 MPa đến 1,6 MPa)
2) Bình áp suất trung bình (1,6 MPa đến 10 MPa)
3) Bình áp suất cao (10 MPa đến 100 MPa)
4) Bình áp suất cực cao (hơn 100 MPa)
Dựa trên quy trình công nghệ
1) Bồn áp lực phản ứng
2) Bình trao đổi nhiệt
3) Bồn áp lực tách
4) Bồn áp lực dạng container lưu trữ
Sự khác biệt giữa bình áp suất vỏ mỏng và vỏ dày
Các bình chịu áp lực, theo kích thước của chúng, có thể được phân loại là vỏ mỏng hoặc vỏ dày. Nếu độ dày thành vỏ (t) nhỏ hơn 1/10 đến 1/15 đường kính của vỏ (d) thì gọi là vỏ mỏng. Ngược lại, nếu độ dày thành vỏ lớn hơn 1/10 đến 1/15 đường kính của vỏ thì được cho là vỏ dày.
Vỏ mỏng được sử dụng trong nồi hơi, bồn chứa và đường ống, trong khi vỏ dày được sử dụng trong xi lanh áp suất cao, bồn chứa, nòng súng, v.v.
Một tiêu chí khác để phân loại bình chịu áp lực là vỏ mỏng hay vỏ dày là áp suất chất lỏng bên trong (p) và ứng suất cho phép (σ t).
Nếu áp suất chất lỏng bên trong (p) nhỏ hơn 1/6 ứng suất cho phép thì gọi là vỏ mỏng. Ngược lại, nếu áp suất chất lỏng bên trong lớn hơn 1/6 ứng suất cho phép thì nói là vỏ dày.
Đối với 2 đầu bồn thường có dạng: Bán cầu; Bán elip; Hình cầu.
Thiết kế của bình áp lực
Ứng suất trong vỏ hình trụ mỏng do áp suất bên trong
Việc phân tích ứng suất gây ra trong một vỏ hình trụ mỏng được thực hiện trên các giả thiết sau:
1) Ảnh hưởng của độ cong của thành trụ bị bỏ qua.
2) Ứng suất kéo phân bố đều trên tiết diện của các vách .
3) Ảnh hưởng của tác động hạn chế của các đầu ở cuối bình chịu áp lực bị bỏ qua.
Khi một vỏ hình trụ mỏng chịu áp suất bên trong, nó có khả năng bị hỏng theo hai cách sau:
- Nó có thể bị hỏng dọc theo mặt cắt dọc (tức là theo chu vi) chia hình trụ thành hai rãnh, như thể hiện trong Hình
- Nó có thể không thành công trên mặt cắt ngang (tức là theo chiều dọc) tách hình trụ thành hai vỏ hình trụ, như được chỉ ra trong Hình.
Do đó thành của vỏ hình trụ chịu áp lực bên trong phải chịu ứng suất kéo của hai loại sau:
(a) Ứng suất theo chu vi hoặc vòng lặp, và
(b) Ứng suất dọc.
Ứng suất theo chu vi hoặc vòng
σ = pd / 2t
Trong đó, p = Cường độ của áp suất bên trong,
d = Đường kính trong của vỏ hình trụ,
l = Chiều dài của vỏ hình trụ,
t = Độ dày của vỏ hình trụ, và
σ = Ứng suất vòng hoặc ứng suất vòng đối với vật liệu của vỏ hình trụ.
Ứng suất dọc
σ = pd / 4t
Vỏ hình trụ dày chịu áp suất bên trong
Khi tỷ số giữa đường kính trong (d) của hình trụ với chiều dày thành (t) nhỏ hơn 10 đến 15 thì hình trụ được gọi là hình trụ dày.
Xi lanh thủy lực, ống cao áp và nòng súng là những ví dụ về xi lanh dày.
Ứng suất hướng tâm (σr) bị bỏ qua trong hình trụ mỏng, trong khi nó có độ lớn đáng kể trong trường hợp hình trụ dày.
Có một số phương trình để thiết kế các hình trụ dày. Việc lựa chọn phương trình phụ thuộc vào hai thông số: Vật liệu làm xi lanh (cho dù giòn hay dẻo) và Điều kiện của các đầu xi lanh (mở hoặc đóng).
Trong thiết kế vỏ hình trụ dày, hầu hết sử dụng các phương trình sau:
Phương trình của Lame
Khi vật liệu của hình trụ giòn, chẳng hạn như gang hoặc thép đúc, phương trình Lame được sử dụng để xác định độ dày của thành. Nó dựa trên lý thuyết ứng suất chính lớn nhất của sự cố, trong đó ứng suất chính lớn nhất được tính bằng ứng suất cho phép đối với vật liệu.
Phương trình của Birnie
Trong trường hợp các xi lanh có đầu hở (chẳng hạn như xi lanh bơm, vành đai, nòng súng, v.v.) được làm bằng vật liệu dễ uốn (nghĩa là thép cacbon hàm lượng thấp, đồng thau, đồng và hợp kim nhôm), ứng suất cho phép không thể được xác định bằng lý thuyết ứng suất tối đa của sự thất bại. Trong những trường hợp như vậy, lý thuyết biến dạng cực đại được sử dụng. Theo lý thuyết này, hỏng hóc xảy ra khi biến dạng đạt đến giá trị giới hạn.
Phương trình Cla Varino
Phương trình này cũng dựa trên lý thuyết biến dạng lớn nhất của sự hỏng hóc, nhưng nó được áp dụng cho các xi lanh có đầu kín (hoặc xi lanh có đầu) được làm bằng vật liệu dẻo.
Phương trình Barlow
Phương trình này thường được sử dụng cho các đường ống dẫn dầu và khí áp suất cao.
Phương pháp chế tạo bồn áp lực
Phương pháp Tán
Phương pháp tán là tiêu chuẩn cho nồi hơi, bình khí nén và các bình chịu áp lực khác bằng sắt hoặc thép trước khi hàn khí và điện có chất lượng đáng tin cậy trở nên phổ biến là các tấm có đinh tán đã được cuộn và rèn thành hình dạng.
Sau đó tán lại với nhau, thường sử dụng dây đai đối đầu dọc theo các khớp, và tạo rãnh dọc theo các đường nối có đinh tán bằng cách làm biến dạng các cạnh của phần chồng lên nhau.
Đinh tán nóng làm cho các đinh tán co lại khi nguội, tạo thành một mối nối chặt chẽ hơn.
Seamless – không hàn
Phương pháp sản xuất bình áp lực kim loại liền mạch thường được sử dụng cho các xi lanh có đường kính tương đối nhỏ, nơi sẽ sản xuất số lượng lớn do máy móc và dụng cụ đòi hỏi vốn đầu tư lớn. Các phương pháp này rất phù hợp với các ứng dụng vận chuyển và lưu trữ khí áp suất cao và cung cấp các sản phẩm chất lượng đồng nhất.
Đùn ngược
Là quá trình mà vật liệu bị ép chảy ngược lại dọc theo trục giữa trục gá và khuôn.
Đùn nguội (nhôm)
Xi lanh nhôm liền mạch có thể được sản xuất bằng cách đùn phôi nhôm nguội ngược trong một quy trình đầu tiên ép thành và đế, sau đó cắt cạnh trên của thành xi lanh, tiếp theo là ép tạo hình vai và cổ.
Phương pháp Hàn
Các bình lớn và áp suất thấp thường được sản xuất từ các tấm định hình được hàn lại với nhau. Chất lượng mối hàn là yếu tố quan trọng đối với sự an toàn trong các bình chịu áp lực cho người sử dụng.
Như vậy, B2bmart.vn đã trình bày chi tiết cho các bạn về bình chịu áp lực – thành phần cấu tạo, Thiết kế, Ứng dụng, Chủng loại, Vật liệu,… hy vọng bạn làm đúng và đảm bảo an toàn khi tự thiết kế cho mình.
B2b Team
