Thiết kế bình chịu áp lực theo tiêu chuẩn ASME
Bình chịu áp lực là thiết bị dùng để tiến hành các quá trình nhiệt học hoặc hoá học cũng như để chứa và chuyên chở môi chất có áp suất lớn hơn áp suất khí quyển.
Bình chịu áp lực là thiết bị có yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn. Việc thiết kế, chế tạo phải tuân thủ chặt chẽ các quy định về an toàn mà tiêu chuẩn đã đưa ra.
Phạm vi bài viết này chỉ giới thiệu về tiêu chuẩn thiết kế bình chịu áp lực theo ASME (the American Society of Mechanical Engineers). Cụ thể là tiêu chuẩn ASME (nồi hơi và thiết bị áp lực), Section VIII, Division 1.
Tiêu chuẩn thiết kế bình chịu áp lực
Tiêu chuẩn thiết kế bình chịu áp lực là bộ quy tắc lựa chọn phương pháp chế tạo, tính toán, áp lực, ứng suất vật liệu… cũng như phương pháp gia công và kiểm tra.
ASME là bộ tiêu chuẩn của hiệp hội kỹ sư cơ khí Mỹ và nó được sử dụng rộng rãi trên thế giới trong công tác thiết kế, chế tạo và kiểm tra các bình chịu áp lực có yêu cầu cao về an toàn và chất lượng.
Áp lực tác động lên thiết bị áp lực
Áp lực tác động lên thiết bị bao gồm các trường hợp sau:
- Áp suất bên trong hoặc bên ngoài
- Áp lực được tạo ra do chính trọng lượng của thiết bị
- Áp lực do gió và động đất
- Các áp lực các chấn động do quá trình vận hành gây ra
- Áp lực phát sinh của môi chất trong quá trình thử nghiệm
Tiêu chuẩn xem xét các yếu tố áp suất, nhiệt độ tác động lên thiết bị theo hướng chu vi và dọc thân.
Vật liệu chế tạo thiết bị chịu áp lực theo tiêu chuẩn ASME
Vật liệu chế tạo phải tuân thủ nghiêm ngặt các yêu cầu mà tiêu chuẩn đã đưa ra. Vật liệu chế tạo phải thỏa mãn:
- Giá thành
- Tính phổ biến
- Phương pháp gia công
- Điều kiện vận hành (ăn mòn, nhiệt độ, môi chất ...)
- Ứng suất vật liệu
Một số vật liệu thường được sử dụng để chế tạo các thiết bị áp lực làm việc trong môi trường ăn mòn và nhiệt độ cao như trong bảng 1.
Bảng 1: Một số vật liệu thường gặp được sử dụng chế tạo bình chịu áp lực
| Nhiệt độ (+- 0F) | Thép tấm | Thép ống | Thép rèn |
|---|---|---|---|
| Dưới -50 | SA-516(*) | SA-333 | SA-350 |
| All Grade | Gr.1 | Gr.LF1,LF2 | |
| Từ +33 đến + 775 | SA-285 | SA-53 | SA-181 |
| Gr.C | SA-106 | Gr.I, II | |
| SA.515 | |||
| Gr.55, 60, 65 | |||
| SA-516 All Grades | |||
| Từ +776 đến +1000 | SA-204 | SA-335 | SA-182 |
| Gr.B,C | Gr.P1, P11, P12 | Gr.F1, F11,F12 | |
| SA-387 | |||
| Gr.11, 12 Class I |
Lưu ý:
() *Yêu cầu thêm chỉ tiêu va đập của vật liệu (impact test). Nhóm thép có ký hiệu SA được sử dụng trong tiêu chuẩn ASME Boiler and Pressure Vesel Code.\
Ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo
Ứng suất cho phép của vật liệu là giá trị để xác định chiều dày nhỏ nhất vật liệu chế tạo bình chịu áp lực dựa trên giới hạn bền và giới hạn chảy của vật liệu ở nhiệt độ thiết kế.
Bảng 2: Ứng suất cho phép của một số vật liệu sử dụng trong chế tạo bình chịu áp lực
| Tên vật liệu | Nhiệt độ giới hạn (+-0F) | Ứng suất cho phép (psi) |
|---|---|---|
| SA-516 Gr.60 | 700 | 14 400 |
| 800 | 10 800 | |
| 900 | 6 500 | |
| SA-516-Gr70 | 700 | 16 600 |
| 800 | 14 500 | |
| 900 | 12 000 | |
| SA-53 Gr.A | 700 | 11 700 |
| 800 | 9 300 | |
| 900 | 6 500 | |
| SA-106 Gr.B | 700 | 14 400 |
| 800 | 12 2000 | |
| 900 | 6 500 |
Công thức thiết kế bình chịu áp lực theo áp suất trong
Công thức tính chiều dày vật liệu các bộ phận chịu áp lực phụ thuộc vào hình dạng, hướng áp suất tác động (bên trong, bên ngoài).
Trong phần này chỉ giới thiệu phần tính chiều dày kim loại bình chịu áp lực chịu áp lực bên trong với các hình dạng thường gặp.
Thân trụ chịu áp lực bên trong
- Lực tác động theo hướng chu vi (mối nối dọc thân)
- Lực tác động theo hướng dọc thân (mối nối chu vi)
Chỏm bán cầu hoặc thân hình cầu
Đáy ellipsoidal tỉ lệ 2:1
Đáy phẳng không có lỗ khoét
Trong đó:
- t = Chiều dày nhỏ nhất cần thiết (in)
- P = Áp suất thiết kế (psi)
- R = Bán kính trong (in)
- S = Ứng suất cho phép của vật liệu (psi)
- D = Đường kính trong (in)
- E = Hệ số mối hàn. Phụ thuộc vào vị trí mối hàn và phương pháp kiểm tra
- C = Hệ số liên kết dựa trên phương pháp ghép thân và đáy phẳng
Các bài viết liên quan
