bài giảng bồn chứa dầu khí và các sản phẩm dầu khí

Lắp van bằng cách hànƯu điểm: ● Kết nối bằng cách hàn sẽ chặt kín ở tất cả nhiệt độ và áp suất, tiết kiệm được chi phí ban đầu; Nhược điểm: ● Kỹ thuật này gặp nhiều khó khăn khi kết nối

THÁNG 09-2014

♠ Van xả áp – Relief Valve

♠ Van xả khí (van an toàn) - Safety Valve

♠ Đĩa phá hủy – Rupture disk

♠ Van chống búa nước - Water Hammer Arrestor

1 Van xả áp (Relief Valve)

♠ Áp suất trên valve xả áp được mặc định ban đầu nhằm duy trì sự ổn định áp suất bên trong đường ống và ngăn cản cho đường ống và các thiết bị tránh khỏi nguy hiểm do sự tăng đột ngột của áp suất nước

♠ Khi máy bơm nước dừng hoạt động hay cổng cung cấp nước đột ngột dừng hoạt động thì sẽ

có một sự thay đổi đột ngột áp suất trong đường ống Khi áp suất tăng quá một giới hạn an toàn, van xả áp có thể tự động mở và giải phóng áp lực nước đưa trở về trang thái an toàn vì vậy nó bảo vệ được đường ống và thiết bị

Hình dạng thực tế

2.Van xả khí – van an toàn (Safety valve)

Tối đa hoá hiệu quả lưu lượng dòng chảy nhờ

khí trong đường ống được rút nhanh chóng

-Lò xo được thiết kế cân bằng với một áp suất

nhất định

-Khi áp suất nhỏ hơn lực đàn hồi của lò xo thì

van ở trạng thái đóng, còn khi áp suất lớn hơn

lực thiết kế của van thì van chuyển về trạng thái

mở để cho dòng khí đi qua tránh sự tăng áp suất

quá cao.

- Thông thường áp suất đặt vào là 18 kG/cm 2 ,

nếu vượt quá mức cho phép thì van sẽ tự xả áp.

-Thường làm bằng thép và có thể chịu được

nhiệt độ từ 200-250 o C

3 Đĩa phá hủy (Rupture disk)

- Đĩa phá hủy (rupture disk) là thiết bị xả áp

đặc biệt – sẽ tự phá hủy khi áp suất hệ thống

vượt quá áp suất chịu đựng của đĩa và khí sẽ

nhanh chóng được giải phóng ra ngoài và áp

của hệ thống sẽ được giảm ngay lập tức.

- Rupture disk là thiết bị không thể tái sử dụng.

- Rupture disk thường được sử dụng:

+ cùng với van an toàn để đảm bảo van an toàn

nếu ko hoạt động tốt thì áp của hệ thống vẫn

có thể giảm khi đĩa phá hủy bị vỡ.

+ trong các hệ thống không chấp nhận việc rò rĩ

và đĩa phá hủy sẽ đặt giữa van và bộ phận

cần bảo vệ.

4 Van chống búa nước - Water Hammer Arrestor

Khi bơm ngừng hoạt đông, áp suất giảm ngay lập tức và có thể tạo

khoảng trống hay khe hở ngay trong lòng chất lỏng chảy trong

ống, tạo nên tiếng động lớn và gây nên sự rung động – hiện tượng

búa nước Gắn van này ở góc uốn rẽ có thể chống lại sự búa nước

và bảo vệ máy móc

Điều kiện sử dụng van chống búa nước:

- khi độ cao trên 50m và áp suất trên 5kgf/cm2

- nhiệt độ làm việc: từ -15 đến +80oC

- áp suất làm việc tối đa là 15kgf/cm2 (van bằng sắt, đồng)

và 20 kgf/cm2 đối với van thép

Lắp van bằng cách hàn

Ưu điểm:

● Kết nối bằng cách hàn sẽ chặt kín ở tất cả nhiệt độ và áp suất, tiết

kiệm được chi phí ban đầu;

Nhược điểm:

● Kỹ thuật này gặp nhiều khó khăn khi kết nối vào đường ống;

● Sử dụng cho những van có kích thước tương đối nhỏ;

● Chỗ hàn dễ bị rò rỉ khi hoạt động ở nhiệt độ và áp suất cao;

● Chỉ thích hợp khi hàn các vật liệu có khả năng chịu đựng nhiệt độ cao;

● Khả năng tháo lắp sữa chữa khó khăn;

Lắp van bằng cách hàn

Thường có 2 cách để hàn là:

Butt welding (hàn giáp mối)

Socket welding (hàn chồng)

Lắp van bằng cách hàn - Butt welding (hàn giáp mối)

Hàn giáp mối được chuẩn bị bằng cách vát mép ở van cũng như ở ống Sau đó van sẽ được hàn vào đường ống với một mối hàn lún sâu hoàn toàn

- Loại này kết nối cho tất cả các loại đường ống nhưng sự chuẩn bị phải khác nhau cho mỗi ống Nói chung những loại này được xếp đặt cho các van điều khiển có kích thước 2-1/2 inch và lớn hơn

Lắp van bằng cách hàn - Socket welding (hàn chồng)

Hàn chồng được chuẩn bị bằng cách khoan mỗi cuối của van 1 lỗ với đường kính trong lớn hơn

không đáng kể với đường kính ngoài của ống Ống trượt vào lỗ nơi mà mặt tiếp giáp dựa trên 1

gờ và sau đó kết nối vào van bằng mối hàn góc

- Nói chung những loại này được xếp đặt cho các van có kích lớn hơn

2 inch

Lắp van bằng ren

 Kết nối bằng ren đai ốc thường áp dụng cho loại van kích

thước nhỏ, và kinh tế hơn so với mối ghép có bích.

 Dạng kết nối này, thường giới hạn cho van không lớn hơn

2 inch, không khuyến khích dùng khi nâng cao nhiệt độ

 Việc bảo dưỡng van có thể phức tạp khi kết nối ren bằng

đai ốc, vì khi cần thay thế hay sửa chữa ta không thể lấy

ra ngoài mà không phá vỡ một đầu nối bích hay khớp nối bích.

Lắp van bằng mặt bích

Có 3 cách để nối mặt bích :

Flat- face (bề mặt phẳng)

Raise- face (mặt nâng)

Ring- Type Joint (khớp hình khuyên)

ra khi bắt bulong ban đầu.

Lắp van bằng mặt bích

● Raised-face (mặt nâng)

Chịu được áp suất cao hơn Flat- face cho áp suất từ 414 bar (6000 psi) và cho nhiệt độ tới 815 o C.

Lắp van bằng mặt bích

● Ring-type Joint (khớp hình khuyên)

Mặt bích khớp hình khuyên trông giống như loại bích mặt nâng ngoại trừ rằng đường rãnh hình chữ U

Được dùng ở áp suất cao có thể lên tới 1034 bar (15000psi), nhưng hầu hết không sử dụng ở nhiệt độ cao.

Lắp van bằng mặt bích

Lưu ý khi lắp van bằng mặt bích

Độ kín của mối ghép bích chủ yếu do vật đệm quyết định:

Đệm được làm bằng vật liệu mềm dễ biến dạng, khi xiếc bu lông, đệm bị biến dạng và điền đầy lên các chỗ gồ ghề trên bề mặt của bích.

Tăng áp suất riêng tác dụng lên đệm thì độ kín của mối ghép bích tăng lên.

Thường dụng đệm phẳng

Vật liệu đệm thường được sử dụng là: paronit, cao su, amiang, chất dẻo, các kim loại mềm như đồng, nhôm, sắt non

Vật liệu đệm Áp suất làm việc lớn

nhất (N/mm 2 ) Nhiệt độ lớn nhất của môi trường

490 65 300 250 140 150 600 450

CÁC LOẠI ĐỆM

1 Các van cần được lắp đặt tại vị trí dễ thao tác, vận

hành, có thể nằm trên đường nằm ngang hoặc thẳng đứng Khi nằm trên đoạn ống nằm ngang thì phải lắp các tay van lên phía trên

2 Khoảng hở các phía của van đủ để thao tác và sửa

chữa, tháo lắp van khi cần

3 Phương pháp nối van chủ yếu là hàn và nối bích

 Đối với van nối bích cần lưu ý sử dụng các đệm

kín thích hợp.

Một số lưu ý khi lắp đặt Van

 Đối với van nối bằng phương pháp hàn, khi hàn tránh không để van quá nóng làm hỏng roăn bên trong van

Vì thế khi hàn có thể tháo các bộ phận chính của van hoặc quấn bằng giẻ nhúng nước để giảm nhiệt độ phần thân van.

4 Trên thân van có mũi tên chỉ chiều chuyển động của môi chất, cần chú ý và lắp đặt đúng chiều Trường hợp trên một bình có nhiều van, các van cần lắp thẳng hàng và ngay phía trên các bình Không nên lắp van ở vị trí quá cao khó thao tác vận hành

Một số lưu ý khi lắp đặt Van

4.3 Dụng cụ đo

4.3.1 Thiết bị đo nhiệt độ

4.3.2 Thiết bị đo áp suất

4.3.3 Thiết bị đo mực chất lỏng

24

4.3.1 Thiết bị đo nhiệt độ

Nhiệt được truyền đi theo 3 phương pháp:

1.dẫn nhiệt (conduction)

2.đối lưu nhiệt (convection)

3.bức xạ nhiệt (radiation)

25

Dẫn nhiệt (conduction)

 Dẫn nhiệt: là sự truyền nhiệt bên trong vật thể hoặc thông

qua tiếp xúc trực tiếp trên bề mặt

 Lượng nhiệt truyền qua được tính toán theo định luật Fourier: nhiệt lượng này tỷ lệ thuận với hệ số dẫn nhiệt k và

tỷ lệ nghịch với độ dày d của mỗi loại vật liệu

Q~k, Q~1/d

26

Dẫn nhiệt (conduction)

 Một ví dụ đơn giản về sự dẫn nhiệt: nếu một đầu thanh kim loại bị đốt nóng, nhiệt sẽ truyền sang đầu thanh bên kia Nhiệt truyền lên bề mặt thanh kim loại và truyền vào không khí xung quanh với nhiệt lượng giảm đi

 Đặc điểm của dẫn nhiệt: nhiệt luôn luôn truyền dẫn từ nóng

sang lạnh theo cách ngắn nhất và dễ dàng nhất

 Nhìn chung, vật liệu có tỷ trọng càng cao thì càng dẫn nhiệt tốt- chất rắn, thủy tinh và nhôm là vật liệu dẫn nhiệt tốt

27

Đối lưu nhiệt (convection)

 Đối lưu nhiệt là sự truyền nhiệt sinh ra do sự chuyển

động của chất lỏng hoặc chất khí

 Trong nhà, khí nóng luôn di chuyển lên trên, một phần sang bên Quy trình này gọi là đối lưu tự nhiên: chẳng hạn như: lò sưởi, con người, sàn nhà, tường nhà, v.v bị giảm nhiệt lượng do truyền nhiệt sang không khí lạnh hơn tiếp xúc xung quanh Nhiệt lượng gia tăng này làm không khí

bị giãn nở, trở nên nhẹ hơn và bị hay thế bởi không khí bên dưới mát hơn và nặng hơn

 Đối lưu nhiệt còn có thể bị tác động cưỡng bức bởi quạt, được gọi là “đối lưu cưỡng bức”

28

Bức xạ nhiệt (radiation)

 Bức xạ nhiệt là sự truyền nhiệt (năng lượng nhiệt) dưới dạng

sóng điện từ (tia hồng ngoại - Infrared rays, có quang phổ từ

3-15 micron) xuyên qua khoảng không

 Mọi bề mặt đều phát xạ, chẳng hạn như dàn nóng máy lạnh, bếp, mái sàn, vách và ngay cả các vật liệu cách nhiệt thông

thường, đều phát xạ ở các cấp độ khác nhau Nhiệt bức xạ

KHÔNG NHÌN THẤY được và KHÔNG CÓ NHIỆT ĐỘ,

thực chất là một dạng truyền năng lượng Chỉ khi tia bức xạ đập vào một bề mặt, năng lượng bức xạ mới sinh ra nhiệt làm cho bề mặt này nóng lên 29

Bức xạ nhiệt (radiation)

 Ví dụ về bức xạ nhiệt: vào ngày nắng, nhiệt bức xạ từ mặt trời chiếu

vào xe hơi, xuyên qua lớp kính làm cho kính nóng lên Ngoài ra, mặt trời cũng làm cho phần vỏ xe nóng lên, bức xạ tiếp vào bên trong xe Bức xạ nhiệt từ mặt trời, đập vào vách và mái nhà Do đó các vật liệu này sẽ hấp thụ nhiệt lượng đó và nóng lên Nhiệt này truyền vào mặt trong của vách và mái nhà thông qua quá trình dẫn nhiệt, tiếp theo đó

là bức xạ tiếp tục vào không gian bên trong Các bề mặt này tiếp tục phát xạ làm cho làn da con người hứng chịu bức xạ nhiệt xuyên qua không khí Chính bức xạ thứ cấp này là nguyên nhân gây ra sự “nóng hầm” trong nhà, đem lại cảm giác nóng bức khó chịu cho con người

30

4.3.1 Thiết bị đo nhiệt độ

Dựa trên 3 nguyên tắc truyền nhiệt trên mà người ta chế

tạo ra các thiết bị đo nhiệt độ như:

1. Nhiệt kế lưỡng kim (bimetallic thermometer)

2. Nhiệt kế áp suất – lò xo (pressure – spring thermometer)

3. Cặp nhiệt điện (thermocouple)

4. Nhiệt kế điện trở (resistance thermometer)

31

4.3.1.1 Nhiệt kế lưỡng kim

Cơ chế hoạt động: dựa trên nguyên tắc hai kim loại

khác nhau sẽ có độ giãn nở nhiệt khác nhau

32

4.3.1.1 Nhiệt kế lưỡng kim

Cấu tạo và hoạt động:

1.Nguyên tố lưỡng kim được tạo ra

bằng cách nung chảy 2 kim loại dính

vào nhau, tạo thành hình xoắn ốc

2.Dưới tác dụng của nhiệt độ, hai

thanh kim loại giãn nở khác nhau và

làm cho thanh xoắn ốc co giãn

3.Chuyển động của thanh xoắn ốc

thông qua một thanh kim loại khác

sẽ tác động lên kim chỉ thị trên mặt

đồng hồ

33

4.3.1.1.Nhiệt kế lưỡng kim

4.3.1.2.Nhiệt kế áp suất – lò xo (pressure – spring thermometer)

Cấu tạo và hoạt động:

- Nhiệt kế gồm 1 ống xoắn ruột gà (ống

Bourdon) , 1 đầu được nối với kim chỉ vạch

và 1 đầu nối với bầu chứa chất lỏng (thủy

ngân hay hỗn hợp lỏng-khí Nitơ)

- Dưới tác dụng của nhiệt độ thì áp suất trong

bầu tăng lên (do chất lỏng giãn nở hay áp suất

bão hòa tăng) Sự tăng áp suất này tác động

lên ống xoắn ruột gà, làm cho nó giãn ra và

làm chuyển động kim chỉ vạch.

35

4.3.1.2.Nhiệt kế áp suất – lò xo (pressure – spring thermometer)

Ưu điểm:

vị trí đọc nhiệt độ có thể nằm xa bồn

 thiết lập được vị trí thuận lợi để

kiểm tra nhiệt độ bồn

36

4.3.1.3 Cặp nhiệt điện (Thermocouple)

Hiệu ứng nhiệt điện: (hiệu ứng Peltier-Seebeck) là sự

chuyển nhiệt năng trực tiếp thành điện năng và ngược lại, trên một số kết nối giữa hai vật dẫn điện khác nhau Kết nối này thường gọi là cặp nhiệt điện Cụ thể, chênh lệch nhiệt

độ giữa hai bên kết nối sinh ra một hiệu điện thế giữa hai bên kết nối và ngược lại

37

4.3.1.3 Cặp nhiệt điện (Thermocouple)

Cấu tạo và hoạt động:

Cặp nhiệt điện bao gồm 2 kim loại khác nhau

nối với nhau ở 2 đầu:

- 1 đầu tiếp xúc với môi trường cần đo nhiệt

độ (đầu dò)

- 1 đầu nối với milivon kế (điện cực tham

khảo)

Khi nhiệt độ đầu dò không đổi thì hiệu điện

thế hai đầu điện cực tham khảo không đổi.

Khi nhiệt độ đầu dò thay đổi thì hiệu điện thế

hai đầu điện cực tham khảo thay đổi và tín hiệu

điện sẽ được ghi nhận trong milivon kế bằng

nam châm vĩnh cửu Sự thay đổi hiệu điện thế

theo nhiệt độ là cơ sở để xác định được nhiệt

4.3.1.3 Cặp nhiệt điện (Thermocouple)

Ưu điểm:

Chuyển được tín hiệu nhiệt

độ sang tín hiệu điện

 dễ dàng tư động hóa trong

quá trình điều khiển

Giá trị nhiệt độ đo được có độ

chính xác cao, không phụ thuộc

tính chủ quan của người quan sát

39

4.3.1.4.Nhiệt kế điện trở (resistance thermometer)

Cấu tạo & hoạt động

- Đầu dò: điện trở gồm dây

đồng, niken hay platin quấn

4.3.1.4.Nhiệt kế điện trở (resistance thermometer)

Cấu tạo & hoạt động

- Khi nhiệt độ đầu dò thay đổi

thì điện trở đầu dò sẽ thay

đổi tương ứng và làm thay

đổi hiệu điện thế hai đầu cầu

Wheatstone

- Hiệu điện thế hai đầu cầu

Wheatstone sẽ được ghi

nhận bằng milivon ke và

được quy đổi ra thành nhiệt

độ đầu dò tương ứng

41

R R

R

R E

U

U

X

X C

A

+

− +

⋅

=

−

4.3.2 Thiết bị đo áp suất

4.3.2.1 Ống Bourdon

4.3.2.2 Màng ngăn (màn chắn)

43

4.3.2.1 Ống Bourdon

Ống Bourdon là một ống kim loại dẹt bằng phẳng được bịt kín đầu cuối cùng và được uốn cong thành chữ C

Sự không cân bằng lực gây ra

bởi áp lực sẽ làm cho ống bi bung

ra và sự thay đổi này sẽ được ghi

nhận lại và đọc được trên thiết bị

đo (hay được chuyên thành tín

hiệu điện hay khí nén)

44

4.3.2.1 Ống Bourdon

45

4.3.2.1.Ống Bourdon

Ứng dụng: bể kín hay bể chứa khí hóa lỏng

46

4.3.2.2 Màng ngăn (màng chắn)

Ưu điểm:

- Nhạy đối với sự thay đổi áp suất

- Đo được áp từ vài mmHgđến hàng

ngàn psi

47

4.3.2.2 Màng ngăn (màng chắn)

48

4.3.3 Thiết bị đo mực chất lỏng (Level measurement equipment)

Thiết bị đo mực chất lỏng trực tiếp:

1. Phao nổi (float)

2. Phao chiếm chỗ (displacer)

3. Đầu tiếp xúc trực tiếp (contact)

4. Đầu dò điện (electric probe)

Thiết bị đo mực chất lỏng gián tiếp:

1. Dụng vụ đo dùng áp suất thủy tĩnh (hydrostatic pressure)

2. Dụng cụ đo dùng bức xạ (radioactive device)

3. Dụng cụ đo sự thay đổi khối lượng (loss of weight device)

49

1 Phao nổi (float)

Cấu tạo & hoạt động

50

1 Phao nổi (float)

Cấu tạo & hoạt động

51

2.Phao chiếm chỗ (displacer)

52

2 Phao chiếm chỗ(displacer)

53

3 Đầu tiếp xúc trực tiếp (contact)

54

4 Đầu dò điện (electric probe)

55

5 Dụng cụ đo dùng áp suất thủy tĩnh

56

6 Dụng cụ đo dùng bức xạ (radioactive device)

57

7 Dụng cụ đo sự thay đổi khối lượng

4.4.Các thiết bị hỗ trợ cho bồn chứa