CHẾ ĐỘ KHÔNG ỔN ĐỊNH CỦA LƯU CHẤTTHIẾT KẾ CHỊU GIÓ VÀ ĐỘNG ĐẤT

Chế độ không ổn định là thay đổi đột ngột vận tốc và áp suất dòng chảy Thay đổi này gây ra lực và quá áp làm hỏng đường ống và hệ thống đỡ ống Nhận biết chế độ chảy không ổn định khi nghe được tiếng ồn, khi nhận thấy ống bị dịch chuyển, đôi khi ống nảy khỏi bệ đỡ và biến dạng, ống bị rò rỉ hoặc gãy vỡ Ống gãy vỡ do: Quá áp lớn và đột ngộtChế độ không ổn định là thay đổi đột ngột vận tốc và áp suất dòng chảy Thay đổi này gây ra lực và quá áp làm hỏng đường ống và hệ thống đỡ ống Nhận biết chế độ chảy không ổn định khi nghe được tiếng ồn, khi nhận thấy ống bị dịch chuyển, đôi khi ống nảy khỏi bệ đỡ và biến dạng, ống bị rò rỉ hoặc gãy vỡ Ống gãy vỡ do: Quá áp lớn và đột ngộtChế độ không ổn định là thay đổi đột ngột vận tốc và áp suất dòng chảy Thay đổi này gây ra lực và quá áp làm hỏng đường ống và hệ thống đỡ ống Nhận biết chế độ chảy không ổn định khi nghe được tiếng ồn, khi nhận thấy ống bị dịch chuyển, đôi khi ống nảy khỏi bệ đỡ và biến dạng, ống bị rò rỉ hoặc gãy vỡ Ống gãy vỡ do: Quá áp lớn và đột ngột

Trang 1

CHẾ ĐỘ KHÔNG ỔN ĐỊNH CỦA LƯU CHẤT-THIẾT KẾ CHỊU GIÓ VÀ ĐỘNG

ĐẤT

Trang 2

DÒNG CHẢY LƯU CHẤT MẤT ỔN

ĐỊNH

Trang 3

Giới thiệu chế độ không ổn định của lưu chất

• Chế độ không ổn định là thay đổi đột ngột vận tốc và áp suất dòng chảy

• Thay đổi này gây ra lực và quá áp làm hỏng đường ống và hệ thống đỡ ống

• Nhận biết chế độ chảy không ổn định khi nghe được tiếng ồn, khi nhận thấy ống bị dịch chuyển, đôi khi ống nảy khỏi bệ đỡ và biến dạng, ống bị rò rỉ hoặc gãy vỡ

• Ống gãy vỡ do:

Quá áp lớn và đột ngột

Lực uốn hoặc kéo quá mức do mất cân bằng áp suất trong ống

Trang 4

Giới thiệu chế độ không ổn định của lưu chất

Trang 5

• Nguyên nhân 1: ống chứa lưu chất lỏng bị thay đổi vận tốc dẫn đến thay đổi áp suất gây ra lực tác động.

• Nguyên nhân 2: ống chứa lưu chất lỏng và hơi của nó, khi bọt khí bị vỡ do giảm nhiệt độ hoặc tăng áp suất gây ra hiện tượng va đập thủy lực Kích thước bọt khí càng lớn thì dòng chảy càng mất ổn định

• Nguyên nhân 3: ống chứa lưu chất lỏng và khí gây biến động về áp suất

• Nguyên nhân 4: ống chứa lưu chất khí khi bị thải ra ngoài qua khe hẹp đột ngột

Trang 6

Lưu chất chất lỏng một pha

Dòng chảy nguyên khối và dòng chảy lan truyền

Trang 7

Dòng chảy nguyên khối và dòng chảy lan truyền

Trang 8

Dòng chảy nguyên khối và dòng chảy lan truyền:

(a)Xét dòng chảy ổn định có áp suất P từ bồn chứa qua ống và qua van

(b)Khi van đóng, vận tốc tại đó = 0 gây biến đổi áp suất (+∆P) và gây ra dòng chuyển động sóng áp suất theo

hướng ngược lại với vận tốc âm thanh

(c)Toàn bộ ống có áp suất (P+∆P) và đi vào bồn chứa, áp suất giảm xuống giá trị P

(d)Dòng sóng áp suất khi giảm áp suất chuyển động quay lại van

Trang 9

Dòng chảy nguyên khối và dòng chảy lan truyền:

(f)Khi sóng áp suất này đến van, toàn bộ ống có áp suất P, tại van bị giảm áp suất xuống còn (P-∆P) và dòng

sóng áp suất này chuyển động ngược lại về bồn chứa

Thời gian để song áp suất đi từ van đến bồn chứa và quay lại:

Trang 11

Lưu chất chất lỏng một pha

• Vận tốc âm thanh trong lưu chất:

Trang 12

• Vận tốc âm thanh trong lưu chất:

Trang 13

Thay đổi áp suất trong dòng chảy nguyên khối

Trang 14

Lực moment khi đóng van từ từ và tuyến tính:

Trang 15

Độ tăng áp suất khi đóng van từ từ trong thời gian T:

Trang 16

Độ giảm áp suất khi mở van từ từ trong thời gian T:

Trang 17

Va đập thủy lực:

Nếu thời gian tD≤tP hiện tượng va đập thủy lực xảy ra (dòng chảy lan truyền), độ tăng áp suất tính bởi

Trang 18

Độ giảm áp suất khi mở van tính bởi:

Trang 19

Tác hại của hiện tượng va đập thủy lực

• Bộ phận nối, van, mối nối giãn nở, ống không chịu nổi độ tăng áp suất và sẽ bị vỡ

• Khi có thay đổi phương hướng hoặc diện tích mặt cắt ngang, tải trọng dọc trục (AdP) bị mất cân bằng, ống bị di chuyển và uốn có thể gây gãy bộ phận treo và dẫn hướng ống, biến dạng dẻo, hoặc vỡ ống

Trang 21

Đường đặc tính của van

Trang 22

Chuyển từ một pha thành hai pha

Khi độ tăng áp suất lớn hơn so với áp suất ban đầu, áp suất trong ống sẽ giảm đến mức có thể xảy ra hiện tượng hóa hơi chất lỏng

Có xảy ra hóa hơi

Trang 23

Chuyển từ một pha thành hai pha

Vận tốc âm thanh trong hỗn hợp lỏng-hơi tính bởi

Trang 24

Tốc độ làm đầy bơm

Nếu tốc độ làm đầy bơm cho bởi:

Trang 25

Tốc độ làm đầy bơm

Vị trí chất lỏng trong ống tại thời điểm t tính bởi

Gây ra lực tác động lên co của ống:

Trang 26

Ngăn ngừa hiện tượng va đập thủy lực:

• Hiểu rõ bản chất hiện tượng va đập thủy lực

• Lựa chọn bố trí mặt bằng và các bộ phận khác nhằm không làm biến động dòng chảy nhanh quá

• Van cô lập nên đóng từ từ

• Van một chiều nên đóng với quãng đường di chuyển ngắn để giới hạn dòng chảy ngược, vận tốc đóng và cường độ lực va sóng

Trang 27

Ngăn ngừa hiện tượng va đập thủy lực:

• Lắp đặt bồn thông với khí quyển hấp thu xung áp suất ở đầu vào của van cô lập cần đóng nhanh

• Nếu bồn thông khí quyển quá cao để cân bằng áp suất trong đường ống thì sử dụng bồn chứa một chiều gắn van một chiều đóng bởi áp suất đường ống để giữ lưu chất nằm trong bồn chứa

• Có thể sử dụng bồn chứa có khí trơ tạo áp trên bề mặt thoáng chất lỏng trong bồn

Trang 28

Va đập thủy lực dòng hai pha khí-lỏng

Va đập thủy lực của hệ nước-hơi nước:

• Khi hai pha lỏng-khí cùng tồn tại trong đường ống

• Quá trình chuyển pha xảy ra khi áp suất tăng hoặc giảm

• Va đập thủy lực trong điều kiện như vậy thường rất mạnh, nguy cơ làm vỡ ống rất cao

• Trường hợp hệ nước-hơi nước, do nhiệt độ cao nên càng nguy hiểm, có thể gây chết người

• Đặc biệt nguy hiểm khi làm đầy ống bằng hơi nước khi trong ống có sẵn một lượng nước lỏng

Trang 29

Va đập thủy lực của hệ nước-hơi nước:

• Quá trình ngưng tụ hơi thành lỏng đột ngột sẽ tạo áp suất chân không, chất lỏng tạo thành sẽ xâm chiếm vùng chân không này và tạo ra va đập

• Áp suất sinh ra do va đập có thể vượt quá 1000psi

• Phải làm khô đường ống dẫn hơi nước dài trước khi làm đầy đường ống này bằng hơi nước

• Nên có thiết kế hệ thống đường ống tốt

• Nên có quy trình vận hành rõ ràng

Trang 30

Bố trí mặt bằng của hệ nước-hơi nước:

• Biết đầu vào và ra của hệ thống và bố trí sao cho đơn giản nhất

• Neo chặt đường ống giữa các vòng giãn nở để cân bằng giãn nở giữa các vòng kế tiếp nhau

• Khi nhiệt độ hơi nước đến 400oF, giữ độ giãn nở đường ống tối đa 5”

• Đỡ ống để tránh võng ống ở giữa các đoạn ống

Trang 31

• Đỡ ống đế tránh nâng ống khỏi quá bệ đỡ, có thể dùng loại treo lò xo tại đỉnh của các ống đứng

• Bảo đảm độ dốc đường ống được duy trì khi ống bị giãn nở

• Bộ phận đỡ ống đơn giản, chọn loại thanh đỡ hoặc thanh trượt, đỡ bằng lò xo tại đỉnh ống đứng

• Bố trí bẫy hơi và xả khô tại những vị trí thấp để giảm nước ngưng tụ khi khởi động hệ thống và khi vận hành

Trang 32

• Gia nhiệt đường ống bằng lưu lượng hơi nước nhỏ trong khi mở hoàn toàn các van xả khô trên đường ống

• Thường xuyên kiểm tra khả năng hoạt động của các bẫy hơi

• Sửa chữa lớp cách nhiệt để tránh tổn thất nhiệt và hình thành ngưng tụ

• Định vị nơi tích tụ ngưng tụ bằng nhiệt kế hoặc giản đồ nhiệt

• Xả khí ở vị trí cao khi đang xả khô ở vị trí thấp

• Lựa chọn kích thước bẫy hơi hợp lý

Trang 33

• Lắp đặt bẫy hơi cách nhau 100-200f

• Giảm phân nửa khoảng cách bẫy hơi khi ống dẫn hơi nước đi lên cao

• Đặt các ống nhỏ giọt để thu nước ngưng từ các bẫy hơi

• Xả khô nước ngưng cả hai bên của van cô lập

• Tạo độ dốc cho đường ống để xả khô

• Tránh các túi có thể giữ nước ngưng, ví dụ các vị trí thấp trong nắp đậy của van

Trang 34

• Lắp van xả tại đầu áp suất thấp của van điều áp

• Chọn kích thước van xả tương ứng với độ mở hoàn toàn của van điều áp hoặc van bypass

• Xả khô bẫy nước ngưng đầu ra

• Nếu cần hỗn hợp hơi nước-nước vì lý do công nghệ, nên trộn lẫn hơi nước và nước bằng van đặc biệt

• Thường xuyên kiểm tra bệ đỡ ống

Trang 35

• Đào tạo người vận hành quen thuộc với hiện tượng va đập thủy lực: nguyên nhân, hiện tượng, biện pháp khắc phục

• Tránh làm nứt van mở khi xả khô lượng lớn nước ngưng vào dòng hơi nước

• Lưu ý âm thanh kim loại bị cô lập trong đường ống khi bong bóng hơi nhỏ bị vỡ

• Đường ống hơi ngoài trời thường xuyên được cắt cỏ và làm sạch

Trang 36

Va đập thủy lực dòng hai pha không ngưng tụ

Chế độ chảy:

Trang 37

Va đập thủy lực dòng hai pha không ngưng tụ

Trang 41

Phân tích ứng suất

Trang 42

THIẾT KẾ CHỊU GIÓ và

ĐỘNG ĐẤT

Trang 43

Tác hại của gió

• Áp suất do gió tạo thành

• Hiện tượng rung ống do lực trượt khi có chuyển động xoáy của không khí chung quanh ống

• Khi vận tốc gió rất cao trường hợp có bão có thể tạo ra hiện tượng tên lửa do gió (wind-borne missiles)

Trang 44

Áp suất của gió

• Áp suất kéo ngang trên ống do gió, gọi là áp suất vận tốc

Trang 45

• Kz là hàm số phụ thuộc cao độ

• 0,32 trên mặt đất trong khu đô thị

• 1,22 trên mặt đất trong khu bờ biển

• Kzt là hàm số của vị trí đặt ống tương đối với địa hình bằng phẳn-đồi: có giá trị 1-2

• Tốc độ gió V chọn theo bản đồ gió dung trong xây dựng (tương ứng xác suất 2% trong vòng 50 năm)

• Hệ số hậu quả I = 0,87-1,15

Trang 46

• Lực thiết kế chịu gió trên mỗi feet ống:

Trang 47

• Lực thiết kế chịu gió trên mỗi feet ống:

• Hệ số Gust G phụ thuộc vào vị trí địa lý lắp đặt ống thường khoảng 0,8

Trang 48

Các cuộn xoáy

• Gió thổi qua ống gây các cuộn xoáy phía sau ống

• Các cuộn xoáy gây thay đổi áp suất và làm ống dao động

• Theo hướng gió (kéo)

• Vuông góc hướng gió (nâng)

• Tần số chính của xoáy rối do các cuộn xoáy

Trang 49

• Số Strouhal = 0,2

• Ống bị tác động bởi lực nâng có tần số fvs và cường độ F tính bởi

Trang 50

• Khi vận tốc gió đạt tới giá trị tới hạn, các cuộn xoáy sẽ có tần số chính trùng với tần số tự nhiên của đoạn ống

• Thực tế khi vận tốc gió khác biệt xấp xỉ 20% vận tốc tới hạn này, ống đã có khả năng bị cộng hưởng và tang cường độ rung ống

• Cần làm cho tần số rung tự nhiên của ống khác với tần số do gió tạo thành bằng một số cách:

• Tăng độ cứng của ống (tăng bệ đỡ)

• Sử dụng thiết bị hấp thụ rung (thiết bị tăng khối lượng, lò xo, giảm chấn)

Trang 51

Tên lửa sinh ra do gió

• Các vật thể bị gãy, vỡ trong bão có thể cuốn vào dòng gió và trở thành các tên lửa bay

• Các loại mảnh vụn dễ bay như tên lửa trong gió:

• Tấm gỗ

• Cọc, ống

• Dầm thép

• Xe cộ (xe ô tô và xe tải)

• Ba loại đối tượng nghiên cứu chính trong tên lửa bay do gió:

• Thanh gỗ 2x4

• Ống thép đường kính 3”

• Ô tô

Trang 52

Tên lửa sinh ra do gió

• Với gió thẳng và bão

• Thanh gỗ kích thước 2x4 nặng 15lbs được xem là tên lửa

• Tốc độ va đập khi đó là 100mph từ độ cao 200f so với mặt đất

• Tác động của các tên lửa sinh ra do gió được nghiêm cứu bằng cách

• Sử dụng các súng phóng khí nén phóng các vật thể với tốc độ nghiên cứu vào vật thể (kiến trúc, ống, thiết bị…)

• Thổi khí trực tiếp qua bề mặt ngoài ống

• Ống thép hàn va đập tên lửa do gió có thể biến dạng (oval hoặc tạo khía, tạo vết khía sâu tại vị trí va chạm trừ khi ống được bao phủ)

• Ống có khớp nối cơ học (mặt bích, nối ren, nối swage ) có thể bị vỡ hoặc rò rỉ khi bị va đập

Trang 53

THIẾT KẾ CHỊU ĐỘNG ĐẤT VÀ THIẾT

BỊ HỖ TRỢ

Trang 54

Nguy cơ từ động đất

Thiết kế thiết bị mới chịu động đất và các thiết bị bổ sung chống động đất cho các thiết bị đã có sẵn:

• Là cần thiết và chỉ làm khi cần thiết

• Không làm ít quá cũng như không làm nhiều quá mức

Trang 55

Tiêu chuẩn kỹ thuật cho động đất

(1)Tiêu chuẩn kỹ thuật dự án: tối thiểu nêu các vấn đề sau

• Phạm vi và giới hạn các hệ thống được thiết kế mới chống động đất hoặc được thiết kế cải tiến để chống động đất

• Các luật thiết kế và xây lắp áp dụng (ASME B 31.1, B 31.3, B 31.4, B 31.8) và tất các ngoại lệ

• Chức năng chống động đất yêu cầu cho hệ thống ống (giữ vị trí, độ rò rỉ, khả năng vận hành…)

• Dữ liệu đầu vào cho thiết kế chống động đất (từ công trình xây dựng, từ quy định chính phủ…)

• Trách nhiệm phát triển phổ động đất trong cấu trúc trường hợp ống không nằm trên mặt đất

Trang 56

(1)Tiêu chuẩn kỹ thuật dự án: tối thiểu nêu các vấn đề sau

• Các điều kiện vận hành và thiết kế đồng thời với tải trọng do động đất

• Trách nhiệm đánh giá các tương tác do động đất

Trang 57

(2)Dữ liệu động đất đầu vào

• Các hệ số động đất tĩnh theo phương nằm ngang và thẳng đứng

• Hệ số khuyếch đại cường độ động đất khi cấu trúc có chiều cao hơn so với mặt đất = 1 + 2z/h (với z là độ cao xét, h là chiều cao tổng của cấu trúc)

• Giá trị triệt tiêu động đất đối với hệ thống đường ống chịu động đất lớn là 5%

•

Trang 58

Trang 59

• Khả năng vận hành của hệ thống

• Ứng suất ống tính bởi:

Trang 60

• Độ kín không bị rò rỉ

Trang 61

• Khả năng giữ nguyên vị trí

Trang 62

• Điều kiện vật liệu: áp dụng khi hoàn thiện hệ thống có sẵn chống động đất

• Nếu có ăn mòn gây nứt cần phải kiểm tra NDT

• Kiểm tra chất lượng cấu trúc và điều kiện bảo trì tại hiện trường

• Lịch sử bảo trì cần được kiểm tra tính: đủ, khả năng vận hành và tương thích cấu trúc

• Các mối tương tác: giữa hệ thống đường ống và động đất

• Tài liệu:

• Bản vẽ, sơ đồ

• Bố trí bộ phận đỡ và phần hoàn thiện mới

• Tính toán điều kiện đầu vào: gia tốc, lực tĩnh, phổ đáp ứng

• Tài liệu chứng nhận khả năng vận hành thiết bị

Trang 63

Các quy tắc chống động đất cho đường ống

• Neo các bộ phận chuyển động khi có động đất

• Độ cứng của các ống nhánh gắn với cấu trúc xây dựng có thể làm gãy ống nhánh khi ống chính bị tác động

• Lực quán tính chống lại chuyển động thẳng đứng và ngang do động đất

• Bộ phận vận hành van kích thước lớn phải có khả năng chống động đất

• Các điều kiện vật liệu phải không bị ăn mòn quá mức

• Chất lượng xây dựng: hàn ống và bảo trì ống

• Bộ phận đỡ ống: nếu kích thước không đủ sẽ dễ hỏng khi động đất

Định dạng
Số trang	63
Dung lượng	1,03 MB