Chai chứa khí - chai bằng thép không gỉ, hàn, nạp lại được - phần 1: áp suất thử nhỏ hơn và bằng 6 mpa - phần 1

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 10119-1:2013

ISO 18172-1:2007

CHAI CHỨA KHÍ - CHAI BẰNG THÉP KHÔNG GỈ, HÀN, NẠP LẠI ĐƯỢC - PHẦN 1: ÁP SUẤT THỬ NHỎ HƠN VÀ BẰNG 6 MPa

Gas cylinders - Refillable welded stainless steel cylinders - Part 1: Test pressure 6 MPa and below

Lời nói đầu

TCVN 10119-1:2013 hoàn toàn tương đương với ISO 18172-1:2007.

TCVN 10119-1:2013 do Ban kỹ thuật Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN/TC58 Chai chứa khí biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ tiêu chuẩn TCVN 10119:2013 (ISO 18172:2007) Chai chứa khí - Chai bằng thép không gỉ, hàn, nạp lại được bao gồm hai phần:

- Phần 1: Áp suất thử nhỏ hơn và bằng 6 MPa;

- Phần 2: Áp suất thử lớn hơn 6 MPa.

CHAI CHỨA KHÍ - CHAI BẰNG THÉP KHÔNG GỈ, HÀN, NẠP LẠI ĐƯỢC - PHẦN 1: ÁP SUẤT THỬ NHỎ HƠN VÀ BẰNG 6 MPa

Gas cylinders - Refillable welded stainless steel cylinders - Part 1: Test pressure 6 MPa and below

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu tối thiểu về vật liệu, thiết kế, cấu tạo và chất lượng, các quá trình chế tạo và thử nghiệm của các chai chứa khí bằng thép không gỉ hàn nạp lại được, di động có dung tích nước từ 0,5 L đến 500 L dùng cho khí nén, khí hóa lỏng và khí hòa tan. Tiêu chuẩn này chỉ áp dụng cho các chai chứa được chế tạo bằng thép không gỉ có áp suất thử đến 6 MPa (60 bar).

Nếu có yêu cầu, có thể chế tạo và cấp chứng chỉ theo tiêu chuẩn này cho các chai chứa lớn, di động có dung tích nước trên 150 L đến 500 L với điều kiện là được trang bị các phương tiện để vận chuyển (xem 6.5.5).

Đối với các dịch vụ cung cấp khí axetylen, các yêu cầu bổ sung đối với chai và các yêu cầu cơ bản đối với khối xốp được cho trong TCVN 7052-1 (ISO 3807-1) và TCVN 7052-2 (ISO 3807-2).

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn có ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 197 (ISO 6892), Vật liệu kim loại - Thử kéo ở nhiệt độ phòng.

TCVN 198 (ISO 7438), Vật liệu kim loại - Thử uốn.

TCVN 256-1 (ISO 6506-1), Vật liệu kim loại - Thử độ cứng Brinen - Phần 1: Phương pháp thử.

TCVN 6700-1 (ISO 9606-1) Kiểm tra chấp nhận thợ hàn - Hàn nóng chảy - Phần 1: Thép.

TCVN 6834-1 (ISO 9956-1), Đặc tính kỹ thuật và sự chấp nhận các quy trình hàn vật liệu kim loại - Phần 1: Quy tắc chung đối với hàn nóng chảy.

TCVN 6834-3 (ISO 9956-3), Đặc tính kỹ thuật và sự chấp nhận các quy trình hàn vật liệu kim loại - Phần 3: Thử quy trình hàn cho hàn hồ quang thép.

TCVN 6872 (ISO 11117), Chai chứa khí - Mũ và nắp bảo vệ van - Thiết kế; kết cấu và thử nghiệm.

TCVN 6874-1 (ISO 11114-1), Chai chứa khí - Tính tương thích của vật liệu làm chai và làm van với khí chứa - Phần 1: Vật liệu kim loại.

TCVN 7472 (ISO 5817) Hàn - Các liên kết hàn nóng chảy ở thép, niken, titan và các hợp kim của chúng (trừ hàn chùm tia) - Mức chất lượng đối với khuyết tật.

ISO 2504:1973, Radiography of welds and viewing conditions for films - Utilization of recommended pattems of image quality indicators (IQI) (Chụp ảnh tia bức xạ mối hàn và điều kiện quan sát phim - Sử dụng các mẫu máy chỉ thị chất lượng ảnh (IQI) được khuyến nghị).

ISO 3651-2, Determination of resistance to intergranular corrosion of stainless steels - Part 2: Ferritic, austenitic and ferritic-austenitic (hai pha) stainless steels - Corrosion test in media containing sulfuric acid (Xác định độ bền chống ăn mòn tinh giới của thép không gỉ - Phần 2: Thép không gỉ ferit, austenit và ferit-austenit (hai pha) - Thử ăn mòn trong các môi trường chứa axit sunfuric).

ISO 9328-7:2004, Steel flat products for pressure purposes - Technical delivery conditions - Part 7: Stainless steels (Sản phẩm thép tấm phẳng dùng cho mục đích chịu áp lực - Điều kiện kỹ thuật cung cấp - Phần 7: Thép không gỉ).

ISO 13769, Gas cylinders - Stamp marking (Chai chứa khí - Dập nhãn).

ISO 14732, Welding personnel - Approval testing of welding operators for fusion welding and of resistance weld setters for fully mechanized and automatic welding of metallic materials (Nhân sự hàn - Kiểm tra chứng nhận thợ hàn máy đối với hàn nóng chảy và thợ điều chỉnh hàn điện trở đối với hàn hoàn toàn cơ khí hóa và tự động hóa vật liệu kim loại).

ISO 17636, Non-destructive testing of welds - Radiographic testing of fustion-welded joints (Thử không phá hủy các mối hàn - Kiểm tra bằng chụp ảnh tia bức xạ các mối hàn nóng chảy).

ISO 17637, Non-destructive testing of welds - Visual testing of fusion-welded joints (Thử không phá hủy các mối hàn - Kiểm tra bằng mắt các mối hàn nóng chảy);

ISO 20807, Non-destructive testing Qualification of personnel for limited application of non-destructive testing (Thử không phá hủy - Cấp chứng chỉ cho nhân viên trong ứng dụng hạn chế của thử không phá hủy).

3. Thuật ngữ, định nghĩa và ký hiệu

Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ, định nghĩa và ký hiệu sau.

3.1. Thuật ngữ và định nghĩa

3.1.1. Giới hạn chảy (yield stress)

Giá trị tương đương với giới hạn chảy quy ước 0,2 % (R_p0,2) hoặc đối với thép austenit trong điều kiện ủ hòa tan, giới hạn chảy 1 % (R_p1,0).

3.1.2. Ủ hòa tan (solution annealing)

Xử lý nhiệt làm mềm đối với thép austenit trong đó chai chứa được nung nóng tới một nhiệt độ đồng đều cao hơn nhiệt độ dung dịch rắn, sau đó được làm nguội nhanh.

3.1.3. Tạo hình ở nhiệt độ thấp (cryoforming)

Quá trình trong đó chai chứa được gia công biến dạng ở nhiệt độ thấp có kiểm soát làm cho độ bền tăng lên một cách bền vững.

3.1.4. Gia công nguội (cold working)

Gia công biến dạng dẻo vật liệu tấm ở nhiệt độ môi trường xung quanh nhằm mục đích tăng độ bền của vật liệu một cách bền vững.

3.1.5. Tạo hình nguội (cold forming)

Gia công biến dạng lần cuối ở nhiệt độ môi trường xung quanh đối với các chai chứa đã được chế tạo sơ bộ, có hình dạng được tạo trước để tăng độ bền của vật liệu một cách bền vững.

3.1.6. Lô sản phẩm (batch)

Số lượng các chai chứa được chế tạo liên tục bởi cùng một nhà sản xuất, khi sử dụng cùng một kỹ thuật, công nghệ chế tạo cho cùng một thiết kế, cỡ kích thước và vật liệu, từ cùng một khuôn đúc trên cùng một kiểu máy hàn và các quy trình hàn.

3.1.7. Hệ số ứng suất thiết kế (design stress factor)

Tỷ số giữa ứng suất tương đương của thành chai ở áp suất thử (P_h) và giới hạn chảy nhỏ nhất được bảo đảm (R_e).

3.1.8. Thép austenit không ổn định (meta-stalble austenitic steel)

Thép không gỉ CrNi, là thép austenit ở trạng thái ủ tại nhiệt độ phòng nhưng là thép không ổn định đối với sự biến đổi khi bị biến dạng dẻo ở nhiệt độ thấp.

3.2. Ký hiệu

a Chiều dày nhỏ nhất tính toán, tính bằng milimét, của vỏ chai.

a' Chiều dày nhỏ nhất được bảo đảm, tính bằng milimét, của vỏ chai, bao gồm cả chiều dày bổ sung cho ăn mòn (xem 7.1.1).

a₁ Giá trị tính toán của a được dùng trong tính toán b (xem 5.3.2).

a_mChiều dày trung bình của thành, tính bằng milimét, thành chai được tạo hình ban đầu của chai.

A Độ giãn dài tính theo phần trăm sau khi đứt.

b Chiều dày nhỏ nhất tính toán, tính bằng milimét, của đỉnh và đáy chai.

b’ Chiều dày nhỏ nhất được bảo đảm, tính bằng milimét, của đỉnh và đáy chai (xem 7.1.1).

c Hệ số hình dạng của đáy dạng đĩa.

D Đường kính ngoài, tính bằng milimét, của chai (xem Hình 1).

D_fĐường kính của dưỡng uốn, tính bằng milimét, (xem 8.4.3 và Hình 10).

D_mĐường kính trung bình của thành chai của hình tạo ra trước của chai, tính bằng milimét.

F Hệ số ứng suất thiết kế.

f_c Hệ số tạo hình ở nhiệt độ thấp do nhà sản xuất xác lập cho mỗi lô chai.

h Chiều cao, tính bằng milimét của phần hình trụ của đáy chai (Xem Hình 1).

H Chiều cao bên ngoài, tính bằng milimét, của phần hình vòm đáy chai (xem Hình 1).

J Hệ số giảm ứng suất.

L Chiều dài, tính bằng milimét, của chai.

n Tỷ số giữa đường kính của dưỡng uốn (D_f) và chiều dài của mẫu thử (t).

p_bÁp suất nổ đo được, tính bằng megapascal (bar)[1]⁾, ở trên áp suất khí quyển trong thử nổ.

p_cÁp suất tạo hình ở nhiệt độ thấp hoặc áp suất tạo hình nguội, tính bằng megapascal (bar), ở trên áp suất khí quyển.

p_hÁp suất thử thủy lực, tính bằng megapascal (bar), ở trên áp suất khí quyển.

p_yÁp suất chảy quan trắc được, tính bằng megapascal (bar), ở trên áp suất khí quyển.

r Bán kính lượn chuyển tiếp bên trong của đáy, tính bằng milimét (xem Hình 1).

R Bán kính bên trong của đáy hình đĩa, tính bằng milimét (xem Hình 1).

R_eGiới hạn chảy, tính bằng megapascal như đã định nghĩa trong 3.1.1 và được dùng cho tính toán thiết kế.

R_eaGiá trị của giới hạn chảy thực, tính bằng megapascal, được xác định bằng thử kéo.

R_p0,2 Giá trị nhỏ nhất của ứng suất thử 0,2 %, tính bằng megapascal do nhà sản xuất chai bảo đảm đối với chai đã gia công hoàn thiện, phù hợp với TCVN 197 (ISO 6892) (xem chú thích).

R_p1,0 Giá trị nhỏ nhất của ứng suất thử 1 %, tính bằng megapascal do nhà sản xuất chai bảo đảm đối với chai đã gia công hoàn thiện, phù hợp với TCVN 197 (ISO 6892) (xem chú thích).

R_gGiá trị nhỏ nhất của giới hạn bền kéo, tính bằng megapascal do nhà sản xuất chai bảo đảm đối với chai đã gia công hoàn thiện.

R_mGiá trị thực của giới hạn bền kéo, tính bằng megapascal được xác định bằng thử kéo (xem 8.3).

t Chiều dày thực của mẫu thử, tính bằng milimét (xem Hình 7).

CHÚ THÍCH: Đối với các chai được tạo hình ở nhiệt độ thấp và được tạo hình nguội, giá trị nhỏ nhất do nhà sản xuất bảo đảm chỉ dùng cho phần hình trụ của chai đã được gia công hoàn thiện.

4. Vật liệu và xử lý nhiệt

4.1. Quy định chung

4.1.1. Vật liệu của các phôi dập vỏ chai và đáy chai phải là thép không gỉ ở trạng thái thích hợp cho dập hoặc kéo và hàn và phải phù hợp với ISO 9328-7.

4.1.2. Các mác của thép được sử dụng cho chế tạo chai chứa phải tương thích cho dịch vụ cung cấp khí dự định sử dụng (ví dụ, các khí ăn mòn, các khí gây giòn) phù hợp với TCVN 6874-1 (ISO 11114-1).

4.1.3. Có khả năng nhạy cảm với sự ăn mòn tinh giới do quá trình gia công nóng thép không gỉ austenit và hai pha. Nếu bất cứ quá trình xử lý nhiệt nào đã được thực hiện trong quá trình chế tạo, phải thực hiện thử nghiệm ăn mòn tinh giới phù hợp với 7.3.3.

4.1.4. Nhà sản xuất phải có khả năng bảo đảm việc truy tìm nguồn gốc của phôi thép đúc chai cho mỗi chi tiết chịu áp lực của chai chứa.

4.1.5. Tất cả các chi tiết được hàn vào chai chứa phải được chế tạo bằng vật liệu thích hợp với tính hàn.

4.1.6. Nhà sản xuất chai phải nhận được và cung cấp các chứng chỉ phân tích vật liệu của gầu rót trong sản xuất thép cung cấp cho chế tạo các chi tiết chịu áp lực của chai và cho vật liệu hàn.

4.1.7. Một số mác thép không gỉ có thể nhạy cảm với sự hình thành vết nứt do ăn mòn có ứng suất của môi trường (SCC). Phải thực hiện phép kiểm mẫu chuẩn vật liệu để bảo đảm rằng việc lựa chọn vật liệu thích hợp với dịch vụ dự định sử dụng. Phải có sự đề phòng đặc biệt, ví dụ như bằng cách thực hiện thử nghiệm xử lý sau sự hình thành vết nứt do ăn mòn có ứng suất (SCC) hoặc bằng cách sử dụng mác vật liệu có khả năng chống sự hình thành vết nứt do ăn mòn có ứng suất tốt hơn. Không có sự đề phòng đặc biệt nào được phép sửa đổi bất cứ yêu cầu nào khác trong tiêu chuẩn này.

4.1.8. Các vật liệu hàn phải bảo đảm sao cho chúng có khả năng tạo ra các mối hàn phù hợp. Các đặc tính về độ bền của các mối hàn không được nhỏ hơn các độ bền được xem xét trong thiết kế và/hoặc tính toán.

4.1.9. Các chai chứa dùng cho dịch vụ cung cấp khí axetylen phải được chế tạo bằng vật liệu thích hợp với quá trình tạo chất xốp hoặc phải có lớp phủ bên trong.

4.2. Các loại thép không gỉ

Chấp nhận ba loại thép không gỉ sau:

- Thép không gỉ ferit;

- Thép không gỉ austenit;

- Thép không gỉ ferit/austenit (hai pha).

Các thép được sử dụng phải phù hợp với ISO 9238-7.

4.3. Xử lý nhiệt

4.3.1. Đối với các chai được tạo hình nguội hoặc gia công tạo hình ở nhiệt độ thấp, không cần phải xử lý nhiệt chi tiết cấu thành được tạo hình trước các chai được tạo hình ở nhiệt độ thấp không phải qua xử lý nhiệt tiếp sau hoặc sử dụng nhiệt bổ sung, như hàn.

4.3.2. Các vật liệu chưa xử lý cho chế tạo các chi tiết chịu áp lực của chai phải được ủ đối với thép ferit hoặc được ủ hòa tan đối với thép austenit và thép hai pha (xem ISO 9328-7:2004, Phụ lục C).

4.3.3. Nhà sản xuất chai phải nhận được và cung cấp các chứng chỉ về xử lý nhiệt của tất cả các chi tiết được nêu trong 4.3.2, các chi tiết này được sử dụng cho kết cấu của chai chứa khí.

4.3.4. Nhà sản xuất chai phải lưu giữ hồ sơ về bất cứ quá trình xử lý nhiệt nào đã được thực hiện.

4.4. Các yêu cầu về thử

Vật liệu của các chai chứa đã được gia công hoàn thiện phải đáp ứng các yêu cầu của Điều 7.

5. Thiết kế

5.1. Quy định chung

5.1.1. Tính toán chiều dày thành của các chi tiết chịu áp lực phải dựa trên giới hạn chảy của vật liệu cơ bản.

5.1.2. Để tính toán giới hạn chảy R_e được giới hạn tới giá trị lớn nhất là 0,85 R_g.

5.1.3. Áp suất bên trong dùng cho tính toán các chai chứa khí phải là áp suất thử P_h.

5.1.4. Phải lập bản vẽ có đầy đủ kích thước của vật liệu, bao gồm cả yêu cầu kỹ thuật.

5.1.5. Các chai chứa dùng cho dịch vụ cung cấp khí axetylen phải được thiết kế để cho phép chịu được áp suất thử 6 MPa (60 bar)

5.1.6. Các chai chứa dùng cho dịch vụ cung cấp khí axetylen phải được thiết kế và chế tạo để bảo đảm các điều kiện an toàn cho nạp đầy chất xốp, ví dụ bảo đảm không có các cạnh sắc và chỗ trống.

5.2. Tính toán chiều dày thành chai

Chiều dày thành a của thành chai không được nhỏ hơn chiều dày được tính toán theo công thức:

                     (1)

Trong đó:

F = 0,77;

J = 1 đối với các mối hàn theo chu vi;

J = 0,9 đối với các mối hàn dọc.

Chiều dày nhỏ nhất của thành cũng phải đáp ứng các yêu cầu của 5.4.

5.3. Thiết kế các đáy lồi

5.3.1. Hình dạng đáy của chai chứa khí phải đáp ứng các điều kiện sau:

- Đối với các đáy dạng chỏm cầu [xem Hình 1a)]: R ≤ D; r ≥ 0,1 D; h ≥ 4b.

- Đối với các đáy dạng bán elip [xem Hình 1 b)]: H ≥ 0,192 D; h ≥ 4b.

5.3.2. Chiều dày thành b của các đáy chai chứa khí không được nhỏ hơn chiều dày được tính theo công thức:

b = a₁x C         (2)

Trong đó:

a₁là giá trị của a được tính toán phù hợp với 5.2 khi sử dụng J = 1,0;

C là hệ số hình dạng có giá trị được xác định theo đồ thị trên Hình 2 hoặc Hình 3.

5.3.3. Đối với các chai được tạo hình ở nhiệt độ thấp, các đáy lồi phải có dạng bán cầu. Hệ số hình dạng C phải bằng 1.

Ứng suất thử nhỏ nhất 1 % đạt được trong các đáy Hình bán cầu phải bằng

R_p = R_p0,1 x (a ÷ 2b)         (3)

CHÚ THÍCH: Đối với đáy dạng chỏm cầu, chiều cao H có thể được tính toán theo công thức.

Hình 1 - Hình minh họa các đáy chai chứa khí

[1] 0,1 MPa = 10⁵.Pa = 1 bar

Xem tiếp: Chai chứa khí - chai bằng thép không gỉ, hàn, nạp lại được - phần 1: áp suất thử nhỏ hơn và bằng 6 mpa - phần 2

Sưu tầm và biên soạn bởi: https://honto.vn