Chai chứa khí - chai chứa khí bằng thép hàn nạp lại được - áp suất thử 6 mpa và thấp hơn - phần 1

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 6292 : 2013

ISO 4706 : 2008

CHAI CHỨA KHÍ - CHAI CHỨA KHÍ BẰNG THÉP HÀN NẠP LẠI ĐƯỢC - ÁP SUẤT THỬ 6 MPa VÀ THẤP HƠN

Gas cylinders - Refillable welded steel cylinders - Test pressure 6 MPa and below

Lời nói đầu

TCVN 6292:2013 thay thế TCVN 6292:1997 (ISO 4706:1989).

TCVN 6292:2013 hoàn toàn tương đương ISO 4706:2008.

TCVN 6292:2013 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 58 Chai chứa khí biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Lời giới thiệu

Mục đích của tiêu chuẩn này là tạo điều kiện thuận lợi cho việc thống nhất về thiết kế và chế tạo chai chứa khí bằng thép hàn. Các quy định được đưa ra và dựa trên cơ sở kiến thức, kinh nghiệm về vật liệu, các yêu cầu về thiết kế, các quy trình sản xuất và kiểm tra tại nơi sản xuất các chai thông thường.

Tôn trọng những điều liên quan đến vật liệu kết cấu, phê duyệt các quy định thiết kế và kiểm tra trong quá trình sản xuất - những đối tượng của tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế, các bên liên quan phải đảm bảo rằng trong việc áp dụng thực tế của tiêu chuẩn này, các yêu cầu của các bên liên quan cũng phải được thỏa mãn.

CHAI CHỨA KHÍ - CHAI CHỨA KHÍ BẰNG THÉP HÀN NẠP LẠI ĐƯỢC - ÁP SUẤT THỬ 6 MPa VÀ THẤP HƠN

Gas cylinders - Refillable welded steel cylinders - Test pressure 6 MPa and below

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu tối thiểu liên quan đến vật liệu, thiết kế, chế tạo và trình độ công nhân, quy trình sản xuất và kiểm tra trong quá trình sản xuất các chai chứa khí bằng thép hàn nạp lại được với áp suất thử không lớn hơn 6 MPa1) và dung dịch chứa nước từ 0,5 L đến 500 L dùng để chứa khí nén, khí hóa lỏng hoặc các khí hòa tan được phơi trong khoảng nhiệt độ cực hạn trên toàn thế giới (-50^oC đến 65^oC).

Các chai di động lớn có dung tích nước trên 150 L đến 500 L có thể được chế tạo và được chứng nhận theo tiêu chuẩn này với điều kiện là cung cấp các phương tiện vận chuyển (xem 8.6.4).

Tiêu chuẩn này trước tiên để sử dụng cho khí công nghiệp trừ khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG), nhưng cũng có thể áp dụng cho LPG. Đối với các ứng dụng riêng cho LPG, xem TCVN 7763 (ISO 22991).

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn dưới đây là rất cần thiết đối với việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với tài liệu ghi năm công bố, áp dụng phiên bản được nêu. Đối với tài liệu không có năm công bố, áp dụng phiên bản mới nhất kể cả các sửa đổi, 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 6700-1(ISO 9606-1) Kiểm tra chấp nhận thợ hàn - Hàn nóng chảy - Phần 1: Thép

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

TCVN 7163:2013 (ISO 10297:2006), Chai chứa khí di động - Van chai - Đặc tính kỹ thuật và thử kiểu

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.

TCVN 7763 (ISO 22991), Chai chứa khí - Chai thép hàn nạp lại và vận chuyển được dùng cho khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) - Thiết kế và kết cấu

TCVN 8310 (ISO 4136), Thử phá hủy mối hàn vật liệu kim loại - Thử kéo ngang

ISO 13769, Gas cylinders - Stamping marking (Chai chứa khí - Ghi nhãn)

ISO 11622, Gas cylinders - Condition for filling gas cylinders (Chai chứa khí - Điều kiện nạp khí vào chai)

ISO 15613, Specification and qualification of welding procedure of metallic materials - Qualification base on pre-production welding tests (Đặc tính kỹ thuật và trình độ chuyên môn của quy trình hàn vật liệu kim loại - Trình độ chuyên môn trên cơ sở kiểm tra hàn trước khi sản xuất)

ISO 15614-1, Specification and qualification of welding procedure of metallic materials - Welding procedure test - Part 1: Arc and gas welding of steels and arc welding of nickel and nickel alloys (Đặc tính kỹ thuật và trình độ chuyên môn của quy trình hàn vật liệu kim loại - Thử quy trình hàn - Phần 1: Hàn hơi và hàn hồ quang thép và hàn hồ quang niken và hợp kim niken)

ISO 17636, Non-destructive testing of welds - Radiographic testing of fusion welded joints (Thử không phá hủy mối hàn - Thử bức xạ mối hàn nóng chảy)

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

ISO 17639, Destructive test on welds in metallic materials - Macroscopic and microscopic examination of welds (Thử phá hủy mối hàn trên vật liệu kim loại - Kiểm tra thô đại và kiểm tra kim tương mối hàn).

3. Thuật ngữ, định nghĩa và ký hiệu

3.1. Thuật ngữ và định nghĩa

Tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:

3.1.1.

Giới hạn chảy (yield strength)

Trị số tương ứng với giới hạn chảy trên, R_eH hoặc đối với các loại thép không có biểu hiện rõ ràng giới hạn chảy thì là giới hạn chảy quy ước 0,2% (độ dãn dài không tỷ lệ), R_p0,2.

3.1.2.

Thường hóa (normalizing)

Quá trình nhiệt luyện bằng cách nung nóng chai lên đến một nhiệt độ đồng đều cao hơn nhiệt độ tới hạn (Ac3) của thép để tái sinh và đồng đều hóa tổ chức luyện kim của thép, để có đủ cấp để thu được tính chất cơ học mong muốn và sau đó được làm nguội trong không khí được kiểm soát hoặc tĩnh.

3.1.3.

Khử ứng suất (stress relieving)

Quá trình nhiệt luyện dành cho chai sau khi chế tạo nhằm khử ứng suất dư mà không làm thay đổi tổ chức luyện kim của thép bằng cách nung nóng đến một nhiệt độ đồng đều dưới điểm tới hạn (Ac1) của thép, sau đó được làm nguội trong bầu không khí được thông gió hoặc yên lặng.

3.1.4.

Ổn định hóa (stabilizing)

Quá trình nhiệt luyện dành cho chai sau khi chế tạo nhằm ổn định cấu trục của thép bằng cách nung nóng đến một nhiệt độ đồng đều trên điểm tới hạn (Ac1) của thép và sau đó làm nguội thép để nhận được tính chất cơ học mong muốn.

3.1.5.

Lô (batch)

Số lượng chai do cùng một nhà máy chế tạo liên tiếp sử dụng cùng công nghệ sản xuất, với cùng thiết kế, cùng cỡ và cùng đặc tính kỹ thuật của vật liệu, sử dụng cùng kiểu máy hàn, cùng quy trình hàn và cùng một điều kiện nhiệt luyện.

CHÚ THÍCH 1: Trong đoạn này từ "liên tiếp" không áp dụng cho sản xuất liên tục.

CHÚ THÍCH 2: Xem 10.2 đối với số lượng lô đặc biệt.

3.1.6.

Vật liệu cơ bản (base material)

Thép dùng để chế tạo chai bao gồm các vật liệu kết cấu duy trì và không duy trì áp lực.

3.1.7.

Vỏ chai (cylinder shell)

Chai sau khi hoàn thành tất cả các công đoạn tạo hình, hàn và nhiệt luyện.

3.1.8.

Hệ số F (F factor)

Hệ số ứng suất thiết kế.

3.1.9.

Vật liệu chính (parent material)

Tất cả các vật liệu duy trì áp lực dùng trong việc sản xuất chai.

3.1.10.

Hàn chồng lên nhau (overlap)

Việc hàn đắp thép lên trên hoặc bên dưới mối hàn nhằm làm thẳng hàng hoặc bổ sung độ bền cho mối hàn.

3.2. Ký hiệu

4. Thử nghiệm và kiểm tra

Để đảm bảo các chai tuân thủ theo đúng tiêu chuẩn này, chúng phải được kiểm tra và thử nghiệm theo các Điều 7, 8, 9 và 10.

Chai chứa phải do một cơ quan có thẩm quyền kiểm tra và thử nghiệm. Cơ quan kiểm tra phải được công nhận theo quy định và phải có thẩm quyền đối với việc thử nghiệm và kiểm tra chai theo tiêu chuẩn này.

5. Vật liệu

5.1. Vật liệu dùng để chế tạo chai chứa khí phải là thép, trừ loại thép sôi, thích hợp cho ép, dập và hàn và không thoái hóa theo thời gian (không hóa già). Các loại thép sử dụng phải được quy định, đảm bảo sao cho sau khi thường hóa, khử ứng suất hoặc ổn định hóa, chai chứa khí đã hoàn thiện có được tính chất cơ học tốt nhất.

Trong các trường hợp yêu cầu kiểm tra tính không hóa già của vật liệu, các chỉ tiêu cần quy định phải do nhà chế tạo và khách hàng thỏa thuận và được ghi vào đơn đặt hàng.

5.2. Vật liệu dùng cho vỏ chai và dập đáy, không kể phần vòm (xem 5.3), phải tuân theo yêu cầu nêu trong 5.8 và 5.9.1.

5.3. Vòm phải được chế tạo từ thép có khả năng hàn tương thích với hàm lượng cacbon cao nhất 0,25% (khối lượng).

5.4. Tất cả các bộ phận được hàn vào thân chai (như là vành đỡ và chân đế) phải được làm từ thép tương thích có các trị số lớn nhất sau đây tính bằng % (khối lượng):

a) Cacbon 0,250% ;

b) Photpho 0,040%;

c) Lưu huỳnh 0,040%;

5.5. Các vật liệu hàn phải có khả năng tạo ra các mối hàn có giới hạn bền kéo nhỏ nhất tối thiểu phải bằng giới hạn bền kéo của vật liệu chính của chai đã hoàn thiện.

5.6. Nhà chế tạo chai phải có chứng chỉ phân tích mẻ đúc và cơ tính của thép để chế tạo các phần chịu áp lực của chai. Nhà chế tạo chai đồng thời phải có các chứng chỉ phân tích mẻ đúc đối với các phần thép hàn vào chai (như là vành đỡ và chân đế).

5.7. Một hệ thống nhận biết phải thích hợp để xác định mẻ đúc thép dùng chế tạo các phần chịu áp lực của chai.

5.8. Các loại thép dùng để chế tạo chai phải tương thích với khí định sử dụng (như là khí ăn mòn hoặc khí có tác dụng làm giòn).

5.9. Thành phần hóa học

5.9.1. Vật liệu dùng để chế tạo vỏ chai và dập đáy chai phải có chất lượng hàn được và trị số % (khối lượng) như sau:

a) Cácbon: 0,25%;

b) Silic: 0,45%;

c) Mangan: 1,60%;

d) Phốt pho: 0,04%;

e) Lưu huỳnh: 0,04%;

Không được vượt quá giới hạn phân tích mẻ nấu.

Khi sử dụng các nguyên tố hợp kim vi lượng như niobi (columbi), titan và vanadi thì hàm lượng không được vượt quá:

a) Niobi (columbi): 0,05%;

b) Titan: 0,03%;

c) Vanadi: 0,10%;

d) Niobi (columbi) + vanadi 0,12%;

Khi các nguyên tố hợp kim vi lượng được dùng thì tên và hàm lượng của chúng phải được ghi trong chứng chỉ của nhà chế tạo thép cùng với thành phần hóa học đã nêu trong 5.9.1.

5.9.2. Khi chai chứa được yêu cầu phân tích kiểm tra thì chúng phải được tiến hành trên các mẫu được lấy trong quá trình chế tạo từ vật liệu nguyên dạng do nhà sản xuất thép cung cấp hoặc từ vỏ chai hoặc chai thành phẩm. Trong bất kỳ sự phân tích kiểm tra nào, các sai lệch cho phép lớn nhất đối với phân tích mẻ đúc phải phù hợp với các giá trị được quy định trong 5.9.1.

6. Thiết kế

6.1. Yêu cầu chung

6.1.1. Việc tính toán chiều dày thành của các phần chịu áp lực để chịu áp lực bên trong của các chai chứa khí phải căn cứ vào giới hạn chảy của vật liệu chế tạo.

6.1.2. Để tính toán, giá trị giới hạn chảy R_eH được giới hạn đến giá trị lớn nhất của:

a) 0,75 R_g đối với chai thành phẩm có giới hạn bền kéo R_g < 490 MPa.

b) 0,85 R_g đối với chai thành phẩm có giới hạn bền kéo R_g ≥ 490 MPa.

6.1.3. Áp suất bên trong làm cơ sở để tính toán chiều dày thành chai chứa khí phải là áp suất thử nhỏ nhất P_tmin.

Trong thiết kế các chai chứa LPG, phải sử dụng áp suất tính toán nhỏ nhất 30 bar.

6.1.4. Phải cung cấp bản vẽ có đầy đủ kích thước bao gồm cả các tính chất của vật liệu.

6.2. Thiết kế bảo vệ van

Thiết kế chai chứa phải có bộ phận bảo vệ van tránh hư hỏng nhằm loại trừ mất mát lượng khí trong chai. Khi các yêu cầu 8.7 không được đáp ứng thì chai chứa phải được vận chuyển trong các thùng hoặc khung giàn phải được cung cấp cách bảo vệ van hiệu quả khác trong quá trình vận chuyển trừ khi có thể chứng minh được rằng van có thể chịu được sự hư hỏng không có rò rỉ sản phẩm.

6.3. Thiết kế lỗ mở

6.3.1. Vị trí của tất cả các lỗ mở phải được hạn chế trong phạm vi đầu chai chứa.

6.3.2. Từng lỗ mở trong chai chứa phải được gia cường, hoặc là bằng gờ lồi hoặc đệm tựa bằng thép tương thích có thể hàn được gắn chặt bằng cách hàn và được thiết kế sao cho có đầy đủ sức bền và không tạo ra sự tập trung ứng suất có hại. Sự tuân thủ phải được khẳng định bằng sự tính toán hoặc thực hiện một phép thử mỏi theo các yêu cầu của 9.6.

6.3.3. Mối hàn của lỗ mở phải tách biệt với các mối hàn nối theo chiều dọc và chu vi.

6.3.4. Nếu độ kín tránh rò rỉ giữa van và chai được đảm bảo bằng một nút kim loại (như là đồng), có thể nối với chai một ống lót van trong phù hợp bằng một phương pháp độc lập không cần đảm bảo độ kín rò rỉ.

7. Tính toán chiều dày thành chai nhỏ nhất (thành bên và các đáy)

7.1.1. Chiều dày của thành vỏ chai hình trụ không được nhỏ hơn các giá trị tính toán theo công thức (1)

   (1)

Trong đó:

F = 0,77 đối với chai có dung tích nước 0,5 L đến 150 L;

F = 0,72 đối với chai có dung tích nước 151 L đến 250 L;

F = 0,68 đối với chai có dung tích nước 251 L đến 500 L;

đối với mối hàn dọc:

J = 1,0 đối với đường hàn kiểm tra bằng chụp tia bức xạ toàn bộ;

J = 0,9 đối với đường hàn kiểm tra bằng chụp tia bức xạ ở từng điểm;

J = 0,7 đối với đường hàn mà không kiểm tra bằng chụp tia bức xạ (chỉ với thép cacbon);

J = 1,0 đối với chai không có mối hàn dọc.

Phải không có trường hợp nào chiều dày thực tế của thành vỏ chai nhỏ hơn so với giá trị quy định trong 7.3.

7.2. Thiết kế phần đáy lõm chịu áp lực

7.2.1. Nếu không có quy định nào khác trong 7.4, hình dạng đáy của chai chứa khí phải như sau:

a) Đối với đáy chỏm cầu: R ≤ D; r ≥ 0,1 D; h ≥ 4b (Hình 1a).

b) Đối với đáy hình bán elip: H ≥ 0,192 D; h ≥ 4b (Hình 1b).

7.2.2. Chiều dày phần đỉnh của tất cả các dạng đáy khác không được nhỏ hơn giá trị tính theo công thức (2).

1) 1 MPa = 10⁶ Pa = 10⁶ N/m² 

Xem tiếp: Chai chứa khí - chai chứa khí bằng thép hàn nạp lại được - áp suất thử 6 mpa và thấp hơn - phần 2