Chai chứa khí – tính tương thích của vật liệu làm chai chứa và làm van với khí chứa – phần 2: vật liệu phi kim loại - phần 1

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 6874-2:2014

ISO 11114-2:2013

CHAI CHỨA KHÍ – TÍNH TƯƠNG THÍCH CỦA VẬT LIỆU LÀM CHAI CHỨA VÀ LÀM VAN VỚI KHÍ CHỨA – PHẦN 2: VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI

Gas cylinders Compatibility of cylinder and valve materials with gas contents Part 2: Non-metallic materials

Lời nói đầu

TCVN 6874-2:2014 thay thế TCVN 6874-2:2002 (ISO 11114-2:2000)

TCVN 6874-2:2014 hoàn toàn tương đương với ISO 11114-2:2013.

TCVN 6874-2:2014 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.

Bộ tiêu chuẩn TCVN 6874 ( ISO 11114 ) Chai chứa khí – Tính tương thích của vật liệu làm chai và làm van với khí chứa bao gồm các phần sau:

– Phần 1: Vật liệu kim loại;

– Phần 2: Vật liệu phi kim loại;

– Phần 3: Thử độ tự bốc cháy đối với vật liệu phi kim loại trong môi trường oxy;

– Phần 4: Phương pháp thử để lựa chọn vật liệu kim loại chịu được sự giòn do hydro.

CHAI CHỨA KHÍ – TÍNH TƯƠNG THÍCH CỦA VẬT LIỆU LÀM CHAI CHỨA VÀ LÀM VAN VỚI KHÍ CHỨA – PHẦN 2: VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI

Gas cylinders Compatibility of cylinder and valve materials with gas contents Part 2: Non-metallic materials

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này đưa ra hướng dẫn về cách lựa chọn và đánh giá tính tương thích của các vật liệu phi kim loại dùng làm các chai chứa khí và làm van với khí chứa. Tiêu chuẩn này cũng áp dụng cho các cụm chai, các ống và bình chịu áp lực.

Tiêu chuẩn này cũng có thể áp dụng cho các vật liệu composit và vật liệu tấm dùng để chế tạo chai chứa khí.

Tiêu chuẩn này không đề cập tất cả các vấn đề mà chỉ đưa ra hướng dẫn về đánh giá tính tương thích giữa khí chứa và vật liệu.

Tiêu chuẩn này chỉ xem xét đến ảnh hưởng của khí đối với sự biến đổi của vật liệu và cơ tính (ví dụ: phản ứng hóa học hoặc thay đổi về trạng thái vật lý). Các tính chất cơ bản của vật liệu như tính chất cơ học cần có để đáp ứng yêu cầu thiết kế thường sẵn có và do nhà cung cấp vật liệu cung cấp và không được xem xét trong tiêu chuẩn này

Các dữ liệu về tính tương thích được đưa ra có liên quan đến các thành phần riêng biệt của khí nhưng cũng có thể được sử dụng cho một số hỗn hợp khí. Gốm sứ, thủy tinh và các chất keo không thuộc phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn này

Các vấn đề khác như chất lượng của khí được cung cấp không được đề cập trong tiêu chuẩn này. Tiêu chuẩn này không áp dụng cho các chất lỏng làm môi chất siêu lạnh (xem ISO 21010).

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 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 6874-3 (ISO 11114-3), Chai chứa khí di động – Tính tương thích của các vật liệu làm chai và làm van với khí chứa – Phần 3: Thử độ tự bốc cháy đối với vật liệu phi kim loại trong môi trường oxy.

TCVN 7163 (ISO 10297), Chai chứa khí – Van chai – Đặc tính kỹ thuật và thử kiểu.

ISO 15001, Anaesthetic and respiratory equipment – Compatibility with oxygen (Thiết bị thở và gây mê – Tính tương thích với oxy).

3. Thuật ngữ và định nghĩa

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

3.1. Người có thẩm quyền (competent person)

Người có hiểu biết kỹ thuật, kinh nghiệm và thẩm quyền cần thiết để đánh giá, chấp thuận các vật liệu để dùng với các loại khí và xác định các điều kiện sử dụng đặc biệt cần thiết.

3.2. Chấp nhận (acceptable)

Việc kết hợp bảo đảm an toàn giữa vật liệu và loại khí trong các điều kiện sử dụng bình thường (như đã quy định trong Điều 5) với điều kiện là có tính đến các rủi ro không tương thích đã được chỉ dẫn trong Bảng 1.

3.3. Không chấp nhận (not acceptable)

Việc kết hợp không bảo đảm an toàn giữa vật liệu và loại khí đơn trong tất cả các điều kiện sử dụng bình thường(như đã quy định trong Điều 5).

CHÚ THÍCH : Đối với các hỗn hợp khí, có thể áp dụng các điều kiện đặc biệt.

3.4. Đệm kín động (dynamic sealing)

Vật liệu phi kim loại được dùng để làm kín áp suất giữa hai bề mặt có chuyển động tương đối với nhau trong vận hành bình thường của chai chứa khí.

3.5. Đệm kín tĩnh (static sealing)

Vật liệu phi kim loại được dùng để làm kín áp suất giữa hai bề mặt không có chuyển động tương đối với nhau trong vận hành bình thường của chai chứa khí.

4. Vật liệu

4.1. Quy định chung

Các vật liệu phi kim loại phải được lựa chọn thích hợp với mục đích sử dụng. Các vật liệu này thích hợp nếu tính tương thích của chúng trong Bảng 1 được xác định là thỏa mãn, hoặc các tính chất cần thiết đã được chứng minh bằng các thử nghiệm hoặc kinh nghiệm sử dụng lâu dài và an toàn thỏa mãn các yêu cầu của người có thẩm quyền.

Nếu sử dụng các vật liệu có lớp phủ, tính tương thích của tổ hợp phải được đánh giá và chấp thuận nếu người có thẩm quyền đã xem xét và đánh giá hiệu lực của tất cả các khía cạnh về kỹ thuật. Các khía cạnh kỹ thuật này bao gồm nhưng không bị giới hạn bởi tính tương thích của vật liệu phủ với khí được dự định sử dụng, độ bền lâu của lớp phủ trong quá trình sử dụng và khả năng thấm khí qua lớp phủ.

4.2. Các loại vật liệu

Các vật liệu phi kim loại được sử dụng phổ biến nhất làm chai chứa khí và làm van chai có thể được phân thành các nhóm sau:

– Chất dẻo;

– Vật liệu đàn hồi;

– Chất bôi trơn lỏng.

CHÚ THÍCH: Đôi khi cũng sử dụng các chất bôi trơn rắn , VÍ DỤ: MoS2.

Các vật liệu được xem xét trong tiêu chuẩn này như sau:

a) Chất dẻo

– Polytetrafloetylen (PTFE);

– Polyclotrifloetylen (PCTFE);

– Polyvinylidenflorua (PVDF);

– Polyamit (PA);

– Polypropylen (PP);

– Polyetetheketon (PEEK);

– Polypropylen sulphua (PPS);

– Polyvinyl clorua (PVC);

– Polyimit (PI);

– Poly oxymetylen (POM).

b) Vật liệu đàn hồi:

– Cao su bytyl (IIR);

– Cao su nitryl (NBR);

– Cao su cloropren (CR);

– Cao su flocacbon (FKM);

– Cao su metyl-vinyl-silicon (VMQ);

– Etylen-propylen dien monomer (EPDM);

– Cao su polyacrylat (ACM);

– Cao su polyuretan (PUR);

– Cao su methyl-flo-silic (FVMQ).

c) Chất bôi trơn lỏng

– Hyđrocacbon (HC);

– Flocacbon (FC).

5. Xem xét chung

Điều quan trọng cần lưu ý là các loại vật liệu này là các loại chung. Trong mỗi loại vật liệu có các biến đổi về tính chất của vật liệu do các sự khác biệt của polime và tính toán theo công thức được nhà sản xuất sử dụng để cải tiến các tính chất vật lý và hóa học của vật liệu. Vì thế người sử dụng vật liệu nên tham vấn nhà sản xuất và nếu cần thiết phải thực hiện các thử nghiệm trước khi sử dụng vật liệu (ví dụ: đối với các sử dụng tới hạn như oxy và các khí oxy hóa khác).

Các chất bôi trơn thường được sử dụng trong các van để giảm ma sát và mài mòn trong các chi tiết chuyển động. Đối với các van được sử dụng cho các khí oxy hóa hoặc các khí hỗ trợ cho đốt cháy, nếu có yêu cầu bôi trơn thì phải bảo đảm rằng chất bôi trơn thích hợp với ứng dụng được sử dụng theo dự định khi các thành phần bôi trơn tiếp xúc với khí oxy hóa hoặc khí hỗ trợ cho đốt cháy.

Khi chất bôi trơn được xếp vào danh mục “không chấp nhận” trong Bảng 1 vì các lý do khác với phản ứng mãnh liệt (F) thì chất bôi trơn này có thể được sử dụng an toàn và thường đáp ứng các yêu cầu trong khi sử dụng nếu không đòi hỏi phải tiếp xúc với khí trong vận hành bình thường. Một ví dụ về ứng dụng đã nêu là bôi trơn cơ cấu dẫn động van không tiếp xúc với khí.

Khi chất bôi trơn được xếp vào danh mục “không chấp nhận” vì lý do có phản ứng mãnh liệt (F) thì chất bôi trơn này không nên sử dụng trong bất cứ bộ phận nào của hệ thống có thể tiếp xúc với khí ngay cả trong các điều kiện không bình thường như có hư hỏng của hệ thống bít kín khí. Nếu có nguy hiểm phản ứng mãnh liệt, phải thực hiện các biện pháp bảo đảm an toàn thích hợp và các kiểm tra thích hợp đối với ứng dụng chất bôi trơn trước khi được sử dụng cho bản thân chất bôi trơn như đã quy định trong TCVN 6874-3 (ISO 11114-3) hoặc cho thiết bị được bôi trơn trong đó chất bôi trơn sẽ được sử dụng như đã quy định trong TCVN 7163 (ISO 10297).

Các tính chất của chất dẻo và vật liệu đàn hồi bao gồm cả tính tương thích của chúng phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ thấp có thể gây ra biến cứng và có khả năng gây giòn trong khi nhiệt độ cao có thể gây ra hóa mềm và có khả năng làm chảy vật liệu. Người sử dụng các vật liệu này phải kiểm tra để bảo đảm tính thích hợp của chúng trên toàn bộ phạm vi nhiệt độ làm việc do các tiêu chuẩn chế tạo chai và van quy định.

Một số vật liệu có thể hóa giòn ở nhiệt độ thấp, đặc biệt là các nhiệt độ ở giới hạn dưới của phạm vi vận hành bình thường (ví dụ: cao su florocacbon). Các nhiệt độ trong các phạm vi làm lạnh hoặc của môi chất lạnh ảnh hưởng đến nhiều vật liệu và phải có sự thận trọng đối với các nhiệt độ dưới - 50 0C. Đặc biệt là phải quan tâm đến nguy hiểm này khi nạp bằng dẫn qua ống xi phông nhiệt ở nhiệt độ thấp hoặc các phương pháp tương tự hoặc đối với các chai thường được nạp ở các nhiệt độ thấp (ví dụ: CO2).

6. Xem xét riêng

6.1. Quy định chung

Tính tương thích của các khí với các vật liệu phi kim loại chịu ảnh hưởng của các phản ứng hóa học và các ảnh hưởng về vật lý có thể được phân loại như sau.

6.2. Các nguy hiểm của tính không tương thích

6.2.1. Phản ứng mãnh liệt (oxy hóa/cháy) (F)

6.2.1.1. Nguyên lý

Thường thì các sự cố nghiêm trọng xảy ra do sự oxy hóa nhanh hoặc đốt cháy mãnh liệt với khí oxy hóa ở áp suất cao. Cần nghiên cứu cẩn thận tất cả các vật liệu và các trường hợp có thể xảy ra trước khi thiết kế hoặc sử dụng thiết bị để xử lý, thao tác bằng tay các khí oxy hóa hoặc các khí hỗ trợ cho đốt cháy;

Tính tương thích chủ yếu phụ thuộc vào các điều kiện vận hành (áp suất, nhiệt độ, tốc độ của khí, các hạt, thiết kế thiết bị, và ứng dụng). Đặc biệt là phải quan tâm đến nguy hiểm của các khí như oxy, flo, clo, và nitơ triflorua. Hầu như các vật liệu phi kim loại có thể bốc cháy tương đối dễ dàng khi tiếp xúc với các khí oxy hóa [xem TCVN 6550 (ISO 10156)] và ngay cả khi tiếp xúc với các khí không được phân loại là các khí oxy hóa nhưng vẫn hỗ trợ cho đốt cháy.

Việc lựa chọn một vật liệu để sử dụng với oxy và/hoặc môi trường giàu oxy là vấn đề chủ yếu để hiểu được hoàn cảnh làm cho vật liệu phản ứng với oxy. Hầu hết các vật liệu tiếp xúc với oxy sẽ không bốc cháy nếu không có nguồn năng lượng gây cháy (ví dụ: ma sát, nhiệt của ép nén, va đập của các hạt v.v…). Khi tốc độ năng lượng vào, được chuyển thành nhiệt lớn hơn tốc độ tản nhiệt, và sự tăng nhiệt được tiếp xúc trong một thời gian đủ để có thể xảy ra sự đánh lửa và đốt cháy.

Như vậy cần phải quan tâm đến hai yếu tố chung;

a) Các tính chất tương thích của vật liệu (sự dễ bốc cháy và năng lượng đốt cháy); và

b) Các nguồn năng lượng khác nhau sẽ tạo ra độ tăng nhiệt độ thích hợp của vật liệu.

Nên xem xét các yếu tố chung này trong bối cảnh thiết kế toàn bộ hệ thống sao cho các yếu tố riêng dưới đây sẽ bảo đảm tầm quan trọng thực sự.

Các yếu tố riêng cần được xem xét là

– Các tính chất của vật liệu bao gồm các yếu tố ảnh hưởng đến tính dễ bốc cháy và các điều kiện có tiềm năng dẫn đến hư hỏng (nhiệt của phản ứng),

– Các điều kiện vận hành, ví dụ: áp suất, nhiệt độ, các nồng độ của oxy và/hoặc khí oxy hóa trong hỗn hợp khí, ảnh hưởng của chất pha loãng (ví dụ: heli), sự nhiễm bẩn bề mặt,

– Các nguồn đánh lửa có tiềm năng (Ví dụ: ma sát, nhiệt độ nén, nhiệt độ khối lượng va đập, nhiệt độ va đập của các hạt, tĩnh điện, hồ quang điện, cộng hưởng, nếp uốn bên trong),

– Hậu quả có thể có (Ví dụ: các ảnh hưởng của môi trường xung quanh như sự lan truyền của đám cháy) và,

– Các yếu tố bổ sung (Ví dụ: các yêu cầu về chất lượng sử dụng, kinh nghiệm trước đây, khả năng có thể có được).

Để kết luận, việc đánh giá tính tương thích của các vật liệu phi kim loại thường được phê phán nhiều hơn so với đánh giá vật liệu phi kim loại, các vật liệu này thường được nhận xét tốt khi tiếp xúc với oxy.

6.2.1.2. Điều kiện kỹ thuật đối với các khí oxy hóa

Theo 6.2.1.1, không thể công bố một cách đơn giản về tính tương thích của các vật liệu phi kim loại với các khí oxy hóa như oxy (O₂), clo (Cl), ni tơ oxit (NO), nitơ II oxit (N₂O), nitơ đioxit (NO2), nitơ triflorua (NF₃) v.v... [xem TCVN 6550 (ISO 10156)]

Đối với flo, loại khí oxy hóa mạnh nhất, tất cả các vật liệu phi kim loại, theo thời gian đều rơi vào loại “không chấp nhận”.

Đối với các hỗn hợp của khí flo, công nghiệp sản xuất hiện nay đã có bằng chứng về thử nghiệm thành công và quá trình sử dụng an toàn các vật liệu phi kim loại PTFE và PCTFE trong các điều kiện có kiểm soát (ví dụ: nồng độ thấp, áp suất thấp). Vì vậy sau sự đánh giá và cho phép của người có thẩm quyền, các vật liệu này được chấp nhận trong các điều kiện tương tự. Oxy và các khí oxy hóa khác có thể phản ứng một cách mãnh liệt khi được thử với các vật liệu phi kim loại được liệt kê trong 4.2 a), 4.2 b) và 4.2 c). Một số vật liệu như PTFE và PKM có sức chống cháy mạnh hơn các chất dẻo và vật liệu đàn hồi khác. Các chất bôi trơn HC thường không được chấp nhận. Trong một số điều kiện, các chất dẻo và vật liệu đàn hồi khác đã liệt kê có thể được sử dụng an toàn trong các dịch vụ cung cấp khí oxy hóa mà không bộc lộ một số bất lợi của PTFE, nghĩa là, có tính thấp và có nguy hiểm thải ra các sản phẩm độc hại đối với các ứng dụng dùng cho khí thở, xem ISO 15001 hoặc FKM, nghĩa là có sự phồng ra, cơ tính thấp ở nhiệt độ thấp, có nguy hiểm thải ra các sản phẩm độc hại trong các ứng dụng dùng cho khí thở, v.v...

Do đó, chỉ có thể sử dụng các vật liệu phi kim loại nếu chúng đã được chứng minh bằng các thử nghiệm (hoặc kinh nghiệm sử dụng an toàn và lâu dài) có tính đến tất cả các điều kiện vận hành và đặc biệt là thiết kế của thiết bị đã được sử dụng an toàn. TCVN 6874-1 (ISO 11114-3) và ISO 21010 đưa ra các phương pháp thử cho các vật liệu polime và các chất bôi trơn lỏng sẽ dẫn đến kết quả không thay đổi. Một số vật liệu phi kim loại có thể được sử dụng an toàn ở áp suất cao hơn khi được thử ở dạng kết cấu cuối cùng, ví dụ: trong các van chai chứa khí và bộ điều chỉnh. Các van chai phải được thử theo TCVN 7163 (ISO 10297) cho dịch vụ cung cấp oxy.

6.2.2. Tổn thất khối lượng (W)

6.2.2.1. Chiết

Chiết bằng dung môi các chất dẻo hóa từ các vật liệu đàn hồi có thể gây ra co ngót, đặc biệt là trong các sản phẩm dẻo hóa cao.

Một số dung môi, ví dụ axeton hoặc DMF1) được sử dụng cho các khí hòa tan như axetylen có thể gây hư hỏng các vật liệu phi kim loại.

Các khí hóa lỏng có thể tác động như các dung môi.

6.2.2.2. Ăn mòn hóa học

Một số vật liệu phi kim loại có thể bị ăn mòn hóa học bởi các khí. Đôi khi sự ăn mòn này có thể dẫn đến sự phá hủy hoàn toàn của vật liệu, ví dụ: sự ăn mòn hóa học của vật liệu đàn hồi silicon do amoiac.

1) Dimethyflorrmamide

Xem tiếp: Chai chứa khí – tính tương thích của vật liệu làm chai chứa và làm van với khí chứa – phần 2: vật liệu phi kim loại - phần 2

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