Thiết bị an toàn chống quá áp – phần 6: ứng dụng, lựa chọn và lắp đặt đĩa nổ - phần 4

Phụ lục C

(tham khảo)

Lưu lượng xả của hệ thống xả áp

C.1. Qui định chung

C.1.1. Lưu lượng xả của hệ thống xả áp cần đảm bảo sao cho trong các điều kiện xả, áp suất lớn nhất cho phép của thiết bị được bảo vệ không được vượt áp suất tích tụ cho phép.

C.1.2. Phụ lục này đưa ra hướng dẫn về việc xác định lưu lượng khối lượng của một hệ thống xả áp có lắp một đĩa nổ. Hệ thống này có liên quan đến dòng một pha.

CHÚ THÍCH 1: Có các phương pháp khác để xác định lưu lượng xả của một hệ thống xả áp, các phương pháp này đang được xem xét để đưa vào một tiêu chuẩn mới thuộc nhóm các tiêu chuẩn này.

CHÚ THÍCH 2: Các qui tắc để xác định cỡ kích thước khi xảy ra dòng hai pha hơi - lỏng bởi vì đây là hai pha tại đầu vào hoặc vì một số hoặc toàn bộ chất lỏng được biến thành hơi trong quá trình thông hơi, đang được xem xét để đưa vào một tiêu chuẩn mới thuộc nhóm các tiêu chuẩn này.

C.1.3. Có hai phương pháp

a) C.2 đưa ra một phương pháp đơn giản hóa khi bỏ qua sự sụt áp trong đường ống vào và trong đường ống xả. Do đó phương pháp này được ứng dụng hạn chế.

b) C.3 đưa ra một phương pháp toàn diện cho tính toán hệ thống xả áp có quan tâm đến các thay đổi về áp suất trong suốt toàn bộ hệ thống xả áp.

C.1.4. Điều quan trọng là phải bảo đảm cho phương pháp được lựa chọn có liên quan đến ứng dụng riêng và được áp dụng đúng bởi những người có đủ năng lực và kinh nghiệm thích hợp.

C.2. Phương pháp đơn giản hóa

C.2.1. Qui định chung

Nên sử dụng phương pháp này khi có thể thừa nhận một cách an toàn rằng chỉ có sự sụt áp không đáng kể trong đường ống vào và đường ống xả. Phương pháp này được giới hạn cho các ứng dụng trong đó:

- đĩa nổ xả trực tiếp vào môi trường;

- và đĩa nổ được lắp đặt trong tám đường kính ống từ đường vào tới vòi phun của thiết bị;

- và diện tích xả của đĩa nổ nhỏ hơn 50 % diện tích tiết diện ống vào;

- và cấu hình của vòi phun được cho trong Bảng C.1

- và dòng chảy là dòng một pha;

- và chiều dài của ống xả theo sau đĩa nổ không vượt quá năm lần đường kính ống;

- và đường kính danh nghĩa của ống của đường ống vào và đường ống xả bằng hoặc lớn hơn cỡ kích thước danh nghĩa của đĩa nổ.

C.2.2. Môi chất nén được

C.2.2.1. Qui định chung

Trong trường hợp này, tốc độ dòng chảy được điều chỉnh bằng cấu hình đường vào vòi phun của thiết bị và đĩa nổ. Hệ số xả kết hợp được ký hiệu bằng a.

Các giá trị của hệ số xả cho trong Bảng C1 đối với cấu hình đường vào vòi phun và đĩa nổ sử dụng cho các môi chất nén được được dựa trên kinh nghiệm làm việc, xem xét các tài liệu tham khảo 2 và 3 của Thư mục.

Bảng C.1 - Hệ số xả a

Số hiệu	Kiểu ống nối/vòi phun		Hệ số xả
1		Trong trường hợp ống nối/vòi phun nhô vào bên trong	0,68
2		Trong trường hợp ống nối/vòi phun ngang bằng bề mặt hoặc một khối bích với các cửa vào không có cấu hình thủy động lực học	0,73
3		Trong trường hợp ống nối/vòi phun hoặc một khối bích có cấu hình động lực học, ví dụ có cửa vào lượn tròn hoặc vát cạnh	0,80

C.2.2.2. Dòng chảy tới hạn và dưới tới hạn

Lưu tốc của một môi chất nén được chảy qua một lỗ, như là một đĩa nổ, tăng lên khi áp suất ở hạ lưu giảm đi tới khi đạt được dòng chảy tới hạn. Sự giảm thêm nữa của áp suất ở hạ lưu sẽ không dẫn đến bất cứ sự tăng lên nào thêm nữa của lưu tốc.

Dòng chảy tới hạn xả ra khi

Dòng chảy dưới tới hạn xảy ra khi

ở đây thừa nhận hiệu lực của luật Rankine

C.2.2.3. Lưu lượng xả ở dòng chảy tới hạn

C.2.2.3.1. Lưu lượng xả cho khí/hơi bất kỳ

Lưu lượng xả ở dòng chảy tới hạn có thể được rút ra từ các công thức sau:

Giá trị của k dùng để xác định C nên dựa trên các điều kiện của dòng chảy thực tế và nên được xác định theo Bảng 2 của TCVN 7915-7: 2009.

Nên đánh giá hệ số nén Z₀ theo Hình 1 của TCVN 7915-7: 2009. Các giá trị của nhiệt độ tới hạn và áp suất tới hạn đối với một số khí dùng để xác định Z₀ được cho trong Bảng 4 của TCVN 7915-7: 2009. Tuy nhiên nếu không có đủ thông tin thì có thể sử dụng giá trị 1,0 (xem Phụ lục D).

C.2.2.3.2. Lưu lượng xả đối với hơi nước

a) Hơi nước bão hòa khô hoặc quá nhiệt

Lưu lượng xả đối với hơi nước bão hòa khô hoặc quá nhiệt có thể được rút ra từ các công thức 3a và 3b. Tuy nhiên các giá trị của K, C và V nên dựa trên các điều kiện của dòng chảy thực tế của hơi nước và được xác định theo Bảng 1 của TCVN 7915-7: 2009.

b) Hơi nước ẩm

Công thức sau chỉ áp dụng cho hơi nước ẩm đồng nhất có độ khô 90 % và cao hơn (nghĩa là x > 0,9):

trong đó

k, C và V₀ được xác định theo Bảng 1 của TCVN 7915-7: 2009.

C.2.2.4. Hệ số xả ở dòng chảy tới hạn

C.2.2.4.1. Các hệ số xả kết hợp từ ba kiểu vòi phun riêng và các tổ hợp đĩa nổ được liệt kê trong Bảng C1.

Các hệ số xả này có hiệu lực khi: 0,5 A₁ £ A₀ £ A₁

C.2.2.4.2. Khi theo yêu cầu của tiêu chuẩn có liên quan hoặc khi cấu hình của vòi phun/đĩa khác so với yêu cầu của C.2.1 thì nên áp dụng phương pháp toàn diện. Phụ lục E đưa ra qui trình thử để xác định các hệ số trở lực dòng chảy cộng với các tổn thất do ma sát của đường ống hệ thống thông hơi (phía trước và phía sau đĩa nổ) trong khi xác định xác khả năng xả của một hệ thống thông hơi toàn bộ bao gồm cả đĩa nổ.

C.2.2.5. Lưu lượng xả ở dòng chảy dưới tới hạn

Lưu lượng xả ở dòng chảy dưới tới hạn có thể được rút ra từ một trong các công thức sau

Đối với các giá trị, xem Bảng 3 của TCVN 7915-7: 2009.

CHÚ THÍCH 2: Đối với dòng chảy tới hạn, K_b = 1,0.

C.2.2.6. Hệ số xả ở dòng chảy dưới tới hạn

Trong trường hợp các điều kiện dòng chảy dưới tới hạn, các hệ số gây ra bởi các hạn chế của dòng chảy xấp xỉ với tỷ số áp suất tăng  tới các tỷ số đã được chứng minh cho các môi chất không nén được.

C.2.3. Môi chất không nén được

C.2.3.1. Lưu lượng xả

Đối với các môi chất không nén được như là dòng chảy một pha tại đường vào và không biến thành hơi dù là một phần hoặc hoàn toàn khi thông hơi cần áp dụng các công thức sau.

CHÚ THÍCH 1: Nên xem xét đến ảnh hưởng của cột áp tĩnh.

CHÚ THÍCH 2: Khi chất lỏng có độ nhớt nhỏ hơn hoặc bằng độ nhớt của nước ở 20 °C thì hệ số K_v có thể lấy bằng 1,0. Đối với các độ nhớt lớn hơn sự xả qua cơ cấu an toàn kiểu đĩa nổ sẽ giảm đi. Hệ số hiệu chỉnh độ nhớt K_v có liên quan đến số Reynolds và có thể nhận được từ Hình 2 của TCVN 7915-7: 2009.

Số Reynolds R_e có thể được xác định từ công thức:

CHÚ THÍCH 3: Khi định cỡ kích thước cho việc giảm độ nhớt, trước tiên nén xác định xem cỡ kích thước nào có thể dùng để làm việc khi không có độ nhớt để thu được diện tích ban đầu. Sau đó nên lựa chọn cỡ kích thước lớn nhất tiếp sau trong tính toán R_e. Nếu công thức xác định cỡ kích thước chỉ ra rằng diện tích thu được trong tính toán R_e, là quá nhỏ thì nên lặp lại tính toán với cỡ kích thước lớn nhất tiếp sau của đĩa nổ.

C.2.3.2. Hệ số xả

Hệ số xả bằng 0,62 hoặc được xác định trong tiêu chuẩn áp dụng có liên quan.

C.2.4. Lựa chọn diện tích dòng chảy của đĩa nổ

Diện tích xả A_B của một đĩa nổ không nên nhỏ hơn diện tích tiết diện ngang nhỏ nhất yêu cầu của dòng chảy A₀.

A_B > A₀                                      (10)

CHÚ THÍCH: Nếu diện tích tiết diện ngang của dòng chảy của một đĩa nổ được lựa chọn vượt quá diện tích dòng chảy của ống vào A₁ thì A₁ thay cho A_Blà diện tích tiết diện ngang có điều khiển dòng chảy. A₁ không nên nhỏ hơn A₀

C.3. Phương pháp toàn diện

C.3.1. Qui định chung

C.3.1.1. Phương pháp này chú ý đến các thay đổi có thể đảo ngược lại được và không thể đảo ngược lại được đối với áp suất trong toàn bộ hệ thống xả áp (ví dụ, đường vào vòi phun, ống vào, đĩa nổ, ống xả và đường ra tới một bình chứa ở hạ lưu hoặc ra môi trường). Để có thêm thông tin, xem các tài liệu 7, 8 và 9 của thư mục.

C.3.1.2. Để phân tích hệ thống xả áp, cần có thêm thông tin liên quan đến tổn thất áp suất sau khi nổ của đĩa nổ. Các phương pháp tính toán dòng chảy của môi chất đã được thừa nhận là đủ với điều kiện là biết được diện tích tinh của dòng chảy hoặc có thể kiểm tra được diện tích này và các tính toán phải dựa trên các giả thiết có căn cứ.

CHÚ THÍCH: Một màng nổ đã nổ thường không thể xem như là một lỗ tròn, lỗ có cạnh sắc.

Phụ lục E đưa ra một quy trình để xác định hệ số trở lực dòng chảy của một đĩa nổ bằng thử nghiệm dòng chảy.

C.3.2. Môi chất nén được

Cần xác định xem dòng chảy là tới hạn hoặc dưới tới hạn.

C.3.2.1. Dòng chảy dưới tới hạn

Trong trường hợp dòng chảy dưới tới hạn cần thừa nhận một lưu lượng và tính toán các thay đổi về áp suất trong một hệ thống xả áp. Sử dụng phép lặp tới khi tìm được lưu lượng tại đó độ sụt áp tính toán sẽ bằng hoặc nhỏ hơn độ chênh áp có thể có được.

C.3.2.2. Dòng chảy tới hạn

Trong trường hợp dòng chảy tới hạn cần thực hiện sự phân tích chi tiết đối với toàn bộ hệ thống xả áp để xác định đâu là những chỗ thắt và lưu lượng xả của hệ thống xả áp là gì.

Phương pháp nên dùng cho phân tích là:

a) Xác định các vị trí chỗ thắt có thể bắt đầu tại lối thoát tới vòi phun của thiết bị;

b) thừa nhận một lưu lượng và sau đó tính toán các thay đổi về áp suất trong suốt hệ thống xả áp từ lối thoát (ra) hướng tới đường vào vòi phun của thiết bị. Tại mỗi điểm thắt có thể có, có thể tính toán áp suất tại đó tốc độ có thể bằng tốc độ tới hạn. Theo cách này, có thể xác định xem có xảy ra sự thắt trong thực tế hay không.

Sử dụng phép lặp tới khi tìm được lưu lượng tại đó độ sụt áp tính toán sẽ bằng hoặc nhỏ hơn độ chênh áp có thể có được.

Có nhiều phương pháp định cỡ kích thước được cho trong tài liệu đã xuất bản nhưng cần phải chú ý lựa chọn phương pháp có liên quan đến ứng dụng riêng. Phương pháp sai có thể dẫn đến sai sót nghiêm trọng.

Phương pháp định cỡ kích thước chính xác nhất là sử dụng một chương trình máy tính dựa trên các công thức cơ bản của dòng chảy môi chất và các dữ liệu về tính chất nhiệt động lực học/vật lý. Để có thêm thông tin, xem các tài liệu tham khảo 7, 8 và 9 của thư mục.

C.3.3. Môi chất không nén được

C.3.3.1. Qui định chung

Cần xác định xem dòng chảy phụ thuộc hoặc không phụ thuộc vào số Reynolds.

C.3.3.2. Dòng chảy không phụ thuộc vào số Reynolds

Khi dòng chảy không phụ thuộc vào số Reynolds (hoàn toàn chảy rồi) thì lưu lượng có thể được xác định trực tiếp bằng cách sử dụng công thức cơ bản của môi chất.

C.3.3.3. Dòng chảy phụ thuộc vào số Reynolds

Khi dòng chảy phụ thuộc vào số Reynolds cần thừa nhận một lượng và tính toán các thay đổi về áp suất trong suốt hệ thống xả áp.

Sử dụng phép lặp tới khi tìm được lưu lượng tại đó độ sụt áp tính toán sẽ bằng hoặc nhỏ hơn độ chênh áp có thể có được.

Phụ lục D

(tham khảo)

Nguồn gốc của hệ số nén Z

Có thể nhận được hệ số nén Z ở các điều kiện xả từ các dữ liệu chính xác p-v-T đối với khí khi sử dụng công thức sau:

Khi không có các dữ liệu chính xác, có thể thu được hệ số nén từ nhiệt độ quy đổi T_r =  và áp suất quy đổi p_r = p₀ / p_c của áp suất tới hạn của khí tinh khiết như đã chỉ ra trên Hình 1 của TCVN 7915-7: 2009.

VÍ DỤ: Giá trị Z đối với một khí xả qua một đĩa nổ với áp suất 100 bar theo áp kế và nhiệt độ 70 °C được xác định như sau:

Xem tiếp: Thiết bị an toàn chống quá áp – phần 6: ứng dụng, lựa chọn và lắp đặt đĩa nổ - phần 5

Xem lại: Thiết bị an toàn chống quá áp – phần 6: ứng dụng, lựa chọn và lắp đặt đĩa nổ - phần 3

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