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

Phụ lục E

(tham khảo)

Thử dòng chảy của các đĩa nổ

E.1. Phạm vi

Qui trình cung cấp phương pháp thử để xác định trở lực dòng chảy trong đó mẫu thử là một đĩa nổ. Dữ liệu thử được dùng để xác lập hệ số trở lực dòng chảy K_R cho một kiểu riêng của mẫu (model) và cỡ kích thước của đĩa nổ dùng cho các môi chất nén được.

CHÚ THÍCH: Các phương pháp để xác định các giá trị của K_R dùng cho các môi chất không nén được hiện đang được triển khai và sẽ được đưa vào trong một phiên bản trong tương lai của tiêu chuẩn này.

Có thể sử dụng các quy trình khác theo thỏa thuận giữa nhà sản xuất và khách hàng với điều kiện là các yêu cầu về thử, phương pháp thử, qui trình thử và nguồn gốc của hệ số trở lực dòng chảy có thể được chứng minh là có độ chính xác và độ tin cậy ít nhất là bằng các yêu cầu của qui trình này.

E.2. Yêu cầu về thử

Qui trình để xác định hệ số trở lực dòng chảy của các đĩa nổ đã nổ như sau:

E.2.1. Hệ thống thử

E.2.1.1. Qui định chung

Cấu hình của hệ thống thử nên dùng cho các môi chất nén được được chỉ dẫn trên Hình E1. Nên sử dụng các thiết bị đo áp suất chênh giữa các nhánh áp suất A và B, B và C, và C và D. Phần tử cơ bản nên là:

- một khí cụ đo dưới âm tốc bao gồm tấm có lỗ, vòi phun cho dòng chảy và ống venturi; hoặc

- một khí cụ đo âm tốc bao gồm các vòi phun có tiết lưu.

Dụng cụ đo yêu cầu cho mỗi khí cụ đo như sau.

E.2.1.2. Khí cụ đo dưới âm tốc

Phép đo:

a) áp suất tĩnh đầu vào;

b) nhiệt độ đầu vào;

c) áp suất chênh.

E.2.1.3. Khí cụ đo âm tốc

Phép đo

a) áp suất tổng đầu vào;

b) nhiệt độ tổng đầu vào;

Hình E.1a - Cấu hình hệ thống thử	Hình E.1b – Chi tiết nhánh xả áp suất
	Hình E.1c – Phần còn lại của thiết bị thử để thiết lập cấu hình thiết bị thử không có cánh gia cường

CHÚ DẪN

CHÚ THÍCH: Để xác định A, xem Bảng E1

Hình E.1 - Phép đo K_R - Cấu hình hệ thống thử nên dùng cho môi chất nén được

Bảng E.1 - Xác định A

E.2.1.4. Thiết bị thử nên bảo đảm sao cho độ không ổn định của phép đo dòng chảy cuối cùng không vượt quá ± 2 % của giá trị đo được và đối với các số đo riêng không vượt quá ± 5 % của giá trị đo được. Độ không ổn định của các số đo nhiệt độ không nên vượt quá ± 1 °C. Việc xác định các giới hạn này nên được lập thành tài liệu và có thể dùng được cho kiểm tra xem xét lại.

E.2.1.5. Đường kính bình thử ít nhất nên bằng mười lần đường kính đầu vào của đĩa nổ. Ống xả ít nhất nên có cùng một cỡ kích thước danh nghĩa như đầu ra của đĩa nổ và nên xả vào một hệ thống có kích thước đủ để bảo đảm không có áp suất ngược.

E.2.1.6. Độ đồng tâm giữa đầu vào và đầu ra của cụm màng nổ được cho trong Bảng E.2.

Bảng E.2 - Dung sai cho phép của độ đồng tâm

Mỗi đệm kín cần được định vị sao cho không nhô vào trong dòng chảy.

E.2.1.7. Độ nhám bề mặt của ống cần được kiểm tra để bảo đảm nằm trong giới hạn 2 mm đến 46 mm.

E.2.1.8. Khi không lắp đặt mẫu thử trong hệ thống, độ chênh lệch giữa các hệ số trở lực dòng chảy, được xác định theo E.5 dựa trên các dữ liệu theo E.4.7 được ghi lại ở áp suất nhỏ nhất và cỡ kích thước của hệ thống thử, giữa các nhánh áp suất A và B nên khác biệt khoảng 3 % so với độ chênh lệch giữa các hệ số trở lực dòng chảy của các nhánh áp suất C và D.

E.2.2. Môi chất thử

Các môi chất thử được dùng để xác định các dữ liệu của dòng chảy nên là không khí hoặc các môi chất nén được khác. Không chấp nhận hơi bão hòa làm môi chất thử. Cần chú ý tránh sự đóng băng ở bên trong trong quá trình thử.

E.2.3. Mẫu thử

E.2.3.1. Nên tiến hành các phép đo thử chứng nhận trở lực dòng chảy ở áp suất đầu vào của đĩa nổ không vượt quá 110 % áp suất nổ qui định.

E.2.3.2. Đối với mỗi kiểu hoặc mẫu (model) màng nổ, nhà sản xuất nên đệ trình cho thử nghiệm các đĩa nổ theo yêu cầu phù hợp với E.3 cùng với bản vẽ mặt cắt ngang chỉ ra kết cấu đĩa nổ.

E.2.3.3. Các đĩa nổ được thử nên là đại diện cho kiểu cụm màng nổ hoặc mẫu cụm màng nổ về hệ số trở lực và được chọn từ một lô thử kiểu của các đĩa có cùng một cỡ kích thước và kiểu và được ghi nhãn phù hợp với TCVN 7915-2.

E.2.3.4. Kích thước của cỡ ống danh nghĩa của hệ thống thử nên thuộc cùng một cỡ ống danh nghĩa của đĩa nổ được đệ trình cho thử nghiệm.

E.2.3.5. Nên lập tài liệu cho các thông tin sau trước khi thực hiện các phép thử:

a) đặc tính kỹ thuật đầy đủ của đĩa nổ được thử;

b) các chi tiết của hệ thống thử, bao gồm dụng cụ, các qui trình thử và hiệu chuẩn, thể hiện các giới hạn độ không ổn định của hệ thống thử.

E.2.3.6. Đối với các kết cấu của đĩa nổ được thử, các mẫu thử nên được nổ:

- trên hệ thống thử ngay trước khi thử dòng chảy, hoặc

- bởi nhà sản xuất có sự hiện diện của một người chứng kiến độc lập, người chứng kiến này sẽ chứng nhận các mẫu thử nổ được sử dụng cho mỗi phép thử trở lực dòng chảy.

CHÚ THÍCH: Có thể sử dụng phương pháp này cho các màng nổ có nhiệt độ để nổ nằm ngoài phạm vi 15 °C đến 30 °C.

E.3. Phương pháp thử

E.3.1. Phương pháp thử để xác lập hệ số trở lực dòng chảy đối với một cỡ kích thước riêng, kiểu hoặc mẫu cụm màng nổ nên được thực hiện khi sử dụng một đĩa nổ đầy đủ bao gồm cả cơ cấu kẹp màng nổ, nếu áp dụng.

E.3.2. Nên xác định sự chứng nhận trở lực dòng chảy của các đĩa nổ bằng một trong các phương pháp sau:

E.3.2.1. Phương pháp một cỡ kích thước

Trở lực dòng chảy được chứng nhận được xác định bởi phương pháp này chỉ nên áp dụng cho đĩa nổ của cỡ kích thước được thử.

a) Đối với mỗi kiểu hoặc mẫu của đĩa nổ, ba màng nổ thuộc cùng một lô nên được nổ riêng và được thử dòng chảy theo E.4.

b) Áp suất nổ nên là nhỏ nhất đối với màng nổ thuộc cỡ kích thước được thử.

c) Các kết quả thu được, có thể hiện bao gồm trong phương pháp ba kích thước được mô tả trong E.3.2.2.

E.3.2.2. Phương pháp ba cỡ kích thước

a) Trở lực dòng chảy được chứng nhận được xác định theo phương pháp này nên áp dụng cho tất cả các cỡ kích thước và áp suất nổ của thiết kế đĩa nổ được thử.

b) Đối với mỗi đĩa nổ, ba màng nổ thuộc cùng một lô nên được nổ và thử dòng chảy theo E.4 cho mỗi một trong ba cỡ kích thước khác nhau của cùng một thiết kế.

c) Áp suất nổ nên là áp suất nổ nhỏ nhất của thiết kế đĩa nổ cho mỗi một trong các cỡ kích thước được đệ trình cho thử nghiệm.

E.4. Qui trình thử

E.4.1. Mỗi dụng cụ dùng trong quá trình thử được nhận dạng theo loạt hoặc nhận dạng theo cách khác. Tùy theo kiểu, nên hiệu chuẩn đối với mỗi dụng cụ. Nên có các biên bản hiệu chuẩn dụng cụ dùng cho việc kiểm tra xem xét lại. Mỗi dụng cụ được dùng trong quá trình thử.

E.4.2. Trước khi tiến hành thử dòng chảy, nên thực hiện phép thử sơ bộ không có mẫu thử để đảm bảo không có rò rỉ trong thiết bị thử và tất cả các cơ cấu đo áp suất chênh đều vận hành đóng và ở trong phạm vi áp suất được hiệu chuẩn của chúng.

E.4.3. Nên đo áp suất khí quyển tại nơi thử bằng khí áp kế

E.4.4. Nên lắp mẫu thử phù hợp với E.2.

E.4.5. Nếu màng nổ được nổ trong hệ thống thử thì áp suất ghi được ở trước nhánh áp suất B nên được tăng lên như đã qui định trong 14.3.4.7 của TCVN 7915-2: 2009 khi duy trì nhiệt độ để bảo đảm nó ở trong phạm vi từ 15 °C đến 30 °C tới khi màng nổ bị nổ. Nên quan sát và ghi lại áp suất nổ của màng nổ và bất cứ đặc tính yêu cầu nào khác.

E.4.6. Áp suất danh định của dòng chảy nên được xác lập và duy trì ở giá trị bằng hoặc nhỏ hơn 110 % áp suất nổ quan sát được tới khi các dụng cụ đo dòng chảy chỉ thị trạng thái ổn định.

E.4.7. Nên ghi lại đồng thời các số đo sau (nên ưu tiên sử dụng hệ thống thu nhận dữ liệu cho các phép đo này).

E.4.7.1. Khi sử dụng khí cụ đo dưới âm tốc:

a) áp suất đầu vào của ống hệ thống thử;

b) nhiệt độ đầu vào của ống hệ thống thử;

c) áp suất tĩnh đầu vào lưu lượng kế;

d) tổng nhiệt độ đầu vào lưu lượng kế;

e) áp suất chênh của lưu lượng kế;

f) áp suất tại nhánh áp suất B;

g) áp suất chênh giữa các nhánh áp suất A và B;

h) áp suất chênh giữa các nhánh áp suất B và C;

i) áp suất chênh giữa các nhánh áp suất C và D.

E.4.7.2. Khi sử dụng khí cụ đo âm tốc:

a) áp suất đầu vào của ống hệ thống thử;

b) nhiệt độ đầu vào của ống hệ thống thử;

c) tổng áp suất đầu vào lưu lượng kế;

d) tổng nhiệt độ đầu vào lưu lượng kế;

e) áp suất tại nhánh áp suất B;

f) áp suất chênh giữa các nhánh áp suất A và B;

g) áp suất chênh giữa các nhánh áp suất B và C;

h) áp suất chênh giữa các nhánh áp suất C và D.

E.4.8. Sau khi ghi số đo, nên thực hiện hai nhánh so sánh để khẳng định tính hợp lý của các kết quả thử, sau các tính toán theo E.5.2.3, công thức số 22 được hoàn thành.

E.4.8.1. Nên kiểm tra để bảo đảm cho độ chênh lệch giữa các hệ số trở lực dòng chảy của các nhánh áp suất C và D (phía sau mẫu thử) khác biệt trong khoảng 3 % so với giá trị độ chênh lệch giữa các hệ số trở lực dòng chảy của các nhánh áp suất A và B (phía trước mẫu thử).

E.4.8.2. Nên lặp lại tất cả các phép đo khi không lắp đặt màng nổ trong hệ thống thử để kiểm tra bảo đảm cho độ chênh lệch giữa các hệ số trở lực dòng chảy của các nhánh áp suất C và D khác biệt trong khoảng 3 % so với độ chênh lệch giữa các hệ số dòng chảy của các nhánh áp suất A và B (xem E.2.1.7).

Nếu các yêu cầu trên không được thỏa mãn thì phép thử sẽ không có giá trị.

E.9. Nếu bất cứ đĩa nổ nào không đáp ứng hoặc vượt quá các yêu cầu về tính năng đã qui định, đối với áp suất nổ và trở lực dòng chảy thì nên lặp lại phép thử với hai cơ cấu thay thế được lựa chọn và thử nghiệm theo cùng một qui trình như trên cho mỗi cơ cấu không đáp ứng yêu cầu.

E.5. Xác định hệ số trở lực dòng chảy K_R

E.5.1. Dữ liệu yêu cầu

Dữ liệu liên quan đến hệ thống thử, môi chất thử và các số đo được ghi lại trong quá trình thử cần được sử dụng để xác định hệ số trở lực dòng chảy K_R cho mỗi mẫu thử. Dữ liệu này được minh họa bằng biểu đồ trong Hình E.2.

CHÚ DẪN

Hình E.2 - Xác định K_R - Các phép đo sức trở lực dòng chảy trên hệ thống thử

E.5.2. Đánh giá dữ liệu

Hệ số trở lực dòng chảy K_R là hệ số không thứ nguyên, biểu thị sự tổn thất áp suất theo tốc độ xuất hiện trong hệ thống đường ống của đĩa nổ được xác định theo các công thức sau.

E.5.2.1. Số Mach tại đầu vào của ống trong hệ thống thử dòng chảy được xác định:

E.5.2.2. Áp suất và nhiệt độ tại đầu vào của ống hệ thống thử dòng chảy được xác định:

E.5.2.3. Hệ số trở lực dòng chảy giữa đầu vào của ống hệ thống thử và mỗi nhánh áp suất được xác định cho mỗi mộ trong các nhánh áp suất ở thượng lưu và hạ lưu khi sử dụng các công thức sau cho mỗi nhánh áp suất:

E.5.2.4. Hệ số trở lực dòng chảy đối với một phụ tùng nối ống được lắp đặt trong một hệ thống đường ống thường có thể biểu thị như là trở lực dòng chảy tương đương của một chiều dài ống có cùng cỡ kích thước danh nghĩa theo công thức:

Nên xác định giá trị K_R cho mẫu thử khi sử dụng phương pháp tính toán sau.

E.5.2.4.1. Tính toán hệ số ma sát cho ống của hệ thống thử từ các dữ liệu thử ghi được cho các nhánh áp suất A và B. Độ chênh lệch giữa các K_tap được tính toán như trên cho mỗi một trong các nhánh áp suất này có liên quan đến khoảng cách giữa chúng bởi công thức:

E.5.2.4.2. Hệ số ma sát này và độ chênh lệch giữa các hệ số trở lực dòng chảy tại các nhánh áp suất B và D được dùng để tính toán một chiều dài ống tương đương giữa các nhánh áp suất này:

E.5.2.4.3. Chiều dài L_calc này được so sánh với khoảng cách thực giữa các nhánh áp suất B và D và độ chênh lệch được dùng để xác định K_B cho mẫu thử.

CHÚ THÍCH: Khoảng cách chiều dài thực L_calc giữa các nhánh áp suất B và D và 44 x D.

VÍ DỤ: Đối với đĩa nổ DN50, chiều dài thực B – D là 2200 mm.

E.5.3. Tất cả các giá trị được xác định cho K_R đối với mỗi mẫu đĩa nổ nên ở trong phạm vi các giá trị trung bình của các giá trị đo được của K_R cho tất cả các cỡ kích thước được thử. Giá trị tuyệt đối của sai lệch của mỗi giá trị đo được so với giá trị trung bình này được dùng để xác định một sai lệch trung bình. Dung sai chấp nhận được là cộng hoặc trừ ba lần sai lệch trung bình này.

Nếu một giá trị K_R đo được nằm ngoài dung sai này thì giá trị này nên được thay thế bằng cách tiến hành hai phép thử nữa, từ đó tính toán một giá trị trung bình mới của K_R và sai lệch trung bình rồi xác lập dung sai lần cuối chấp nhận được.

E.6. Ứng dụng hệ số trở lực dòng chảy K_R

E.6.1. Nên áp dụng K_R cho các hệ thống thông hơi trong đó xuất hiện các điều kiện của dòng chảy rối.

E.6.2. Sự thay đổi về vật liệu đối với màng nổ và các chi tiết khác của các cụm màng nổ như các vòng bịt kín, các vòng đỡ và các giá đỡ chân không không được xem là sự thay đổi thiết kế và không cần phải thử lại.

E.6.3. Trở lực dòng chảy đối với các đĩa nổ được thử với các bộ phận của đĩa không chịu áp lực như các vòng bịt kín, các vòng đỡ và các trụ đỡ chân không áp dụng được cho cùng một thiết kế của đĩa nổ không có các vòng bịt kín, các vòng đỡ hoặc các trụ đỡ chân không.

E.6.4. Có thể sử dụng các lớp vỏ bọc bổ sung, lớp phủ hoặc lớp mạ cho cùng một thiết kế các cơ cấu màng nổ với điều kiện là:

a) nhà sản xuất đã thực hiện phép thử nổ kiểm tra các màng nổ có lớp bọc bổ sung, lớp phủ hoặc lớp mạ và đã chứng minh bằng tài liệu rằng việc thêm vào các vật liệu này không ảnh hưởng đến cấu hình mở ra của màng nổ; và

b) các phép thử kiểm tra này phải được tiến hành với các màng nổ có cỡ kích thước nhỏ nhất và áp suất nổ nhỏ nhất, và sử dụng trở lực dòng chảy với các vật liệu thêm vào.

E.6.5. Khi có các thay đổi trong thiết kế đĩa nổ làm ảnh hưởng đến nổ mở của đĩa khi nổ và/hoặc đặc tính nổ của cơ cấu thì nên thực hiện các phép thử mới phù hợp với tài liệu này.

THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] TCVN 7915-3 Thiết bị an toàn chống quá áp - Phần 3: Tổ hợp van an toàn và đĩa nổ.

[2] Krause, E. AusfluBzahlen von Lochblenden, Aerodynamisches Institut, University of Aachen 20 December 1983.

[3] H.D. Buck, 1984. Technische Überwachung Nr. 10, October 1984 "Neue Versuchsergebnisse als Grundlage zur Bemessung von Berstsicherungen und Zuleitungen".

[4] IUPAC Commission on Atomic Weights and Isotopic Abundances. Atomic weights of the elements. Pergamon Press, 1983.

(Ủy ban IUPAC về khối lượng nguyên tử và làm giàu bằng chất đồng vị - Khối lượng nguyên tử của các nguyên tố. Nhà xuất bản Pergamon, 1983).

[5] Pure and Applied Chemistry, Oxford 1984 pp 653-674.

(Hóa học thuần túy và hóa học ứng dụng, Oxford 1984 pp 653-674)

[6] Braker and Mossman : Matheson Gas Data Book 1980 6th Ed. Matheson Gas Products. 1980.

(Braker và Mossman: Sách dữ liệu về khí Matheson, xuất bản lần thứ 6.1980. Sản phẩm khí Matheson)

[7] Shapiro : the dynamics and thermodynamics of compressible fluid flow. Roland Press. Volume 1, 1953.

(Shapiro: Động lực học và nhiệt động lực học của dòng môi chất nén được. Nhà xuất bản Roland- Tập 1,1953)

[8] Perry’s Chemical Engineers' Handbook 1984. 6te Aufi. Mc Graw Hill Veriag; Pages 5-30 and 31 Flow in Pipes and Channels.

(Sổ tay kỹ sư hóa học của Perry 1984, 6^th Aufi Mc Graw Hill Verlag; Trang 5-30 và 31, Dòng chảy trong ống và kênh dẫn).

[9] Levenspiel M. Design Chart for Adiabatic Flow of Gases, useful for finding the discharge rate in a given pipe system. J. American Institute for Chemical Engineering. 1977; 23:402 ff.

(Levenspiel M - Biểu đồ thiết kế cho dòng khí đoạn nhiệt có ích cho xác định tốc độ xả trong hệ thống ống đã cho - Viện Kỹ thuật Hóa học Hoa Kỳ, 1977; 23; 402ff).

Xem tiếp: Thiết bị an toàn chống quá áp - phần 7: dữ liệu chung - phần 1

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

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