Bài 3: Các thành phần cơ bản trên đường ống

1. Các thành phần trên đường ống

Trong công nghiệp, hệ thống đường ống là một hệ thống nhiều thành phần liên kết với nhau, bao gồm pipe, fitting, instruments, bolts, gaskets, valves, supports… dùng để chuyển tải lưu chất từ điểm này tới điểm khác.

Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về từng thành phần đường ống trong các phần tiếp theo.

Hình ảnh hệ thống đường thống đã được thiết kế thi công hoàn thiện:

Các nhóm tiêu chuẩn cần thiết trong quá trình thiết kế đường ống:


1.1. Tiêu chuẩn liên quan đến việc tạo ra codes trong thiết kế hệ thống đường ống

-ASME: American Society of Mechanical Engineers

Link

-ANSI: American National Standardization Institute

Link

Các tiêu chuẩn trên đưa ra các khuyến nghị kỹ thuật cho việc thiết kế hệ thống ống của các nhà máy năng lượng và hóa chất. Chúng bao gồm các khuyến nghị sau:

+ Các công thức để tính toán độ dày của đường ống.

+ Các công thức để tính toán độ dày extra mà một ống phải có khi kết nối với một nhánh.

+ Các quy tắc cho việc phân tích ứng suất.

+ Các bảng tra ứng suất lớn nhất cho phép đối với vật liệu kim loại được xác nhận theo ANSI.

Piping Codes phổ biến thường sử dụng trong nhà máy onshore và công trình offshore

ASME B31.3 - Process Piping

ASME B31.4 - Liquid Piping

ASME B31.8 - Gas Distribution and Transportation

1.2 Các tiêu chuẩn liên quan đến việc tạo ra material specification cho đường ống:

ASTM - American Society for Testing Materials

Link

ASTM xây dựng một bộ tiêu chuẩn đặc tính kỹ thuật của vật liệu được sử dụng trong các ngành công nghiệp.

Một ASTM specification không chỉ thể hiện các thành phần hóa học cơ bản của vật liệu mà còn thể hiện quá trình hình thành hình dạng cuối cùng của sản phẩm.


1.3 Piping classification

Theo ASME hệ thống đường ống được chia thành 7 nhóm

(Hay còn gọi là Piping Class) như sau:

+ 150#

+ 300#

+ 400# ( Rating này chỉ phổ biến ở Mỹ)

+ 600#

+ 900#

+ 1500#

+ 2500#

Việc phân chia nhóm/Class của đường ống căn cứ vào dải áp suất và nhiệt độ của thành phần chịu áp yếu nhất trong đường ống là Flange. Chúng ta sẽ tìm hiểu về Flange trong phần sau của bài học này.


2. Pipe- hệ thống đường ống

Thành phần đầu tiên quan trọng mà chúng ta sẽ cùng tìm hiểu là ống.

+ Định nghĩa về ống

+ Kích thước danh nghĩa của đường ống là gì?

+ Kích thước thực của đường ống là gì?

+ Vật liệu & phương pháp chế tạo ống

Thành phần đầu tiên quan trọng mà chúng ta sẽ cùng tìm hiểu là Ống.

2.1. Định nghĩa về ống

Ống có là khối hình trụ có mặt cắt tròn và kích thước theo tiêu chuẩn

ASME B36.10M: welded and seamless wrought steel pipe

ASME B36.19M: Stainless steel pipe

2.2. Kích thước danh nghĩa của đường ống là gì

Kích thước này giúp bạn gọi tên đường ống ngắn gọn mà không thể hiện kích thước OD hay ID của đường ống.

Có 2 kích thước danh nghĩa sau đây

Nominal Pipe Size (NPS): đây là kích thước danh nghĩa của ống theo hệ Inch.

Nominal Diameter (DN): đây là kích thước danh nghĩa của ống theo theo hệ Mét.

2.3. Kích thước thực của đường ống?

Chắc hẳn là các bạn sẽ có câu hỏi tiếp theo, nếu kích thước danh nghĩa chỉ dùng gọi tên thì làm sao để bạn biết được kích thước thực tế của đường ống?

Đầu tiên thì kích thước thực đường ống được xác định qua 2 thông số:

Đường kính ngoài của Pipe Outside Diameter (OD).

Độ dày của Pipe (Wall thickness hay schedule)

Nếu 2 ống có cùng NPS khác nhau về bề dày thì chúng sẽ có cùng OD và khác nhau về ID.

Và để có được kích thước thực tế thì chúng ta cùng làm một ví dụ cụ thể bằng cách dùng bảng tra ASME B36.10 và xác định.

Ví dụ: Với đường ống NPS 2; SCH STD sẽ có đường kính ngoài và bề dày là bao nhiêu?

Và thông qua bảng tra này bạn đã có thể biết được với đường ống NPS 2; SCH STD sẽ có đường kính ngoài 2.375 inch, wall thickness 0.154 inch.

Càng tìm hiểu bạn sẽ thấy Piping rất hấp dẫn.

Sơ đồ bên dưới sẽ giúp bạn tổng hợp kiến thức nhanh chóng và từ đó sẽ nhớ lâu hơn.

2.4. Vật liệu ống

Vật liệu ống được chia thành 2 nhóm chính là vật liệu kim loại và vật liệu phi kim loại như bảng bên dưới

2.5. Khám phá các phương pháp chế tạo ống:

Chúng ta sẽ cùng nhau nghiên cứu về các phương pháp tạo ống trong công nghiệp nhé.

Chắc bạn cũng đã biết rằng ống thép được chia thành 2 loại: Ống thép đúc và ống thép hàn.

a. Ống thép đúc:

Phương pháp Seamless Pipe: là phương pháp đúc ống nên không có đường hàn. Phôi thép là phôi tròn. So với ống hàn thì ống đúc bền hơn. Thường dùng cho ống có NPS ≤ 24”.

Căn cứ vào công nghệ chế tạo, chia ra ống thép đúc cán nóng và ống thép đúc cán nguội. Ống thép đúc cán nguội lại gồm ống tròn và ống hộp.

Khái quát về quy trình công nghệ cán thép như sau:

Cán nóng (Ống áp lực) : Phôi tròn → nung nóng → khoét lỗ → đẩy áp → thoát lỗ→ định đường kính → làm lạnh → Ống phôi → nắn thẳng → kiểm tra áp lực → đánh dấu → nhập kho.

Cán nguội : Phôi tròn → nung nóng → khoét lỗ → chỉnh đầu → giảm lửa → rửa axit → phun dầu (mạ đồng) → cán nguội nhiều lần → Ống phôi → xử lý nhiệt → kiểm tra áp lực → đánh dấu → nhập kho.



b. Ống thép hàn:

Phôi sử dụng là phôi tấm hoặc phôi lá. Căn cứ vào hình thức hàn ta chia làm 2 loại ống : là ống hàn thẳng và ống hàn xoắn.

Có hai phương pháp hàn chủ yếu được sử dụng hiện nay là: phương pháp TRB và UO/UOE.

TRB (Three Roll Bending): Là phương pháp hàn ống theo phương pháp 3 trục.

UO & UOE: Là phương pháp hàn ống theo phương pháp hàn mở rộng. Ống được chế tạo từ tấm thép phẳng được uốn cong cho tròn rồi được hàn vào tạo thành ống.

+ Ống hàn thẳng (Longitudinally welded): thường sử dụng cho ống có NPS≥ 16”.



+ Ống hàn xoắn (Spirally welded):

Là phương pháp chế tạo ống dạng lò xo phổ biến và rẻ nhất. Tuy nhiên nó chỉ được sử dụng cho các hệ thống ống dẫn lưu chất không độc hại, áp suất thấp và có đường kính ống rất lớn.

Đến đây, chúng tôi tin là bạn đã phân biệt được các loại ống và các phương pháp tạo ra chúng.



3. Fitting

Khi thay đổi hướng, size, tạo nhánh trên đường ống ta cần sử dụng các thành phần gọi chung là pipe fitting.

Fitting rất phong phú và đa dạng , để bắt đầu chúng tôi xin giới thiệu các loại fitting thường được sử dụng trong các dự án trước.

3.1 Elbow: được dùng để thay đổi phương của ống. Và được phân thành 2 loại cơ bản sau.

Phân loại theo bán kính: có 2 loại là Long Radius (LR) và Short Radius (SR). Loại thường được sử dụng là LR có bán kính cong bằng 1.5 lần NPS. Còn loại SR có bán kính cong bằng NPS hiếm khi sử dụng.

Phân loại theo góc: có 2 loại elbow 90deg và 45deg.

Nếu bạn muốn tạo một nhánh có góc 90deg so với phương dòng chảy bạn sẽ cần sử dụng loại fitting gì?

Trong trường hợp này chúng ta có thể sử dụng Tee hoặc Olet.

3.2 Tee và Olet

3.2.1 Tee

Tee thường được sử dụng để tạo ra một nhánh có góc 90deg so với phương của dòng chảy. Tee có hai dạng equal Tee và reducing Tee. Equal Tee được sử dụng khi đường kính của nhánh và của tuyến ống chính có cùng kích thước. Reducing Tee được sử dụng khi nhánh có đường kính nhỏ hơn đường kính của tuyến ống chính.


Equal Tee
Equal Tee

Reducer Tee
Reducer Tee

3.2.2 Olet

Olet tương tự như Tee thường được sử dụng để tạo ra một nhánh có góc 90deg so với phương của dòng chảy. Điểm khác biệt ở đây là Olet được sử dụng khi nhánh có đường kính nhỏ hơn nhiều so với đường kính của tuyến ống chính.

Olet

3.3 Reducer

Reducer thường được sử dụng khi muốn thay đổi đường kính giữa hai đường ống kết nối theo cùng một phương.

Có 2 loại reducer là:

+ Concentric Reducer

+ Eccentric Reducer

Concentric Reducer
Eccentric Reducer

4. Flange

Flanges được sử dụng khi mối nối cần tháo lắp, chúng được sử dụng chủ yếu ở các thiết bị, van, bơm…

Một mối nối Flanges bao gồm các thành phần: Flanges, gasket và bolting.

Phân loại Flanges được dựa vào nhiều cách khác nhau như sau:

4.1 Phân loại Flange theo cách kết nối với ống

Chúng ta gồm có các loại Flange sau:

+ Welding Neck Flange

+ Socket Weld Flange

+ Slip-on Flange

+ Screwed Flange

+ Lap joint Flange

+ Blind Flange


Welding Neck Flange
Welding Neck Flange













Socket Weld Flange
Socket Weld Flange










Slip on Flange
Slip on Flange














Screwed Flange
Screwed Flange












Lap Joint FLange

Lap Joint FLange













Blind FLange
Blind Flange













4.2 Phân loại Flange theo bề mặt kết nối Facing

Flanges cũng có thể được phân loại dựa vào Facing như sau:

+ Flat face (FF)

+ Raised face (RF)

+ Ring type joint (RTJ)

Flat face (FF)
Raised Face (RF)
Ring Type Joint (RTJ)

4.3 Pressure – Temperature Rating (Dải áp suất – nhiệt độ):

Ứng với mỗi Flange Class, tại mỗi nhiệt độ làm việc, Flange có khả năng chịu được một áp suất làm việc tương ứng.

Ví dụ: Flange vật liệu nhóm 1.8, class 300, tại nhiệt độ 300 deg F có thể làm việc với áp suất tối đa là 555 psi.

5. Bolts, Nuts & Gasket

5.1 Gasket

5.1.1. Định nghĩa

Gasket là một thành phần dùng để bịt kín mặt tiếp xúc giữa 2 flanges.

5.1.2 Phân loại

Gasket bao gồm các loại sau:

A full face Gaskets.

Spiral Wound Gaskets.

Ring-Joint Gaskets.


Full face Gaskets
Spiral Wound Gaskets
Ring-Joint Gaskets













5.1.3 Vật liệu

Vật liệu Gasket có thể chia thành ba loại chính:

+ Nonmetallic.

+ Semi-metallic or composite.

+ Metallic.

5.2. Bolting

5.2.1 Định nghĩa

Botting: bao gồm stud bolts, nuts và Washer. Bolts thường được sử dụng theo bộ là bội số của 4, với 4 là số nhỏ nhất.

5.2.2 Vật liệu

Bolts thường được chế tạo từ 4 nhóm vật liệu:

+ Carbon steel.

+ Low alloy steel.

+ Stainless steel.

+ Exotic material.

6. Valve

Valve là một thiết bị cơ khí được sử dụng để điều khiển lưu lượng và áp suất của lưu chất trong hệ thống công nghệ. Valve có các chức năng chính sau:

+ Đóng – Mở dòng chảy

+ Điều tiết lưu lượng

+ Chống chảy ngược

+ Điều chỉnh hoặc giảm áp trong đường ống.

Valve có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau. Ví dụ như phân loại theo chức năng, phân loại theo phương thức vận hành, phân loại theo chuyển động cơ học, phân loại theo rating…

Một số loại valve thường dùng như:


Gate Valve
Globe Valve















Ball Valve
Check Valve











Valves thường được cấu tạo gồm các bộ phận chính sau:

+ Valve Body

+ Valve Bonnet

+ Valve Trim

+ Valve Disk

+ Valve Seat(s)

+ Valve Stem

+ Valve Packing

+ Valve Actuator

Cấu tạo cơ bản của Valve

7. Tổng kết

Chúc mừng các bạn đã hoàn thành bài học này. Sau đây chúng ta cùng tổng kết lại các điểm chính trong bài học nhé.

1. NPS-Nominal Pipe Size là kích thước danh nghĩa để gọi tên một đường ống.

2. Kích thước thực sẽ được xác định thông qua OD-Outside Diameter & Wall thickness.

3. Các thành phần chính trên đường ống gồm Elbow, Tee, Reducer & Flange.

4. Flange có 3 dạng bề mặt kết nối là Flat Face (FF), Raised Face (RF), Ring Type Joint (RTJ).

5. Để kết nối flange lại với nhau ta cần 1 bộ gồm bolts, nuts & gasket.

6. Để điều khiển lưu lượng và áp suất lưu chất trong đường ống ta cần đến Valves.