Thread Content
Những điểm cần lưu ý và các khuyến nghị về tính hợp lý trong thiết kế đường ống công nghiệp dầu khí hóa chất. Quản lý an toàn trong quá trình chuyển giao thông tin. Cùng với sự phát triển không ngừng của ngành dầu khí ở nước ta, quy mô của các nhà máy chế biến dầu khí cũng ngày càng tăng lên, do đó yêu cầu đối với việc thiết kế các đường ống trong các nhà máy này cũng trở nên khắt khe hơn. Các đường ống trong ngành hóa dầu là những thiết bị đặc biệt dùng để vận chuyển vật liệu. Chúng có chức năng kết nối các thiết bị và hệ thống liên quan với nhau, giúp các nhà máy hóa dầu trở thành một tổng thể thống nhất. Đồng thời, chúng cũng đảm bảo an toàn trong việc vận chuyển các loại chất lỏng. Nhưng trong thực tế, công việc thiết kế đường ống phải đối mặt với nhiều yếu tố như loại đường ống và điều kiện hoạt động khác nhau, những yếu tố này ảnh hưởng rất lớn đến tính an toàn của thiết kế đường ống. Do đó, những người thiết kế đường ống cần phải tạo ra những đường ống đáp ứng được các yêu cầu đề ra. Họ cần xem xét nhiều yếu tố khác nhau, đặc biệt là những điểm cần lưu ý trong quá trình thiết kế đường ống. Cần có những biện pháp hiệu quả để đảm bảo rằng đường ống được thiết kế một cách an toàn và bền vững, đồng thời đảm bảo tính hợp lý trong thiết kế đó. Các yếu tố ảnh hưởng đến an toàn của đường ống: Ống nứt. Ống nứt xảy ra do các chất trong môi trường xung quanh đường ống tác động lên vật liệu cấu tạo thành đường ống thông qua phản ứng hóa học; điều này ảnh hưởng rất lớn đến độ an toàn của đường ống. Các dạng tổn thương ống do ăn mòn bao gồm ăn mòn do ứng suất, ăn mòn đều, ăn mòn cục bộ và ăn mòn do tác động của khí quyển. Do môi trường mà các vật liệu ống khác nhau hoạt động trong đó khác nhau, nên mức độ chống ăn mòn của chúng cũng khác nhau. Môi trường mà các ống dẫn tồn tại thường khá phức tạp và dễ thay đổi; thêm vào đó, chính chất liệu của các ống dẫn cũng có những khiếm khuyết nhất định, khiến việc ngăn chặn và kiểm soát quá trình ăn mòn trở nên khó khăn hơn. Tổn thương vật lý: Tổn thương vật lý của các đường ống dẫn dầu chủ yếu biểu hiện qua hai khía cạnh là gãy giòn ở nhiệt độ thấp và hư hỏng do nhiệt độ cao. Ở điều kiện nhiệt độ thấp, khi nhiệt độ của vật liệu ống thấp hơn nhiệt độ chuyển pha giòn của nó, điều này dễ khiến độ bền va đập của vật liệu giảm sút, từ đó gây ra tình trạng gãy giòn. Ở nhiệt độ cao, tính chất của vật liệu ống sẽ xảy ra những thay đổi tiêu cực; ví dụ như hiện tượng biến dạng do ăn mòn, quá trình graphit hóa ở thép carbon và thép có thành phần carbon cao, cùng với hiện tượng giòn hóa do xử lý nhiệt. Tất cả những điều này đều khiến vật liệu ống yếu đi và trở nên giòn hơn. Đồng thời, các vật liệu kim loại dùng để chế tạo ống dẫn sẽ dễ bị mệt mỏi khi phải chịu tác động của các lực biến đổi hoặc sự thay đổi nhiệt độ theo chu kỳ. Điều này gây ra hiện tượng biến dạng, hư hỏng thậm chí là vỡ của kim loại, từ đó ảnh hưởng nghiêm trọng đến tính an toàn của các đường ống dẫn trong ngành hóa dầu. Hiệu quả đóng kín: Hiện nay, để ngăn chặn sự ăn mòn và rò rỉ của các đường ống trong ngành hóa dầu, người ta chủ yếu sử dụng hai phương pháp đóng kín là sử dụng phần ren của ống và van để đảm bảo an toàn cho các đường ống. Độ kín của phần ren được đảm bảo nhờ sự kết hợp giữa phần ren, ốc vít và miếng đệm. Độ cứng của phần ren, kiểu dáng bề mặt kín, cùng chất lượng của miếng đệm đều có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả đóng kín. Nếu đường ống bị dịch chuyển, điều này cũng sẽ ảnh hưởng đến khả năng đóng kín của phần ren, từ đó ảnh hưởng đến an toàn của đường ống. Rò rỉ ở van được chia thành hai loại: rò rỉ bên trong và rò rỉ bên ngoài. Theo thống kê, tỷ lệ rò rỉ từ van và mối nối vào khoảng 2/3. Tình trạng rò rỉ này ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn của đường ống, thậm chí có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng hơn. Do đó, việc áp dụng các biện pháp hiệu quả để ngăn chặn tình trạng rò rỉ ở các van và mối nối có ý nghĩa quan trọng đối với an toàn của các nhà máy hóa dầu. Những điều cần lưu ý khi thiết kế đường ống: Chọn vật liệu phù hợp. Việc lựa chọn vật liệu dùng để chế tạo đường ống trong ngành dầu khí và hóa chất, đặc biệt là vật liệu kim loại, có ảnh hưởng đến sự an toàn của đường ống, công tác bảo trì và cải tạo kỹ thuật. Việc sử dụng vật liệu không phù hợp có thể gây ra các vụ nổ hoặc những tai nạn an toàn khác. Do đó, việc chọn vật liệu phù hợp là rất cần thiết. Đối với các mối nối flange làm từ các vật liệu khác nhau, cần sử dụng các miếng đệm phù hợp. Đối với các flange có chất lượng cao, nên sử dụng miếng đệm bằng kim loại để có thể chịu được áp suất kín cao hơn; còn đối với các flange có độ cứng thấp, thì ốc vít sử dụng cũng cần phải thuộc loại chất lượng cao. Thiết kế giá đỡ ống phải ổn định. Việc thiết kế giá đỡ ống không hợp lý có thể gây hư hại cho hoạt động của các đường ống hoặc làm hỏng các thiết bị quay. Thiết kế giá đỡ ống và thiết kế đường ống có mối liên hệ chặt chẽ với nhau; do đó, thiết kế giá đỡ ống cần phải được đảm bảo ổn định. Khi thiết kế khung ống, nên cố gắng giảm thiểu việc sử dụng các khung lò xo. Việc lắp đặt khung lò xo khá phức tạp, và chúng dễ bị hỏng trong quá trình hoạt động lâu dài. Trong quá trình lắp đặt khung lò xo, không được tự ý rút các chốt định vị ra. Dọc theo các ống dẫn của tháp, thường chỉ thiết kế một giá đỡ để chịu tải trọng. Nếu giá đỡ đầu tiên phải chịu tải trọng quá lớn, người ta sẽ bổ sung thêm một giá đỡ khác. Cứ sau một khoảng cách nhất định lại có một giá đỡ hỗ trợ nữa. Giá đỡ thường có một góc quay nhất định; việc lắp quá nhiều giá đỡ trong một đường ống dài sẽ ảnh hưởng đến độ ổn định của đường ống. Bố trí ống dẫn hợp lý: Trong thiết kế các hệ thống ống dẫn trong ngành hóa dầu, cần xem xét đến các yêu cầu liên quan đến việc thi công ống dẫn, bảo trì, cũng như sắp xếp các thiết bị khác, nhằm đảm bảo sự hợp lý và khoa học trong việc bố trí chúng. Độ dư thiết kế trên các đường ống trong hệ thống ống dẫn nên nằm trong khoảng 20%–30%. Các ống chịu ứng suất nhiệt thì được bố trí ở hai bên. Để tránh việc chất lỏng đóng băng trong ống chính tràn vào các ống phụ, đồng thời giảm áp suất phản kháng tại van an toàn, cửa ra của van an toàn nên được lắp đặt ở phía trên, theo hướng dòng chảy, với góc 45 độ so với ống dẫn khí. Ống bọc nên sử dụng các chi tiết ống không có mối nối hoặc được hàn kín; khoảng cách giữa các mối hàn ở ống bên trong phải lớn hơn 2 mét. Ngoài ra, ống bên trong cần phải được kiểm tra và đạt tiêu chuẩn trước khi có thể lắp ráp ống bên ngoài. Ống đầu vào của máy bơm nên được thiết kế sao cho càng ngắn và thẳng càng tốt. Nên sử dụng các phụ kiện đặc biệt để ngăn không cho khí tích tụ, nhằm đảm bảo không có túi khí hay túi chất lỏng nào xuất hiện. Chú trọng kiểm tra vật liệu: Sau khi vật liệu ống được chuyển đến hiện trường, cần tiến hành kiểm tra vật liệu trước để đảm bảo số lượng và chất lượng của chúng. Nếu thiếu vật liệu, cần ngay lập tức liên hệ với nhà sản xuất tương ứng để thỏa thuận bổ sung. Đối với những vật liệu không đạt tiêu chuẩn kiểm tra, cần gửi chúng đến cơ quan có thẩm quyền để kiểm tra lại, nhằm tránh tình trạng chậm trễ công việc hoặc phải làm lại do vật liệu không đủ hoặc không đạt chất lượng. Các vật liệu ống kim loại đều phải trải qua các thử nghiệm về áp suất nước và độ kín khí. Đối với các van, việc kiểm tra áp suất nước và điều chỉnh chúng cũng được thực hiện tùy theo mức độ an toàn yêu cầu. Tính hợp lý trong thiết kế đường ống công nghệ: Thiết kế đường ống đóng vai trò quan trọng trong các nhà máy hóa chất. Nội dung của việc thiết kế này về cơ bản không thay đổi. Ngoài những vấn đề cần lưu ý đã nêu ở trên, người thiết kế còn cần nắm vững các quy chuẩn và kiến thức cơ bản, hiểu rõ các bản vẽ kỹ thuật, từ đó đáp ứng được các yêu cầu của quy trình sản xuất. Phân loại vật liệu và cấp độ của ống công nghệ: Trong các thiết bị hóa dầu, do sự khác biệt rõ rệt về áp suất và nhiệt độ giữa các hệ thống áp suất cao và hệ thống áp suất thấp, nên khi kết nối chúng với nhau, cần phải xác định các điểm phân chia dựa trên cấp độ của ống trong hệ thống áp suất thấp. Nếu không có tình huống đặc biệt nào, thì cần phải xác định rõ các điểm giới hạn theo bản vẽ P&ID. Còn nếu có tình huống đặc biệt, thì cần phải điều chỉnh cho phù hợp với tình hình thực tế tại địa phương, nhằm xác định chính xác các điểm và đường giới hạn. Phân loại theo cấp độ thường được chia thành 3 trường hợp sau: Thứ nhất, cấp độ áp lực giống nhau, nhưng chất liệu khác nhau, như trong Hình 1. Thứ hai, chất liệu giống nhau, nhưng mức áp suất khác nhau, như trong Hình 2. Thứ ba, mức độ áp lực và chất liệu đều khác nhau, xem Hình 3. Như có thể thấy từ Hình 1, trong trường hợp thông thường, phần flange và đệm được chế tạo từ vật liệu có độ bền thấp, còn bulong và van thì được chế tạo từ vật liệu có độ bền cao ； Như có thể thấy từ Hình 2, các bộ phận như flange, đệm, bulong và van đều cần được chế tạo từ vật liệu chịu áp suất cao ； Theo Hình 3, phần flange và đệm được chế tạo từ vật liệu loại a có khả năng chịu áp suất cao; còn các bulong và van thì được làm từ vật liệu loại b có khả năng chịu áp suất cao. Trong quy trình thiết kế thiết bị, việc thiết kế các đường ống nối giữa tháp và các bình chứa cần được xem xét kỹ lưỡng, dựa trên các nguyên lý thiết kế cũng như những yêu cầu đặc biệt trong quy trình sản xuất. Chủ yếu được chia thành sơ đồ đường ống giữa tháp phân động và bình tuần hoàn, và sơ đồ đường ống giữa tháp phân động và tháp khử hơi. Sự bố trí các ống dẫn giữa tháp chưng cất và bồn tái tuần hoàn: Khi áp suất ở đỉnh tháp chưng cất được điều chỉnh thông qua hệ thống đường dẫn nhiệt, cần phải chú ý đến việc tránh tình trạng các đường dẫn nhiệt quá ngắn và không có cấu trúc dạng túi. Do đó, van điều tiết nên được đặt ở vị trí phía trên bồn tái tuần hoàn, như được minh họa trong Hình 4. Sự bố trí các đường ống giữa tháp phân động và tháp khử hơi: Thông thường, trong tháp phân động cần có bộ van điều chỉnh. Bộ van này nên được lắp đặt gần tháp khử hơi, nhằm đảm bảo rằng các van điều chỉnh có đủ áp suất chất lỏng cần thiết, như được minh họa trong Hình 5. Tùy theo điều kiện cụ thể mà sắp xếp các đường ống dẫn chất lỏng và hơi. Khi thiết kế các đường ống này, các van điều chỉnh trên đường ống nên được bố trí càng gần thùng chứa chất lỏng/hơi càng tốt, nhằm giảm áp suất trong đường ống và ngăn chặn hiện tượng rung động của đường ống. Đồng thời, các đường ống không được lắp đặt một cách tùy tiện; chúng phải được thiết kế phù hợp với điều kiện thực tế, như được minh họa trong Hình 6. Tính hợp lý trong bố trí ống dẫn và van: Việc bố trí ống dẫn và van cần được xem xét từ hai khía cạnh: việc thiết lập các điểm lấy mẫu và việc thiết kế các đường ống dùng để thổi khí. Trước hết, cần xem xét việc thiết lập các điểm lấy mẫu. Phải đáp ứng các yêu cầu thiết kế của quy trình liên quan, đặt nó trên ống chính và phía trước các nhánh ống; tránh lấy mẫu ở những vị trí khuất hoặc ở đáy các ống ngang. Cần đảm bảo rằng các mẫu được lấy có tính đại diện. Thứ hai, việc lắp đặt ống dẫn khí hơi nước. Ống dẫn này thuộc loại ống dẫn khá phổ biến trong các hệ thống hóa chất. Mục đích chính của nó là để phát hiện và xác định những chỗ rò rỉ. Đối với các ống dẫn trong quy trình sản xuất khác nhau, cần kết nối chúng với ống dẫn hơi để thông khí. Ưu điểm của cách lắp đặt này là khi một ống dẫn bị rò rỉ, người ta có thể đóng van ngắt dòng chảy trên ống dẫn đó mà không ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của các ống dẫn khác trong hệ thống. Tính hợp lý trong thiết kế đường ống của thiết bị trao đổi nhiệt. Trong quá trình thiết kế các đường ống công nghệ trong các nhà máy dầu khí hóa chất, cách bố trí các đường ống của thiết bị trao đổi nhiệt khác biệt rõ rệt so với các loại thiết bị công nghệ khác. Thiết bị này có nhiều yếu tố công nghệ phức tạp, vì vậy khi vận hành, bảo trì chúng, cũng như trong quá trình xử lý ứng suất nhiệt của các đường ống, cần phải kiểm tra kỹ lưỡng các yếu tố cơ học liên quan. (1) Về quá trình trao đổi nhiệt ngược dòng. Ở các thiết bị trao đổi nhiệt kiểu làm mát bằng nước lạnh, ống dẫn nước lạnh thường được đặt ở phía dưới và nước ra từ phía trên. Điều này giúp đảm bảo rằng khi xảy ra sự cố, vẫn còn một lượng nước nhất định trong bộ trao đổi nhiệt, để tránh tình trạng nước bên trong bị thoát hết. (2) Về khoảng cách tối thiểu cần có khi lắp đặt. Trong quá trình trao đổi nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt, để thuận tiện cho việc kiểm tra, người ta thường để một khoảng cách nhất định giữa các ống dẫn và phần ren của van ở lối vào và lối ra của bộ trao đổi nhiệt với phần ren của nắp đậy thiết bị. Thông thường, để thuận tiện cho việc tháo lắp, khoảng cách này được đặt khoảng 310 mm. (3) Về ứng suất nhiệt. Trong quá trình bố trí hợp lý các thiết bị trao đổi nhiệt, người ta thường đặt các điểm cố định của bộ trao đổi nhiệt ở hai đầu của khung ống. Đồng thời, các ống kết nối với đầu ống cũng cần được xem xét kỹ lưỡng, để đảm bảo chúng có thể chịu được sự biến dạng do sự giãn nở nhiệt của bộ trao đổi nhiệt. Tính hợp lý trong thiết kế đường ống của thiết bị trao đổi nhiệt. Thiết kế giá đỡ ống có mối liên hệ chặt chẽ với thiết kế chính của các đường ống. Nếu thiết kế giá đỡ ống không phù hợp, thì trong quá trình vận hành, các đường ống có thể bị hư hỏng, thậm chí khiến thiết bị bị tổn thương. (1) Giảm sự dịch chuyển tương đối giữa ống dẫn và các giá đỡ của nó. Như được hiển thị trong Hình 7: Trong đường ống hơi, bên cạnh đường ống chính thường có các đường ống dẫn nước thải. Nếu coi điểm A là điểm tựa trên mặt phẳng nghiêng, thì do đoạn ống thẳng dễ bị giãn nở, điều này sẽ cản trở việc di chuyển xuống dưới của lò xo, từ đó gây hư hại cho thiết bị. Do đó, xét đến vấn đề này, phương pháp thiết kế đúng đắn nên là như được minh họa trong Hình 8: đặt các giá đỡ trên mặt đất lên trên ống chính; đồng thời, các giá đỡ này sẽ di chuyển lên xuống cùng với ống chính. Nhờ vậy, sự dịch chuyệt tương đối giữa ống và các giá đỡ sẽ được giảm bớt. (2) Nếu việc bố trí giá đỡ ống được thực hiện một cách hợp lý, thì có thể giảm thiểu tình trạng lãng phí. Do tính đàn hồi của các khung lò xo sẽ giảm dần theo thời gian, nên khi thiết kế giá đỡ ống, cần hạn chế tối đa việc sử dụng các khung lò xo này. (3) Việc lắp đặt các đường ống. Đối với các ống dẫn được lắp đặt dọc theo tháp, thông thường chỉ cần sử dụng một giá đỡ để chịu tải trọng. Khoảng cách từ giá đỡ này đến đỉnh tháp nên có đường hàn kết nối. Nếu giá đỡ duy nhất không thể chịu đựng được tải trọng quá lớn, có thể lắp thêm một giá đỡ nữa. Giá đỡ này cần được trang bị lò xo để hỗ trợ tải trọng. Ngoài ra, cần lắp đặt các giá đỡ hướng dẫn ở những khoảng cách nhất định. Khi khoảng chênh lệch nhiệt độ giữa đường cong dòng chảy của chất lỏng và thành tháp khá lớn, thì lượng chuyển động của chất lỏng cũng sẽ lớn. Do đó, giá đỡ đầu tiên trên đoạn ống ngang cần được điều chỉnh sao cho nó nằm thẳng đứng; có thể sử dụng giá đỡ có tính năng co giãn. Khi chiều dài L khá lớn, và có đủ lượng chuyển động tương đối, thì cũng có thể sử dụng các thiết bị hỗ trợ dẫn hướng. Tính hợp lý trong thiết kế đường ống của thiết bị trao đổi nhiệt. Thiết kế đường ống cho máy bơm chủ yếu bao gồm việc thiết kế phần ống có độ lệch tâm ở lối vào máy bơm, thiết kế đoạn ống thẳng ở lối vào máy bơm, cùng với việc nghiên cứu tính linh hoạt của đường ống. (1) Thiết kế ống đầu vào của máy bơm có độ lệch tâm. Việc thiết kế hợp lý ống có đường kính lệch tâm ở lối vào máy bơm chủ yếu nhằm đảm bảo máy bơm hoạt động trơn tru. Nếu đường kính lệch tâm ở lối vào máy bơm thay đổi, khí sẽ không còn tụ tập ở vị trí có sự thay đổi đường kính nữa, từ đó gây ra hiện tượng ăn mòn do hơi nước. Do đó, khi lắp đặt ống vào của máy bơm, cần sử dụng phương pháp lắp đặt sao cho các bộ phận này nằm ở vị trí ngang nhau. Đồng thời, cần lắp van xả ở vị trí thấp nhất. Như vậy, có thể tránh được tình trạng kênh hóa. (2) Thiết kế đoạn ống thẳng tại lối vào máy bơm. Việc thiết kế đường ống vào của máy bơm thường cần xem xét hai yếu tố: Thứ nhất, vì lỗ vào của máy bơm nằm ở một bên, nên giá đỡ đường ống vào phải có khả năng điều chỉnh được; đồng thời, đường ống vào và các van điều khiển cũng cần được đặt ở vị trí phía trước và bên cạnh máy bơm ； Thứ hai, đối với đường ống dẫn chất lỏng vào máy bơm cần tránh tình trạng tắc nghẽn do khí, vì vậy cần chú ý đến điểm này khi thiết kế. (3) Độ linh hoạt của ống dẫn. Vì máy bơm là loại máy móc quay, nên dưới tác động của lực trong ống dẫn, miệng ống có thể bị lệch vị trí. Do vậy, khi thiết kế ống dẫn, cần đảm bảo rằng lực tác động lên miệng bơm nằm trong giới hạn cho phép; đặc biệt cần xem xét yếu tố bù trừ do nhiệt độ gây ra. Kết luận: Thiết kế các đường ống trong các nhà máy hóa dầu là một công việc kỹ thuật phức tạp. Điều này đòi hỏi không chỉ những chuyên gia phải có kiến thức chuyên môn vững vàng, mà còn yêu cầu các nhà thiết kế phải có tư duy sáng tạo. Chỉ khi đó, họ mới có thể thiết kế ra những đường ống phù hợp với điều kiện thực tế, từ đó đảm bảo an toàn cho các đường ống trong nhà máy hóa dầu, và cuối cùng giúp các thiết bị hóa học hoạt động bình thường.