THERMAL EXPANSION IN PIPING
Updated: Apr 4, 2021
Đường ống được sử dụng để vận chuyển lưu chất từ thiết bị này đến thiết bị khác, từ nơi này sang nơi khác. Vậy thì hiển nhiên đường ống ngắn nhất sẽ là tối ưu nhất cho mục đích này:
Đường ống ngắn, chi phí mua sắm, thi công đều kinh tế hơn.
Đường ống ngắn, tổn thất áp suất sẽ ít hơn, từ đó vận hành sẽ đơn giản hơn.
Đường ống ngắn, chúng ta sẽ tốn ít vật tư support hơn.
Tuy nhiên, chắc hẳn bạn đã từng thấy các đoạn ống nó không đi thẳng, mà nó đi ngoằn ngoèo. Có thể là do không gian hạn chế, không thể đi ống như chúng ta mong muốn. Nhưng cũng có một lý do đặc biệt nữa mà chúng ta không thể thiết kế ống thẳng như mong muốn đó là sự giãn nở vì nhiệt. Hôm nay Happy sẽ cùng các bạn khám phá vấn đề này nhé.
Nội dung bài viết gồm:
Khi học cấp 2 môn Vật Lý, chắc hẳn các bạn cũng đã biết đến sự giãn nở vì nhiệt của chất rắn, nó giản nở khi nóng lên và co lại khi lạnh đi. Đường ống cũng vậy.
Khi sự giãn nỡ vì nhiệt lớn hơn một giá trị nhất định (giá trị này thường được tính toán và quy định tùy vào mỗi dự án), nó sẽ gây ra ứng suất cực lớn trong hệ thống đường ống. Nếu tuyến ống được thiết kế linh hoạt, ứng suất này sẽ được hấp thụ và không gây ra ảnh hưởng gì đến đường ống. Và nếu ngược lại, hệ thống support cho tuyến ống này sẽ bị gãy, và từ đó ảnh hưởng đến toàn hệ thống.
Và kỹ sư đường ống cần phải thiết kế sao cho tránh được vấn đề trên. Có 2 giải pháp thường được các kỹ sư đường ống sử dụng đó là cung cấp Expansion Loop hoặc Expansion Joint. Vậy chúng ta cùng Happy tìm hiểu 2 giải pháp này nhé.
1. Expansion Joint
Expansion joint được bao gồm những thành phần cơ bản sau:
Tube: Là một lớp bảo vệ, chống rõ rĩ được làm bằng cao su tự nhiên hoặc cao su tổng hợp.
Cover: Bề mặt bên ngoài của joint
Fabric Reinforcing: Là một lớp gia cố giữa cover và tube
Metal Reinforcing: Vòng thép dây hoặc rắn được sử dụng để gia cố cho joint
Retaining ring: Được sử dụng để cố định mating flange
Mating flange: Được sử dụng kết nối giữa joint và pipe
Control Rod: Được sử dụng để hạn chế sự giãn nở dọc trục trong suốt quá trình vận hành và ngăn joint hoạt động quá công suất thiết kế.
Sau khi biết được cấu tạo của expansion joint, giờ chúng ta sẽ xem các video sau để hiểu rõ hơn expansion joint hoạt động như thế nào nhé.
Video 1
Video 2
Video 3
2. Expansion Loop.
Expansion loop là người ta cung cấp một đoạn ống đi vòng để hấp thụ sự giãn nỡ vì nhiệt. Như ở hình trên, thay vì người ta routing ống thẳng từ A đến D thì các chiến binh Piping Designers routing ống theo đường A-B-C-D. Khi đoạn AB càng dài thì khả năng hấp thụ giãn nở nhiệt càng tốt. Tuy nhiên, tùy theo mức độ giãn nở nhiệt nhiều hay ít thì độ dài đoạn AB sẽ được lựa chọn cho hợp lý.
Cùng ad xem video sau để hiểu rõ hơn expansion loop hoạt động như nào khi nhiệt độ tăng nhé.
Sau khi hiểu cơ bản về expansion joint và expansion loop, vậy khi nào thì dùng expansion joint và khi nào dùng expansion loop nhỉ?
- Expansion joint chi phí đầu tư ban đầu sẽ tốn kém hơn, cùng với đó là chi phí bảo trì cũng tốn kém hơn khi bạn sử dụng expansion loop. Tuy nhiên nó lại tiết kiệm không gian hơn. Vậy nên trong điều kiện không gian hạn chế và tính toán cho phép, người ta sẽ ưu tiên sử dụng expansion joint. Nhưng với các dự án offshore, phần lớn các chủ đầu tư sẽ không cho phép sử dụng expansion joint vì rủi ro rò rỉ của nó mà chỉ sử dụng expansion joint trong các đường ống rating thấp với mục đích chống rung động (khu vực ống khói,...). Với các dự án onshore, expansion joint được sử dụng với mục đích chống rung động ở khu vực các máy bơm.
- Expansion loop, như bạn thấy nó sẽ chiếm nhiều không gian hơn, tuy nhiên chi phí đầu tư ban đầu và bảo trì sẽ ít tốn kém hơn so với expansion joint. Vậy nên, ở những vị trí có không gian rộng rãi (như nhà máy, cầu dẫn ở các giàn khai thác,…) người ta sẽ sử dụng expansion loop.
Trên đây là một số kiến thức cơ bản để một chiến binh piping designer có thể hiểu thêm về thermal expansion. Và sẽ là nền tảng để các bạn tìm hiểu sâu hơn khi các bạn là một stress engineer. Và nếu muốn tìm hiểu sâu hơn, bạn có thể chia sẽ và trao đổi với team để được hỗ trợ trong quá trình tìm hiểu nhé.
Chúc các bạn cuối tuần vui vẻ. Hẹn gặp lại các bạn vào thứ 7 tuần tới với những kiến thức bổ ích mới.