Giải thích chi tiết: Ống / bình trụ chịu áp suất trong

Bài toán dùng để làm gì

Tính chiều dày thành tối thiểu của ống, bình khí nén, bình tích áp hình trụ có chỏm cầu theo EN 13445-3; áp suất cho phép với chiều dày đã chọn; và áp suất thử thủy lực. Lưu ý: bình áp lực thuộc diện kiểm định phải được tính và thẩm định theo quy chuẩn hiện hành bởi đơn vị có thẩm quyền.

Hình dung đơn giản

Kiến thức nền cần có

Đọc lại các mục sau ở Chương 0 nếu chưa nắm chắc: 0.5 ứng suất · 0.6 vật liệu · 0.7 hệ số an toàn · 0.15 áp suất

Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu

Ký hiệu	Ý nghĩa	Đơn vị	Lấy số liệu ở đâu
p	Áp suất thiết kế (không nhỏ hơn áp suất đặt van an toàn)	bar	Thông số hệ thống
De	Đường kính ngoài thân	mm	Quy cách ống (ví dụ DN200: 219,1)
ReH, Rm	Giới hạn chảy ở nhiệt độ thiết kế; giới hạn bền ở 20 °C	MPa	Chứng chỉ thép; P235GH ≈ 235/360, P265GH ≈ 265/410
z	Hệ số mối hàn – mức tin cậy của mối hàn dọc	–	Kiểm tra NDT 100 %: 1,0 · từng phần: 0,85 · chỉ quan sát: 0,7
c	Lượng dư ăn mòn trong suốt tuổi thọ	mm	Thường 1 mm cho thép carbon, khí nén có nước
c1	Dung sai âm chiều dày của tôn/ống	mm	Tiêu chuẩn sản phẩm (tấm, ống)
en	Chiều dày danh nghĩa định chọn	mm	Quy cách có sẵn

Xây dựng công thức từng bước

Công thức tổng quát không "từ trên trời rơi xuống": nó được ghép từ những công thức con đơn giản. Đi lần lượt từng bước:

Bước 1. Ứng suất thiết kế

Lấy giá trị nhỏ hơn giữa giới hạn chảy chia 1,5 và giới hạn bền chia 2,4:

f = min(ReH/1,5 ; Rm/2,4)

Bước 2. Chiều dày tính toán

Đổi áp suất sang MPa (chia 10). Thân trụ chịu ứng suất vòng gấp đôi chỏm cầu nên mẫu số khác nhau:

Thân trụ e = p·De/(2f·z + p) ; Chỏm cầu e = p·De/(4f·z + p)

Bước 3. Chiều dày yêu cầu

Cộng thêm lượng ăn mòn và dung sai chế tạo, rồi so với chiều dày chọn:

er = e + c + c1 ≤ en

Bước 4. Áp suất cho phép

Ngược lại: từ chiều dày thực còn lại sau khi trừ c và c1, tính áp suất lớn nhất cho phép (đổi lại sang bar):

ea = en − c − c1 ; pmax = 2f·z·ea/(De − ea)

Bước 5. Áp suất thử thủy lực

Bình mới phải được thử bằng nước ở áp suất cao hơn áp suất thiết kế:

PT = max(1,25·p·f20/fT ; 1,43·p)

Hình CT39.2 – Sơ đồ hình thành công thức: số liệu → từng công thức con → kết luận

Lời giải mẫu từng bước (số liệu mẫu của công cụ tính ở đầu trang)

Bước A – Số liệu đầu vào (ô vàng của công cụ tính). Đây là bộ số ví dụ có sẵn; khi làm thật bạn thay bằng số của mình:

TT	Đại lượng	Ký hiệu	Giá trị	Đơn vị	Ghi chú / nguồn
1	Áp suất thiết kế	p	10	bar
2	Đường kính ngoài	De	219,1	mm
3	Giới hạn chảy ở nhiệt độ thiết kế	ReH	235	MPa	P235GH ≈ 235; P265GH ≈ 265
4	Giới hạn bền ở 20 °C	Rm	360	MPa
5	Hệ số mối hàn z	z	0,85		Kiểm tra NDT 100 %: 1,0 · từng phần: 0,85 · chỉ quan sát: 0,7
6	Lượng dư ăn mòn	c	1	mm
7	Dung sai âm chiều dày	c1	0,3	mm
8	Chiều dày danh nghĩa chọn	en	4	mm

Bước B – Tính lần lượt (web tự tính, bạn có thể bấm tay để kiểm tra lại). Dòng xanh lá là kết quả chính:

TT	Đại lượng	Ký hiệu	Kết quả	Đơn vị	Công thức / cách tính
9	Ứng suất thiết kế	f	150	MPa	f = min(ReH/1,5; Rm/2,4)
10	Áp suất (MPa)	pM	1	MPa
11	Chiều dày tính thân trụ	ec	0,856	mm	e = p·De/(2f·z + p)
12	Chiều dày tính chỏm cầu	es	0,429	mm	e = p·De/(4f·z + p)
13	Chiều dày yêu cầu thân trụ	er	2,16	mm	e + c + c1
14	Chiều dày chọn ≥ yêu cầu	Kiểm tra	ĐẠT
15	Chiều dày tính toán còn lại	ea	2,7	mm
16	Áp suất cho phép với chiều dày chọn	pmax	31,82	bar	pmax = 2f·z·e/(De − e)
17	Áp suất thử thủy lực	pt	14,3	bar	PT = max(1,25·p·f20/fT; 1,43·p) (lấy f20 = fT)

Áp dụng thực tế và lưu ý

Luôn thử áp bằng NƯỚC, không thử bằng khí: khí nén tích nhiều năng lượng, nếu vỡ sẽ nổ rất nguy hiểm.
Nếu KHÔNG ĐẠT: tăng chiều dày, hoặc nâng cấp kiểm tra mối hàn lên NDT 100 % (z = 1,0) – nhiều khi rẻ hơn tăng tôn.
Robot hàn bình áp: mối hàn dọc chịu ứng suất vòng – là mối hàn quan trọng nhất; quy trình hàn (WPS) phải được phê duyệt.
Công thức chỉ cho thân trụ và chỏm cầu nguyên vẹn; lỗ khoét, cổ ống, đáy elip/phẳng cần tính bổ sung theo EN 13445-3.