Chào tất cả anh em! Một lần nữa chúng ta lại gặp nhau và được cùng nhau chia sẻ những kiến thức bổ ích rồi. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ chia sẻ cho anh em về các loại áp suất của ống thép và công thức tính áp suất ống thép một cách chuẩn xác nhất.
Một lưu ý nhỏ trước khi anh em đọc tiếp: Có 3 loại áp suất liên quan đến đường ống mà bạn phải quan tâm đến:
- Áp suất bên trong ống ở mức cường độ chảy tối thiểu
- Áp suất bên trong ống ở mức cường độ chảy tối đa (giới hạn mà ống thép sẽ bị nổ).
- Áp suất làm việc của ống thép
Rồi chúng ta vào chủ đề chính thôi nào.
Mục lục
Cách tính áp suất của ống thép
Công thức tính áp suất bên trong ống thép đúc ở cường độ chảy tối thiểu
Tại sao khi thi công hệ thống đường ống như thi công hệ thống PCCC, hệ thống HVAC, hệ thống dẫn dầu, dẫn khí, … cần phải tính toán áp suất trong lòng ống?
➡️ Khi tính được giá trị này, thì anh em sẽ có thể biết được có nên lựa chọn ống có độ dày này hay không? Hay chọn ống có độ dày hoặc ống đường kính lớn hơn. Công thức tính áp suất mà chúng tôi đưa ra dưới đây, được viện dẫn từ công trình nghiên cứu khoa học của nhà toán học Peter Barlow. Là công thức mà đã được nhiều hội đồng khoa học trên thế giới công nhận. Và lấy làm tiêu chuẩn để xác định chất lượng vật liệu.
Trong đó:
- P y = áp suất bên trong ở cường độ chảy tối thiểu (psig, MPa)
- S y = ứng suất chảy (psi, MPa)
- t = độ dày ống (in, mm)
- d o = đường kính ngoài (in, mm)
Ví dụ: Ống thép đúc phi 27 ở SCH40 với độ dày 0.113 Inch (2.8702 mm). Theo tiêu chuẩn ASTM A53 thì độ bền chảy tối thiểu của ống thép ống tiêu chuẩn hàn và liền mạch Grade A là 30.000 PSI. Vậy áp dụng công thức ở trên, ta tính được áp suất bên trong ống là:
Py = 2*Sy*t/d0 = 2*30000*2.8702/26.7 = 6449.887 (PSI)
Công thức tính áp suất bên trong ống ở mức cường độ kéo tối đa (giới hạn mà ống thép sẽ bị nổ)
Tương tự như việc tính áp suất ở ứng suất chảy tối thiểu. Khi tính được áp suất ở ứng suất kéo tối đa của ống thép đúc. Anh em sẽ biết được giới hạn chịu lực của từng ống thép là bao nhiêu? Từ đó mà có tính toán, sự lựa chọn phù hợp cho công trình, dự án của mình. Công thức tính áp suất bên trong lòng ống thép như sau:
Trong đó:
- P t = áp suất tối đa (áp suất nổ) (psig)
- S t = ứng suất kéo tối đa (psi)
Tiếp nối ví dụ trên. Cũng dựa trên tiêu chuẩn ASTM A53 về ống thép hàn, liền mạch Grade A. Ta có độ bền kéo tối đa của ống thép là 48000 PSI. Vậy áp suất tối đa mà ống đúc phi 27 dày 0.113 Inch chịu được là:
Pt= 2*St*t/d0 = 2*48000*2.8702/26.7 = 10 319.82 (PSI)
Công thức tính áp suất làm việc của ống thép (hay áp suất cho phép)
Áp suất làm việc là một thuật ngữ được sử dụng để mô tả áp suất tối đa cho phép, mà đường ống có thể phải chịu trong khi hoạt động. Khi tính áp suất làm việc, anh em cần lưu ý đến những hệ số an toàn, hệ số thiết kế, … của công trình theo các tiêu chuẩn quốc tế và TCVN. Công thức tính áp suất của Barlow được sử dụng để tính toán áp suất tối đa cho phép bằng cách sử dụng các yếu tố thiết kế như sau:
Trong đó
- P a = áp suất tối đa cho phép (psig)
- S y = ứng suất chảy tối thiểu (psi)
- F d = hệ số thiết kế
- F e = hệ số mối hàn dọc – Bảng 841.115A của tiêu chuẩn ASME B31.8-2012
- F t = hệ số giảm nhiệt độ
Các hệ số thiết kế Fd tiêu biểu: (QCVN 01:2016/BCT)
- Đường ống dẫn chất lỏng: 0,72
- Đường ống khí đốt – loại 1 khu vực 1: 0,8
- Đường ống khí đốt – loại 1, khu vực 2: 0,72
- Ống khí đốt – loại 2: 0,60
- Ống khí đốt – loại 3: 0,50
- Ống khí đốt – loại 4: 0,40
Giả sử ống thép đúc phi 27 dày 0.113 Inch được dùng để thi công hệ thống PCCC với điều kiện làm việc là 30 độ C và hệ số khớp dọc Fe = 1. Ta có công thức tính áp suất tối đa làm việc của ống là:
Pa=2*Sy*Fd*Fe*Ft*t = 2*30000*0.72*1*1*2.8702/26.7 = 4643.92 (PSI).
Công thức tính áp suất thử nghiệm tại nhà máy
Có một loại áp suất nữa mà anh em sẽ rất hay thường thấy. Nó được ghi trong catalogue của Công ty thép SeAH, Hòa Phát, Posco, …. Áp suất này được xác định khi lô ống thép được hoàn thiện, bước vào giai đoạn kiểm định chất lượng. Tùy thuộc tiêu chuẩn nhà sản xuất căn cứ là ASTM hay ANSI, … mà có quy định khác nhau.
➡️ Đó là áp suất thử nghiệm nhà máy hay áp suất thủy tĩnh. Công thức tính áp suất thủy tĩnh như sau:
Trong đó:
- P t = áp suất thử nghiệm (psig)
- S t = ứng suất chảy quy định của vật liệu – thường là 60% độ bền chảy (psi)
Tiếp nối ví dụ trên. Ta có áp suất thử nghiệm là: Pt = 2*0.6*30000*2.8702/26.7 = 3869.93 (PSI) Trong công thức tính áp suất làm việc của hệ thống đường ống ở trên. Chúng ta được biết về một hệ số mới là hệ số mối hàn dọc. Vậy thì hệ số mối hàn dọc là gì? Và giá trị của nó như thế nào? Anh em xem tiếp để có câu trả lời nha.
Hệ số mối hàn dọc là gì?
Hệ số mối hàn dọc hay hệ số khớp dọc có thể được định nghĩa là độ tin cậy có thể đạt được từ các mối nối sau khi hàn. Hệ số khớp dọc có thể áp dụng các giá trị nhỏ hơn 1. Và ở một mức độ nào đó, có thể nói rằng hệ số mối hàn dọc là một cách làm giảm ứng suất cho phép của vật liệu.
Dựa trên bảng 841.115A, tiêu chuẩn ASME B31.8 – 2003 ta có giá trị hệ số mối hàn dọc như sau:
| Tiêu chuẩn kỹ thuật | Phương pháp hàn | Hệ số khớp dọc E |
|---|---|---|
| ASTM A53 | Ống liền mạch (ống thép đúc) | 1 |
| Hàn điện trở | 1 | |
| Hàn bằng lò nung Butt: Mối hàn liên tục | 0,6 | |
| ASTM A106 | Ống liền mạch (ống thép đúc) | 1 |
| ASTM A134 | Hàn hồ quang điện | 0,8 |
| ASTM A135 | Hàn điện trở | 1 |
| ASTM A139 | Hàn điện kết hợp | 0,8 |
| ASTM A211 | Ống thép hàn xoắn ốc | 0,8 |
| ASTM A333 | Ống liền mạch (ống thép đúc) | 1 |
| Hàn điện trở | 1 | |
| ASTM A381 | Hàn kép hồ quang chìm | 1 |
| ASTM A671 | Hàn điện kết hợp | |
| Lớp 13, 23, 33, 43, 53 | 0,8 | |
| Lớp 12, 22, 32, 42, 52 | 1 | |
| ASTM A672 | Hàn điện kết hợp | |
| Lớp 13, 23, 33, 43, 53 | 0,8 | |
| Lớp 12, 22, 32, 42, 52 | 1 | |
| API 5L | Ống liền mạch (ống thép đúc) | 1 |
| Hàn điện trở | 1 | |
| Hàn điện chớp | 1 | |
| Hàn hồ quang chìm | 1 | |
| Hàn bằng lò nung Butt | 0,6 |
Mong rằng những kiến thức trên đây của Ống Thép Đúc Bảo Tín sẽ giúp anh em hiểu rõ hơn về ống thép đúc công thức tính áp suất của ống thép nói chung và ống thép đúc nói riêng.