CÁC LOẠI THIẾT BỊ ÁP LỰC

Thiết bị chịu áp lực là các thiết bị dùng để tiến hành các quá trình nhiệt học, hoá học, sinh học cũng như dùng để chứa, vận chuyển bảo quản các môi chất ở trạng thái có áp suất cao hơn áp suất khí quyển như khí nén, khí hoá lỏng . . . Theo quy phạm an toàn những thiết bị làm việc với áp suất từ 0,7 at trở lên được coi là các thiết bị áp lực. Thiết bị chịu áp lực gồm nhiều loại khác nhau, chúng có thể là những thiết bị đơn chiếc và trọn bộ(bình axêtylen, chai oxy . . .) cũng có thể là những tổ hợp thiết bị (nồi hơi công nghiệp, hệ thống lạnh . . .), chủ yếu là hai loại là thiết bị đốt nóng và thiết bị không đốt nóng.

Các thiết bị đốt nóng: Gồm có nồi hơi và các bộ phận của nó(bao hơi, ống dẫn hơi), nồi chưng cất, nồi hấp. Áp lực tạo ra là do hơi nước khi nước bị đưa quá nhiệt (trên 100⁰C) trong các bình kín.

            Nồi hơi được phân thành nhiều loại tùy theo:

* Phương tiện sử dụng có nồi hơi cố định và nồi hơi di động.
* Cấu tạo và nguyên lý làm việc có:
1- Nồi hơi ống nước, trong nồi hơi này nước tuần hoàn trong các ống được đốt nóng và sinh hơi.
2- Nồi hơi ống lò, là loại nồi hơi trong đó sản phẩm của quá trình (nhiệt) chuyển động trong các ống đặt trong thùng hơi.
* Phương pháp đốt nhiên liệu, có:
1 – Lò ghi, nhiêu liệu đốt có dạng rắn.
2 – Lò đốt buồng, nhiên liệu đốt có dạng lỏng, khí và rắn được nghiền nhỏ.
* Áp suất làm việc, có nồi hơi hạ áp, nồi hơi trung áp, nồi hơi cao áp và nồi hơi siêu cao áp.
- Các thiết bị không đốt nóng gồm có:
* Thiết bị khí nén, không khí bị nén trong bình nén dưới áp suất cao.
* Bình chứa khí như bình oxy (áp suất tới 150 at), bình nitơ, bình hyđrô.
* Bình sinh khí axêtylen (áp suất tới 20at).
Hiện nay trên các công trường cũng như trên các cơ sở công nghiệp vật liệu xây dựng trong nhiều quá trình công nghệ phải sử dụng các thiết bị chịu áp lực, chẳng hạn như:
1 – Nồi hơi cung cấp hơi nước dùng trong quá trình hấp sấy cốt liệu bê tông, vữa, các cấu kiện bê tông cốt thép.
2 – Máy nén khí dùng để sản xuất không khí nén với tư cách cung cấp năng lượng cho các bộ phận dẫn động của thiết bị công nghệ như búa khoan, bơm bê tông, phụt vữa, phun sơn trang trí phủ bề mặt công trình, phun cát để làm sạch bề mặt kim loại . . .

    CÁC YẾU TỐ NGUY HIỂM CỦA THIẾT BỊ ÁP LỰC

Nguy cơ nổ: Nồi hơi và các thiết bị chịu áp lực làm việc trong điều kiện mỗi chất chứa trong đó có áp suất khác với áp suất khí quyển (lớn hơn -áp suất dương; nhỏ hơn – áp suất âm chân không); vì vậy giữa chúng (môi chất bên trong và không khí bên ngoài luôn luôn có xu hướng cân bằng áp xuất kèm theo sự giải phóng năng lượng khi điều kiện cho phép. Chẳng hạn, khi ứng suất tác dụng vượt quá giới hạn độ bền của vật liệu bình chứa thì sự giải phóng năng lượng để cân bằng áp suất diễn ra dưới hiện tượng nổ. Các vụ nổ của thiết bị chịu áp lực sẽ dẫn đến phá huỷ nhà cửa, công trình, máy móc thiết bị, gây chân thương tai nạn cho người xung quanh. Hiện tượng nổ của thiết bị áp lực có thể đơn thuần là nổ vật lý, nhưng cũng có khi là sự kết hợp giữa hai hiện tượng nổ xảy ra liên tiếp, đó là nổ hoá học và nổ vật lý.
* Nổ vật lý là hiện tượng phá huỷ thiết bị để cân bằng áp suất giữa trong và ngoài khi áp suất môi chất trong thiết bị vượt quá trị số cho phép đối với loại vật liệu, thành bình hoặc khi vật liệu làm thành bình bị lão hoá, ăn mòn. Khi đó ứng suất do áp lực môi chất chứa trong thiết bị tác dụng lên thành bình vượt quá ứng suất cho phép của vật liệu làm thành bình. Khi nổ vật lý xảy ra, thông thường thiết bị bị phá huỷ ở điểm yếu nhất.
* Hiện tượng nổ vỡ thiết bị do các phản ứng hoá học trong thiết bị chịu áp lực chính là quá trình diễn ra của hai hiện tượng nổ liên tiếp; ban đầu là nổ hoá học ( áp suất tăng nhanh) sau đó là nổ vật lý do thiết bị không có khả năng chịu được áp suất tạo ra khi nổ hoá học trong bình chứa môi chất. Đặc điểm của nổ hoá học là áp suất do nổ tạo ra rất lớn và phá huỷ thiết bị thành nhiều mảnh nhỏ (do tốc độ gia tăng áp suất quá nhanh). Công sinh ra do nổ hoá học rất lớn và phụ thuộc vào bản thân chất nổ, tốc độ cháy của hỗn hợp, phương thức lan truyền của sóng nổ. Ngoài ra nó còn phụ thuộc vào kết cấu của thiết bị (ví dụ: khi nổ hỗn hợp axêtylen, không khí áp suất khi nổ đạt 11∼13 lần áp suất trước khi nổ, nếu trên đường lan truyền của sóng nổ gặp chướng ngại vật thì sóng phản kích tăng lên hàng trăm lần áp suất ban đầu), vì vậy khi tính toán độ bền của thiết bị phải chú ý đến khả năng chịu lực khi có nổ hoá hoc, khả năng thoát khí qua van an toàn.
- Nguy cơ bỏng nhiệt: Nồi hơi và thiết bị chịu áp lực làm việc đối với môi chất có nhiệt độ cao (thấp) luôn tạo mối nguy hiểm bỏng nhiệt. Bị bỏng nhiệt khi thiết bị nổ vỡ, xì hơi môi chất hoặc tiếp xúc với các bộ phận có nhiệt độ cao nhưng không được lọc cách nhiệt hay cách nhiệt bị hư hỏng. Ngoài ra khi vận hành thiết bị chịu áp lực, người còn chịu tác dụng xấu của nhiệt đối lưu và nhiệt bức xạ. Bên cạnh đó còn gặp những hiện tượng bỏng không kém phần nguy hiểm như:
* Bỏng do nhiệt độ thấp ở các thiết bị mà môi chất được làm lạnh lâu ở áp suất lớn (trong hệ thống thiết bị sản xuất oxy).
* Bỏng do các hoá chất, chất lỏng do hoạt tính cao (acid, chất oxy hoá mạnh, kiềm …).
Hiện tượng bỏng nhiệt ở các thiết bị chịu áp lực thường gây chân thương rất nặng do áp suất của môi chất thường rất lớn (khi áp suất càng cao thì nội năng càng lớn):
- Các chất độc hại: Trong nhiều thiết bị chịu áp lực, môi chất bên trong là các hoá chất độc hại, như bình khí axêtylen, bình cacbôníc … Bản thân các hoá chất độc hại này có thể gây ra các hiện tượng ngộ độc cấp tính, mãn tính, bệnh nghề nghiệp. Trong điều kiện bình thường hoá chất độc xuất hiện trong môi trường lao động là do hiện tượng rò rỉ tại các mối lắp ghép, đường ống, phụ tùng đường ống, tại van an toàn. Lúc có sự cố nổ vỡ thiết bị thì mức độ độc hại sẽ tăng gấp bội.