Tính toán giãn nở đường ống và giá đỡ ống

Hệ thống đường ống dẫn hơi cung cấp năng lượng phục vụ nnhu cầu xản xuất của các nhà máy luôn phải làm việc với áp suất và nhiệt độ rất cao. Vì vậy, để đảm bảo an toàn và hiệu quả hoạt động của hệ thống, cần tính toán giãn nở đường ống và các giá đỡ phụ trợ là việc làm hết sức quan trọng.

Tại sao cần tính toán giãn nở đường ống và giá đỡ ống?

Khi hệ thống đường ống phân phối hơi chuyển từ trạng thái lạnh sang trạng thái nóng và ngược lại thì sẽ xảy ra hiện tượng giãn nở đường ống. Việc tính toán sự giãn nở của hệ thống đường ống, bù giãn nở, bố trí các giá treo, giá đỡ di động, cố định một cách thích hợp là một việc vô cùng cần thiết trong việc tính toán thiết kế hệ thống. Nếu chủ quan trong việc tính toán sự giãn nở đường ống sẽ gây ra các ứng suất trên đường ống có thể gây ra xô lệch, nứt vỡ, phá hủy hệ thống đường ống, gây thiệt hại về kinh tế và có thể ảnh hưởng đến tính mạng con người.

Phương pháp tính toán giãn nở đường ống

Chiều dài giãn nở của đường ống có thể tính theo công thức sau:

                                                          Δ = L.Δt .α (mm)

Trong đó:     Δ        - Chiều dài giãn nở (mm)

                     L        - Chiều dài đoạn ống giãn nở (m)

                     Δt       - Độ chênh nhiệt độ (^oC)

     α       - Hệ số giãn nở (mm/m.^oC).10^-3  (phụ thuộc vào loại ống thép và nhiệt độ làm việc của ống thép; α = 14 ÷ 18.10-3 mm/m.^oC)

Ngoài ra đối với mạng nhiệt thông thường trong công nghiệp vừa và nhỏ, với kết quả tương đối chính xác, để nhanh chóng tìm ra chiều dài giãn nở của đường ống, ta còn có thể dùng phương pháp tra đồ thị sau:

Đồ thị xác định chiều dài giãn nở của đường ống

Các ống giãn nở trong bù lại giãn nở của đường ống

Để bù lại sự giãn nở của đường ống, thông thường người thiết kế lợi dụng địa hình, dùng phương pháp bù giãn nở tự nhiên. Trong trường hợp việc bù giãn nở tự nhiên không đáp ứng được thì phải dùng các ống giãn nở.

Ống giãn nở loại vòng tròn: Lắp ở vị trí nằm ngang, đầu ra nằm dưới đầu vào để tránh hiện tượng đọng nước trong ống. Do chiếm nhiều không gian nên loại này ít được sử dụng ở các vị trí chật hẹp nhưng vì nó có giá thành tương đối thấp nên người ta vẫn sử dụng khi không gian lắp lớn.

Ống giãn nở loại vòng tròn

Ống giãn nở loại omega: Loại này nên lắp đặt ở vị trí nằm ngang trên một mặt phẳng, nếu điều kiện bắt buộc phải lắp theo phương đứng thì nên có điểm xả ngưng trước khi vào ống giãn nở để tránh hiện tượng thủy kích. Cũng như ống giãn nở loại vòng tròn, ống giãn nở loại omega cũng tốn nhiều không gian lắp.

Ống giãn nở loại omega

Ống giãn nở loại chữ U: Được cải tiến từ ống giãn nở omega, ống giãn nở loại chữ U được chế tạo từ các đoạn ống thẳng và các cút.

Ống giãn nở loại chữ U

Sau khi tính toán được độ giãn nở của đường ống, từ kết quả tính toán đó kết hợp với thông số đường kính danh nghĩa của đường ống ta có thể xác định được kích thước W của ống giãn nở loại chữ U theo đồ thị sau:

Đồ thị xác định kích thước W của ống giãn nở loại chữ U

Ống giãn nở loại lồng trượt: Ưu  điểm nổi bật của loại này là nó chiếm không gian rất ít, khi lắp đặt phải chú ý đến chiều của ống lồng. Thường xuyên phải bảo dưỡng ống lồng và đệm kín.

Ống giãn nở loại lồng trượt

Ống giãn nở loại lồng xếp: Loại này cũng có ưu điểm giống loại ống giãn nở loại lồng trượt là nó chiếm không gian rất ít, tuy nhiên nó không có đệm kín. Ống giãn nở loại lồng xếp chịu được các chuyển vị ngang và chuyển vị góc nhưng không nhiều.

Ống giãn nở loại lồng xếp

Các loại giá đỡ thường dùng cho hệ thống phân phối hơi

Sau khi tính toán và lựa chọn các bù giãn nở theo không gian lắp đặt hệ thống đường ống phân phối hơi, chúng ta cần tính toán, bố trí hợp lý các vị trí của giá đỡ ống loại cố định và loại di động, khoảng cách và vị trí lắp đặt của chúng.

Sau đây là một vài loại giá đỡ thường được sử dụng cho các hệ thống phân phối hơi trong công nghiệp

Giá đỡ, giá treo loại lò xo: Loại giá đỡ này được sử dụng rất rộng rãi trong việc treo, đỡ các đường ống phân phối hơi vì nó có tác dụng chống lại sự rung động, giãn nở của đường ống khi hệ thống khởi động và khi chế độ vận hành thay đổi.

Giá đỡ, giá treo loại lò xo

Giá đỡ cố định: Loại giá đỡ này được tính toán, lắp đặt tại các vị trí nhất định trên đường ống. Nó có tác dụng khống chế vị trí của đường ống phân phối hơi tại điểm lắp đặt giá đỡ, sự giãn nở của đường ống sẽ được bù theo các phương pháp, thiết bị như đã được trình bày ở trên.

Giá đỡ cố định

Giá đỡ di động: Ngoài các giá đỡ treo, giá đỡ cố định, người ta sử dụng giá đỡ trượt. Nó có tác dụng nâng đỡ hệ thống đường ống phân phối hơi một cách chắc chắn nhưng vẫn có khả năng dịch chuyển linh hoạt khi đường ống giãn nở, rung động trong quá trình hệ thống khởi động cũng như khi thay đổi chế độ vận hành.

Giá đỡ di động

Khoảng cách giữa các giá đỡ ống phụ thuộc vào đường kính ống, vật liệu ống và vị trí lắp đặt ống theo phương ngang hoặc phương đứng. Theo kinh nghiệm, với ống thép thông thường ta có thể tra trong bảng sau:

Bảng tra khoảng cách giữa các giá đỡ ống