Thiết kế đường ống amoniac

Thiết kế đường ống amoniac liên quan đến việc xem xét cẩn thận việc lựa chọn vật liệu, động lực học dòng chảy, an toàn và các yếu tố môi trường do tính chất vật lý và hóa học của amoniac.

1. Lựa chọn vật liệu

• Vật liệu phải chống nứt và ăn mòn do tính chất ăn mòn của amoniac, đặc biệt là trong điều kiện đông lạnh.

• Thép là vật liệu được ưa chuộng cho đường ống amoniac, đặc biệt là thép có thành dày hơn như Loại 80, mang lại khả năng chống chịu tốt hơn và tính khả thi về kinh tế cho đường kính lớn.

• Thép cấp thấp hơn có độ dẻo dai và độ giãn dài cao nhưng độ cứng hạn chế thường được sử dụng để tránh nứt trong quá trình hàn và vận hành.

• Lớp thép đường ống thường được sử dụng là API 5L X52N để vận chuyển amoniac56.

2. Cân nhắc về lưu lượng và áp suất

• Dòng amoniac liên quan đến cả pha lỏng và hơi; Thiết kế phải phù hợp với dòng chảy hai pha bằng cách tăng đường kính ống lên kích thước tiếp theo phía trên biểu đồ dòng chảy một pha.

• Giảm áp suất xảy ra do ma sát trong đường ống, phụ kiện, van và các bộ phận khác; chúng được tính toán bằng cách sử dụng Darcy-Weisbach và các mối tương quan liên quan.

• Sự thay đổi thể tích đột ngột do đặc tính đông lạnh của amoniac đòi hỏi các vòng đường ống (“phần hình chữ U”) để hấp thụ sự giãn nở và co lại nhiệt, ngăn ngừa ứng suất cơ học và hư hỏng.

• Ví dụ, một đoạn đường ống 100 m ở nhiệt độ môi trường có thể mở rộng đến 128 m ở −33 °C, yêu cầu các vòng lặp để phù hợp với sự thay đổi này16.

3. Phân đoạn đường ống và an toàn

• Các đường ống được phân đoạn bằng cách sử dụng van tắt khẩn cấp (ESD) được kích hoạt bằng điện để giảm thiểu giải phóng amoniac trong quá trình rò rỉ hoặc vỡ.

• Chiều dài đoạn khác nhau tùy theo mật độ dân số: 3-5 km ở các khu vực đông dân cư và lên đến 10-16 km ở khu vực nông thôn, với các tiêu chuẩn như ASME B31.4 khuyến nghị chiều dài đoạn tối đa là 12 km đối với amoniac5.

• Van ESD hoạt động chậm giúp ngăn chặn sự đập chất lỏng, áp suất tăng do van đóng đột ngột, có thể lên đến 18 bar và gây hư hỏng hoặc rò rỉ.

• Hệ thống phát hiện rò rỉ bao gồm cáp quang phân tán, báo động áp suất, máy dò khí cố định tại các trạm và tuần tra bằng máy bay không người lái để giám sát5.

4. Cấu hình đường ống và điều kiện hoạt động

• Các đường ống amoniac quy mô lớn, chẳng hạn như đường ống dài 550 km được đề xuất nối Hà Lan và Đức, sử dụng đường ống có đường kính 20 inch với độ dày thành 15 mm.

• Các đường ống này hoạt động ở áp suất thiết kế khoảng 50 barg và nhiệt độ từ 5-15°C.

• Các trạm bơm tăng áp và trạm van được đặt một cách chiến lược dọc theo đường ống để duy trì lưu lượng và an toàn.

• Các trạm bơm thường được đặt trong nhà để đảm bảo an toàn và hiệu quả hoạt động245.

5. Bảo vệ chống ăn mòn

• Sự ăn mòn bên ngoài do độ ẩm của đất, oxy và vi khuẩn được giảm thiểu bằng cách phủ một lớp phủ polypropylene (3LPP) ba lớp lên đường ống.

• Hệ thống bảo vệ âm cực, đặc biệt là bảo vệ âm cực dòng điện ấn tượng (ICCP), được sử dụng để bảo vệ các khuyết tật lớp phủ và ngăn chặn sự ăn mòn, với nguồn điện thường được đặt tại các trạm van5.

6. Kiểm tra và bảo trì

• Các đường ống được thiết kế để có thể lợn được, có nghĩa là chúng có thể được kiểm tra và làm sạch bằng cách sử dụng các bệ phóng và máy thu lợn được lắp đặt tại các trạm bơm và van.

• Kiểm tra thường xuyên và phát hiện rò rỉ là rất quan trọng để duy trì tính toàn vẹn và an toàn của đường ống5.

Tóm tắt

Thiết kế đường ống amoniac tích hợp khoa học vật liệu, nhiệt động lực học, cơ học chất lỏng và kỹ thuật an toàn để xử lý các đặc tính độc đáo của amoniac, bao gồm hành vi đông lạnh và độc tính của nó. Các yếu tố thiết kế chính bao gồm lựa chọn vật liệu thép thích hợp, thích ứng giãn nở nhiệt với các vòng, phân đoạn đường ống bằng van ESD, áp dụng bảo vệ chống ăn mòn và thực hiện các giao thức bảo trì và phát hiện rò rỉ mạnh mẽ. Các dự án quy mô lớn, chẳng hạn như đường ống dài 550 km ở châu Âu, thể hiện các nguyên tắc này với việc lập kế hoạch cẩn thận về đường kính, áp suất, nhiệt độ và cơ sở hạ tầng an toàn12456.