Cách tính đường kính đường ống LPG

Cách tính đường kính đường ống LPG phải dựa trên lưu lượng gas cực đại, áp suất đầu vào – đầu ra, chiều dài tuyến ống và mức tổn thất áp suất cho phép. Với hệ thống LPG công nghiệp, không nên chọn đường kính chỉ theo công suất thiết bị hoặc kinh nghiệm thi công, vì đường ống phải đủ khả năng cấp lưu lượng lớn nhất đến thiết bị xa nhất mà vẫn duy trì áp suất trong giới hạn yêu cầu. Các phương pháp thiết kế LPG chuyên dụng cũng yêu cầu hệ thống đường ống phải đáp ứng nhu cầu cực đại của toàn bộ thiết bị sử dụng gas.

Cách tinh đường kính ống LPG được tính từ công suất và lưu lượng như nào?

Công suất thiết bị cần được quy đổi thành nhu cầu tiêu thụ LPG, sau đó xác định lưu lượng cực đại để làm cơ sở lựa chọn đường kính ống. Nếu nhà máy có nhiều thiết bị sử dụng gas, không nên chỉ lấy công suất của từng thiết bị rồi chọn một cỡ ống chung. Cần xác định thiết bị nào có khả năng hoạt động đồng thời và tính lưu lượng của từng đoạn ống theo tải thực tế mà đoạn đó phải cấp.

Với thiết bị đã có thông số tiêu thụ LPG bằng kg/h, có thể sử dụng trực tiếp để xác định tải. Nếu thiết bị chỉ cung cấp công suất nhiệt bằng kW, kcal/h hoặc BTU/h, cần quy đổi thông qua nhiệt trị LPG và hiệu suất thiết bị theo phương pháp thiết kế phù hợp. Vì thành phần LPG và điều kiện quy đổi có thể thay đổi, không nên sử dụng một giá trị nhiệt trị cố định cho mọi dự án mà không kiểm tra dữ liệu nhiên liệu thực tế.

Để tính đường ống, kỹ thuật thường cần xác định:

• Tổng lưu lượng LPG cực đại: Là lượng gas lớn nhất hệ thống phải cấp trong thời điểm các thiết bị có khả năng hoạt động đồng thời ở tải cao.
• Lưu lượng của từng nhánh: Mỗi đoạn ống phải được tính theo số thiết bị mà đoạn đó thực sự phục vụ, vì lưu lượng ở tuyến chính thường lớn hơn các tuyến nhánh.
• Áp suất đầu vào và áp suất yêu cầu tại thiết bị: Hai thông số này quyết định mức sụt áp cho phép trong quá trình gas di chuyển qua đường ống.
• Chiều dài tuyến ống: Cần xét tuyến từ nguồn cấp đến điểm tiêu thụ xa nhất và ảnh hưởng của các phụ kiện như co, tê, van, bộ lọc hoặc thiết bị điều áp.
• Tính chất của LPG: Tỷ trọng, nhiệt độ và trạng thái pha của LPG ảnh hưởng đến cách tính lưu lượng và tổn thất áp suất.

Vì sao không thể chọn đường kính ống LPG chỉ dựa vào công suất?

Cùng một công suất tiêu thụ nhưng hai hệ thống có thể cần đường kính ống khác nhau nếu chiều dài, áp suất cấp hoặc cấu hình mạng ống khác nhau. Một tuyến ống ngắn với áp suất cấp phù hợp có thể sử dụng cỡ ống khác với tuyến dài, nhiều phụ kiện và yêu cầu duy trì áp suất nghiêm ngặt tại thiết bị cuối. Vì vậy, đường kính ống phải được tính theo từng đoạn của mạng phân phối thay vì chọn một kích thước duy nhất cho toàn hệ thống.

Khi thiết kế, mục tiêu quan trọng là bảo đảm áp suất tại thiết bị cuối vẫn nằm trong giới hạn mà nhà sản xuất thiết bị yêu cầu. NFPA 58 quy định đường ống hơi LPG phải được thiết kế để đáp ứng nhu cầu cực đại của thiết bị sử dụng gas và bảo đảm thiết bị hoạt động trong thông số của nhà sản xuất.

Vì vậy, các thông số ảnh hưởng trực tiếp đến lựa chọn đường kính gồm:

Công thức tính đường kính đường ống LPG được áp dụng như thế nào?

Trong thiết kế kỹ thuật, đường kính ống được xác định bằng cách kiểm tra quan hệ giữa lưu lượng, đường kính trong, chiều dài tuyến, áp suất và tổn thất áp suất. Với dòng khí, có thể sử dụng các phương trình kỹ thuật hoặc bảng tra đã được thiết lập cho điều kiện áp suất và loại gas cụ thể. NFPA 54 hiện cũng quy định các phương pháp sizing đường ống thông qua bảng tra, phương pháp chiều dài tuyến và các phương trình tính toán.

Một dạng phương trình kỹ thuật cho dòng khí áp suất cao có thể biểu diễn theo quan hệ:

Q ∝ D²·⁶²³ × [(P₁² − P₂²) / L]⁰·⁵⁴¹

Trong đó Q là lưu lượng khí, D là đường kính trong của ống, P₁ và P₂ là áp suất tuyệt đối đầu vào và đầu ra, còn L là chiều dài tuyến. Công thức đầy đủ còn có các hệ số liên quan đến tính chất khí, nhiệt độ và điều kiện dòng chảy, vì vậy không nên lấy riêng công thức rút gọn để chọn DN ngoài thực tế.

Sau khi xác định đường kính trong theo tính toán, kỹ sư sẽ lựa chọn đường kính danh nghĩa DN và chiều dày ống phù hợp với áp suất thiết kế, vật liệu, phương pháp nối và điều kiện lắp đặt. Đối với hệ thống LPG công nghiệp, việc tính kích thước đường ống cũng cần phân biệt rõ đường ống LPG lỏng và đường ống LPG hơi, bởi đặc tính dòng chảy và phương pháp sizing không giống nhau.

Làm thế nào để kiểm tra đường kính ống LPG sau khi tính toán?

Một đường ống được xem là phù hợp khi vừa đáp ứng lưu lượng cực đại vừa duy trì áp suất cần thiết tại thiết bị cuối trong điều kiện vận hành thiết kế. Do đó, sau khi chọn một kích thước ống sơ bộ, cần kiểm tra lại toàn bộ tuyến từ nguồn cấp đến điểm tiêu thụ xa nhất. Nếu áp suất cuối tuyến không đạt yêu cầu, có thể phải tăng đường kính, điều chỉnh cấu hình áp suất hoặc tối ưu lại tuyến ống.

Đối với mạng có nhiều nhánh, cần kiểm tra riêng các đoạn có tải lớn và các tuyến dẫn đến thiết bị xa nhất. Phương pháp Longest Length Method của NFPA 54 cũng sử dụng chiều dài tuyến từ điểm cấp đến đầu ra xa nhất kết hợp với tải của từng đoạn để xác định kích thước đường ống.

Trong thực tế, quy trình tính toán nên đi theo trình tự:

Công suất thiết bị → lưu lượng LPG cực đại → áp suất thiết kế → chiều dài và cấu hình tuyến → tổn thất áp suất → đường kính trong → DN tiêu chuẩn → kiểm tra lại áp suất cuối tuyến.

Đây là lý do không nên áp dụng cứng một cỡ ống như DN15, DN20 hay DN25 cho mọi nhà máy. Đường kính cuối cùng phải được tính theo dữ liệu của từng hệ thống, sau đó kiểm tra đồng bộ với hệ thống gas, thiết bị điều áp và phương án lắp đặt hệ thống gas để bảo đảm khả năng vận hành ổn định.