Các Dạng Hư Hỏng Phổ Biến Do Giãn Nỡ Nhiệt Gây Ra

Ngày đăng: 20-07-2026 14:35:12 Lượt xem: 119

CÁC DẠNG HƯ HỎNG PHỔ BIẾN DO GIÃN NỞ NHIỆT GÂY RA

Nhiều nhà máy nhiệt điện, hóa chất, dầu khí, thực phẩm, dệt nhuộm và HVAC xảy ra các sự cố hư hỏng hệ thống đường ống đều liên quan trực tiếp hoặc gián tiếp đến ứng suất nhiệt.

Các hư hỏng này thường không xuất hiện ngay sau khi lắp đặt mà phát triển dần sau hàng nghìn chu kỳ gia nhiệt – làm nguội. Ban đầu chỉ là rung nhẹ hoặc rò rỉ nhỏ, nhưng nếu không được xử lý sẽ dẫn đến nứt mối hàn, biến dạng đường ống, hỏng máy bơm và dừng toàn bộ dây chuyền sản xuất.

1. Nứt mối hàn (weld cracking)

Hình 1: Phân bố ứng suất nhiệt tập trung tại vùng mối hàn khi đường ống bị hạn chế giãn nở

1.1 Cơ chế hư hỏng

Mối hàn luôn là vị trí có ứng suất tập trung cao nhất trên đường ống.

Khi hai đầu đường ống bị cố định, chuyển vị nhiệt không thể giải phóng sẽ tạo lực kéo hoặc nén rất lớn lên vùng mối hàn.

Sau hàng nghìn chu kỳ nóng – nguội, xuất hiện các vết nứt siêu nhỏ, lan dần theo chu kỳ mỏi, cuối cùng gây rò rỉ hoặc phá hủy hoàn toàn mối hàn.

Hiện tượng này được gọi là nứt do mỏi nhiệt.

Hình 2: Cơ chế hư hỏng mối hàn do mỏi nhiệt

1.2 Dấu hiệu nhận biết

Hình 3: Dấu hiệu nhận biết nứt mối hàn do ống chịu giãn nở nhiệt

1.3 Giải pháp kỹ thuật

Hình 4: Giải pháp kỹ thuật giảm ứng suất nhiệt

2. Rò rỉ mặt bích

Hình 5: Các dấu hiệu nhận biết khi rò rỉ mặt bích

Hình 6: Nguyên nhân và hậu quả của rò rỉ mặt bích

Giải pháp khắc phục sự cố rò rỉ mặt bích

Hình 7: Không siết bu lông lắp mặt bích khi 2 đường ống bị lệch tâm

Hình 8: Bố trí gối cố định, gối đỡ trượt và khớp giãn nở phù hợp

3. Cong võng đường ống

Hình 9: Ống bị cong do giãn nở nhiệt

3.1. Cơ chế gây cong võng đường ống khi giãn nở nhiệt

Đường ống dài khi giãn nở sẽ tìm cách dịch chuyển.

Nếu không có:

Gối đỡ dẫn hướng
Gối cố định (Anchor)
Khớp giãn nở/Vòng giãn nở

thì toàn bộ đường ống sẽ uốn cong.

Hình 10: Cơ chế gây cong võng đường ống khi giãn nở nhiệt

Đây là hiện tượng rất phổ biến trong nhà máy hơi, đường ống nước nóng, hệ HVAC, hệ thống dầu nóng,…

3.2. Hậu quả

Võng đường ống.
Mất thẩm mỹ.
Gây rung.
Tăng tải trọng lên giá đỡ.
Làm lệch các thiết bị cuối tuyến.

Giải pháp

Bổ sung gối đỡ dẫn hướng (Guide).
Thiết kế sử dụng khớp giãn nở hoặc vòng giãn nở
Giảm khoảng cách giữa các gối đỡ.
Bố trí điểm cố định hợp lý.

Hình 11: Đường ống thiết kế lắp đặt đảm bảo bù trừ giãn nở nhiệt

4. Hư hỏng ổ bi máy bơm

Máy bơm không được thiết kế để chịu tải trọng từ đường ống. Nếu đường ống giãn dài → lực sẽ truyền trực tiếp lên cửa hút và cửa đẩy. Sau một thời gian hoạt động và chịu ảnh hưởng của giãn nở nhiệt, hệ thống bơm sẽ bị:

Lệch trục → Mòn bạc đạn → Mòn phớt → Rung mạnh → Giảm tuổi thọ động cơ

Hình 12: Nguyên nhân và hậu quả do ảnh hưởng của giãn nở nhiệt tác động lên máy bơm

Dấu hiệu nhận biết

Máy rung bất thường.
Nhiệt độ ổ bi tăng.
Phớt rò nước.
Động cơ tiêu hao điện nhiều hơn.

Hình 13: Các dấu hiệu nhận biết về hư hỏng ổ bi do ảnh hưởng của giãn nở nhiệt đường ống

Giải pháp khắc phục

Không dùng bơm làm điểm cố định của hệ thống đường ống.
Lắp ống mềm inox chống rung.
Tính toán tải tác động lên cửa hút và cửa đẩy của bơm theo ASME.
Bố trí gối cố định độc lập.

Hình 13: Thiết hế hệ thống đường ống có gối đỡ cố định, khớp giãn nở chống rung để
ngăn ngừa hư hỏng ổ bi của bơm và động cơ

5. Biến dạng khớp giãn nở (BELLOWS)

Khớp giãn nở không phải lúc nào cũng hỏng do chất lượng sản phẩm.

Trong rất nhiều trường hợp, nguyên nhân gây biến dạng khớp giãn nở là:

Chọn sai chuyển vị.
Lắp sai Guide.
Thiếu Anchor.
Bellows chịu xoắn.
Bellows bị nén quá giới hạn.

Dấu hiệu

Sóng bellows méo.
Sóng xẹp.
Bellows lệch tâm.
Rò rỉ tại chân sóng.

Giải pháp

Thiết kế đúng theo EJMA.
Kiểm tra hành trình trước khi lắp.
Không dùng bellows để sửa sai lệch tâm đường ống.

Lắp đúng khoảng cách Guide và Anchor.

Hình 14: Khớp giãn nở bị biến dạng và hư hỏng

6. Gãy gối đỡ và hư hỏng kết cấu giá đỡ

Nếu lực giãn nở không được hấp thụ, toàn bộ tải trọng sẽ truyền vào:

Giá thép
Dầm
Treo ống
Bulong neo

Sau nhiều năm:

Bulong lỏng
Dầm cong
Gối đỡ nứt
Kết cấu thép biến dạng

Giải pháp

Tính lực Anchor.
Chia nhỏ chuyển vị.
Bổ sung Expansion Joint.
Kiểm tra khả năng chịu lực của kết cấu.

Hình 15: Hậu quả của giãn nở nhiệt làm hư hỏng kết cấu gối đỡ

7. Dừng nhà máy do rò rỉ hệ thống

Đây là hậu quả cuối cùng của tất cả các dạng hư hỏng kể trên.

Một vết nứt nhỏ tại mối hàn hoặc mặt bích có thể dẫn đến:

Dừng sản xuất.
Mất sản lượng.
Chi phí sửa chữa lớn.
Thay thế thiết bị.
Nguy cơ mất an toàn cho người vận hành.

Đối với các hệ thống dẫn hơi, hóa chất hoặc dầu nóng, việc dừng máy ngoài kế hoạch có thể gây thiệt hại rất lớn về kinh tế và ảnh hưởng đến tiến độ sản xuất.

8. Bảng tổng hợp 8 dạng hư hỏng

10. Kết luận

Qua các dạng hư hỏng trên có thể thấy, giãn nở nhiệt không chỉ làm đường ống dài ra mà còn tạo ra ứng suất và tải trọng truyền đến toàn bộ hệ thống, bao gồm mối hàn, mặt bích, van, máy bơm, giá đỡ và các thiết bị đầu cuối. Trong nhiều trường hợp, chi phí khắc phục sự cố cao hơn rất nhiều so với chi phí đầu tư một hệ thống bù giãn nở được thiết kế đúng ngay từ đầu.