Hư hỏng đường ống do không dùng khớp giãn nở

hoặc dùng loại không phù hợp – Nguyên nhân – Giải pháp

1. Giới thiệu

Trong các hệ thống đường ống công nghiệp như hơi nóng, nước nóng, dầu truyền nhiệt, HVAC, hóa chất, khí nén hoặc PCCC, đường ống không đứng yên tuyệt đối trong quá trình vận hành.

Khi nhiệt độ thay đổi, đường ống sẽ:

• Giãn dài khi nóng lên
• Co lại khi nguội xuống
• Rung động do bơm, máy nén, turbine
• Dịch chuyển do tải trọng, áp suất và chuyển động thiết bị

Nếu hệ thống không được bố trí khớp giãn nở, ống mềm, điểm cố định, giá đỡ và giá trượt đúng kỹ thuật, ứng suất sẽ tích tụ trong đường ống. Sau một thời gian vận hành, hệ thống có thể bị cong, nứt mối hàn, rò rỉ mặt bích, hỏng thiết bị hoặc gãy giá đỡ.

2. Vì sao đường ống bị hư hỏng khi không có khớp giãn nở ?

Nguyên nhân chính là giãn nở nhiệt bị cản trở.

Khi đường ống nóng lên, chiều dài đường ống tăng. Nếu hai đầu đường ống bị cố định cứng, đường ống không thể giãn tự do. Khi đó, lực giãn nở sẽ chuyển thành ứng suất nén rất lớn bên trong thành ống.

Công thức tính chiều dài giãn nở:  ΔL = α.L.ΔT  

Trong đó:

• ΔL = độ giãn nở
• α = hệ số giãn nở nhiệt
• L = chiều dài ống
• ΔT = chênh lệch nhiệt độ

Ví dụ: Đường ống Inox 304, có chiều dài L = 50 m ở nhiệt độ T₁ = 30°C. Tính chiều dài giãn nở của ống khi nhiệt độ tăng lên T₂ = 230°C

Ta có ΔT = T₂ – T₁ = 230 – 30 = 200°C, hệ số giãn nở nhiệt của Inox 304 α = 17,8 ×10⁻³ mm/m°C

Chiều dài giãn nở nhiệt: ΔL = 17,8×10⁻³ × 50 × 200 = 178 mm

Kết luận: Đường ống dài 50 m có thể giãn nở 178 mm, nếu không có khớp giãn nở hoặc bố trí sai vị trí, độ giãn nở ΔL = 178 mm này không biến mất. Nó sẽ chuyển thành lực đẩy lên mối hàn, mặt bích, van, bơm, giá đỡ và thiết bị kết nối. Do đó cần sử dụng:

• Khớp giãn nở (Expansion Joint)
• Vòng giãn nở (Expansion Loop)
• Ống mền (Flexible Hose)

Để tránh phá hỏng hệ thống.

3. Các dạng hư hỏng thường gặp

3.1. Đường ống bị cong, võng hoặc đội khỏi gối đỡ

Hình 1: Ống bị cong do giãn nở nhiệt

Đây là dạng hư hỏng dễ quan sát nhất.

Khi đường ống bị cố định hai đầu nhưng vẫn giãn nở do nhiệt, ống có xu hướng cong lên, võng xuống hoặc lệch khỏi vị trí ban đầu.

Dấu hiệu nhận biết:

• Đường ống không còn thẳng
• Ống bị cong hình chữ S
• Gối đợ trượt (Pipe shoe) trượt khỏi khung đỡ (support)
• Gối đỡ bị lệch tâm
• Bu lông neo bị kéo nghiêng

Nguyên nhân thường gặp:

• Không dùng khớp giãn nở
• Không bố trí vòng giãn nở
• Khoảng cách guide quá xa
• Điểm cố định đặt sai vị trí
• Giá đỡ không cho phép ống trượt theo hướng giãn nở

Hình 2: Gối đỡ trượt (màu xanh) bị trượt khỏi giá đỡ do giãn nở nhiệt

Hình 3: Cấu tạo gối đỡ trượt (Pipe Shoe) cho phép đường ống giãn nở nhiệt

3.2. Nứt mối hàn đường ống

Mối hàn là vị trí dễ tập trung ứng suất. Khi đường ống bị ép giãn nở nhưng không có chi tiết bù trừ, ứng suất nhiệt sẽ tác động lặp đi lặp lại lên mối hàn.

Sau nhiều chu kỳ nóng – nguội, mối hàn có thể xuất hiện:

• Vết nứt chân mối hàn
• Rò rỉ tại mối hàn
• Nứt quanh cổ nhánh
• Nứt tại vùng gần mặt bích

Nguyên nhân:

• Ứng suất nhiệt cao
• Rung động kết hợp với giãn nở
• Không có khớp giãn nở phù hợp
• Thiếu gối đỡ trượt định hướng chuyển động
• Mối hàn chịu tải ngoài thiết kế

Hình 4: Nút mối hàn do ống giãn nở nhiệt và thiết kế hệ thống đường ống thiếu khớp giãn nở

3.3. Rò rỉ mặt bích và hỏng gioăng

Khi đường ống giãn nở không kiểm soát, mặt bích có thể bị lệch tâm hoặc bị kéo nghiêng. Khi đó, gioăng không còn được ép đều trên toàn bộ bề mặt.

Hậu quả:

• Xì hơi nóng
• Rò rỉ hóa chất
• Rò rỉ nước nóng
• Hỏng gioăng sớm
• Phải siết lại bu lông nhiều lần

Nguyên nhân:

• Đường ống kéo lệch mặt bích
• Không có ống mềm inox chống rung trước thiết bị
• Không có khớp giãn nở để hấp thụ chuyển vị
• Lắp sai chiều hoặc sai vị trí khớp giãn nở

Hình 5: Mặt bích bị rò rỉ, gioăng bị ép lệch, dấu vết xì hơi hoặc hóa chất

3.4. Hỏng bơm, máy nén, thiết bị trao đổi nhiệt

Bơm, máy nén, chiller, heat exchanger và turbine thường có giới hạn tải trọng cho phép tại đầu nối. Nếu đường ống giãn nở đẩy trực tiếp vào thiết bị, thiết bị sẽ chịu tải ngoài thiết kế.

Các hư hỏng có thể xảy ra:

• Lệch tâm trục bơm
• Hỏng phớt cơ khí
• Hư bạc đạn
• Nứt cổ bơm
• Rò rỉ tại đầu nối thiết bị
• Giảm tuổi thọ thiết bị

Trong trường hợp này, không chỉ cần khớp giãn nở mà còn có thể cần ống mềm inox chống rung để giảm rung động từ bơm truyền vào đường ống.

Hình 6: Bơm và động cơ điện bị lệch tâm do đường ống bị giãn nở nhiệt

Hình 7: Lắp ống mềm để giảm rung động từ bơm truyền vào đường ống

3.5. Gãy khung đỡ, giá treo, giá trượt hoặc gối đỡ cố định

Khi lực giãn nở không được hấp thụ, nó sẽ truyền sang hệ thống giá đỡ.

Các hư hỏng thường gặp:

• Gãy gối đỡ
• Bong bu lông neo
• Nứt bệ bê tông
• Gối đỡ ống bị trượt khỏi khung đỡ (Hình 2)
• Giá treo ống bị kéo nghiêng
• Điểm cố định bị quá tải

Đây là lỗi nguy hiểm vì khi support hỏng, tải trọng đường ống không còn được phân bố đúng. Một điểm hư hỏng có thể kéo theo nhiều điểm hư hỏng khác trên toàn tuyến

Hình 10: Khi nhiệt độ tăng, ống bị giãn dài gây nứt bệ bê tông lắp giá đỡ ống

Hình 11: Bulong neo của giá đỡ cố định bị bong, nứt gối đỡ bê tông

4. Hư hỏng do dùng sai loại khớp giãn nở

Không phải cứ lắp khớp giãn nở là hệ thống sẽ an toàn. Nếu chọn sai loại, khớp giãn nở có thể hỏng nhanh hơn cả đường ống.

4.1. Hư hỏng do dùng khớp giãn nở dọc trục lắp cho chuyển động ngang

Khớp giãn nở dọc trục chủ yếu dùng để hấp thụ chuyển động dọc trục.

Nếu hệ thống có chuyển động ngang lớn nhưng lại dùng khớp giãn nở dọc trục, bellows sẽ bị lệch tâm, uốn ngang và chịu ứng suất không đúng thiết kế.

Hậu quả:

• Méo sóng bellows
• Nứt chân sóng
• Giảm tuổi thọ chu kỳ
• Rò rỉ tại thân bellows

Hình 12: Khớp giãn nở bị lệch tâm và biến dạng

Hình 13: Khớp giãn nở bị rách bellows

4.2. Hư hỏng do dùng ống mềm inox thay cho khớp giãn nở nhiệt lớn

Ống mềm inox có tác dụng tốt trong việc:

• Chống rung
• Bù lệch lắp đặt nhỏ
• Hấp thụ chuyển động nhỏ
• Kết nối thiết bị với đường ống

Tuy nhiên, ống mềm inox không nên dùng thay cho khớp giãn nở khi đường ống có độ giãn dài lớn hàng chục đến hàng trăm milimet.

Nếu dùng sai, ống mềm có thể bị:

• Uốn quá bán kính cho phép
• Xoắn lớp bện inox
• Rách lớp bện
• Nứt ống bellows bên trong
• Bung mối hàn đầu nối

Giải pháp phù hợp hơn, nên dùng:

• Khớp giãn nở đa hướng
• Khớp giãn nở đa hướng có ty
• Khớp giãn nở bản lề
• Khớp giãn nở kiểu các đăng,… tùy hướng chuyển động.

Hình 14: Khớp giãn nở đa hướng có ty sản xuất tại Công ty Dân Đạt

Khi đường ống dịch chuyển ngang:

• Bellows số 1 nén
• Bellows số 2 giãn

Nhờ khoảng cách giữa hai bellows nên khớp giãn nở đa hướng có khả năng hấp thụ chuyển động ngang rất lớn.

Hình 14: Khớp giãn nở bản lề

Khớp giãn nở bản lề cho phép xoay trong một mặt phẳng (giống như cánh cửa), hấp thụ chuyển động lệch góc rất tốt, kiểm soát chính xác hướng chuyển động và mô men uốn

Hình 15: Khớp giãn nở bản lề cho phép ống chuyển động lệch góc theo 2 hướng

Hình 16: Khớp giãn nở kiểu cardan cho phép ống chuyển động góc 3D nhưng vẫn giữ được lực đẩy áp suất.

4.3. Dùng khớp không có thanh giằng (tie rod) trong hệ thống áp suất cao

Trong hệ thống áp suất cao, áp suất bên trong tạo ra lực đẩy áp suất.

Công thức lực đẩy áp suất:             F = P x A

Trong đó:

Ví dụ:

• Áp suất làm việc: 10 bar = 1 N/mm²
• Diện tích hiệu dụng bellows: 20.000 mm²

F = 1 x 20.000 = 20.000 N

Tức là lực đẩy khoảng: 20.000 N

Như vậy, chỉ với áp suất 10 bar, khớp giãn nở có thể tạo lực đẩy tương đương khoảng 2 tấn.

Nếu không có thanh giằng (tie rod), gối cố định hoặc thiết kế cân bằng áp lực phù hợp, lực này sẽ đẩy vào đường ống và thiết bị.

5. Bảng chọn loại khớp giãn nở theo dạng chuyển động

6. Bảng so sánh nhanh các loại khớp giãn nở

 7. Quy trình lựa chọn khớp giãn nở đúng kỹ thuật

Bước 1: Xác định điều kiện vận hành

Cần thu thập đầy đủ:

• Đường kính ống
• Áp suất làm việc
• Nhiệt độ làm việc
• Môi chất bên trong
• Vật liệu đường ống
• Chiều dài đoạn ống
• Không gian lắp đặt
• Có rung động hay không
• Có chuyển động dọc trục, ngang hay góc

Bước 2: Tính độ giãn nở nhiệt

Sử dụng công thức:  ΔL = α.L.ΔT  

Kết quả tính được là cơ sở để chọn:

• Chiều dài khớp
• Số lượng sóng bellows
• Loại khớp giãn nở
• Vị trí lắp đặt
• Gối đỡ cố định và gối dẫn hướng

Bước 3: Xác định hướng chuyển động

Cần xác định rõ đường ống chuyển động theo hướng nào:

• Chỉ dọc trục
• Chỉ ngang
• Vừa ngang vừa dọc trục
• Chuyển động góc
• Chuyển động phức tạp trong không gian 3D

Sai bước này sẽ dẫn đến chọn sai loại khớp.

Bước 4: Kiểm tra lực đẩy áp suất

Với các hệ thống áp suất cao, cần kiểm tra lực đẩy áp suất để xác định có cần:

• Thanh giằng
• Bát và đai ốc giới hạn thanh giằng
• Bản lề
• Khớp cardan
• Thiết kế cân bằng áp lực
• Gối cố định chịu lực lớn

Bước 5: Bố trí gối cố định, gối trượt dẫn hướng và giá đỡ

Khớp giãn nở chỉ làm việc đúng khi hệ thống đường ống được dẫn hướng đúng.

Nếu thiếu gối trượt dẫn hướng, khớp có thể bị:

• Lệch trục
• Uốn ngang ngoài thiết kế
• Xoắn bellows
• Hư sớm

Nguyên tắc chung:

• Điểm cố định: giữ cố định ống
• Gối trượt dẫn hướng: định hướng chuyển động
• Giá đỡ: đỡ tải trọng đường ống
• Khớp giãn nở: hấp thụ chuyển vị đã tính toán

8. Checklist kiểm tra nhanh trước khi đặt hàng

Trước khi chọn mua khớp giãn nở hoặc ống mềm inox, nên kiểm tra các thông tin sau:

9. Kết luận

Hư hỏng đường ống do không dùng khớp giãn nở hoặc dùng sai loại là lỗi rất phổ biến trong các hệ thống công nghiệp.

Các hư hỏng thường gặp gồm:

• Cong đường ống
• Nứt mối hàn
• Rò rỉ mặt bích
• Hỏng bơm và thiết bị
• Gãy giá đỡ (support)
• Hỏng bellows
• Giảm tuổi thọ toàn hệ thống

Để tránh sự cố, doanh nghiệp cần tính toán chính xác độ giãn nở nhiệt, xác định đúng hướng chuyển động, kiểm tra lực đẩy áp suất và lựa chọn đúng loại khớp giãn nở.

Dân Đạt Flex cung cấp các giải pháp:

• Ống mềm inox 304/316
• Khớp giãn nở dọc trục
• Khớp giãn nở đa hướng
• Khớp giãn nở bản lề
• Khớp giãn nở cardan
• Khớp giãn nở cân bằng áp lực
• Giải pháp chống rung và bù giãn nở cho hệ thống đường ống công nghiệp

Với kinh nghiệm trong lĩnh vực ống mềm inox và khớp giãn nở, Dân Đạt Flex có thể hỗ trợ khách hàng lựa chọn đúng sản phẩm theo điều kiện vận hành thực tế, giúp hệ thống đường ống an toàn, bền bỉ và giảm chi phí bảo trì lâu dài.

Dân Đạt sẽ tư vấn đúng loại (tránh chọn sai gây hỏng hệ thống).

CÔNG TY TNHH SX - TM & DV DÂN ĐẠT

►Hotline: 0862.618.918

►Email: dandatflex@gmail.com

►Website: https://dandat.com.vn