Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6874-2:2002 Chai chứa khí di động - Xác định tính tương thích của vật liệu làm chai chứa

TIÊU CHUẨN VIỆT NAM

TCVN 6874-2:2002

ISO 11114-2:2000

CHAI CHỨA KHÍ DI ĐỘNG - XÁC ĐỊNH TÍNH TƯƠNG THÍCH CỦA VẬT LIỆU LÀM CHAI CHỨA VÀ LÀM VAN VỚI KHÍ CHỨA - PHẦN 2: VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI

 Transportable gas cylinders - Compatibility of cylinders and valve materials with gas contents Part 2: Non-metallic materials

Lời nói đầu

TCVN 6874-2 : 2002 hoàn toàn tương đương với ISO 11114-2 : 2000.

TCVN 6874-2 : 2002 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn TCVN/TC 58 Bình chứa ga biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ ban hành.

CHAI CHỨA KHÍ DI ĐỘNG - XÁC ĐỊNH TÍNH TƯƠNG THÍCH CỦA VẬT LIỆU LÀM CHAI CHỨA VÀ LÀM VAN VỚI KHÍ CHỨA - PHẦN 2: VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI

Transportable gas cylinders - Compatibility of cylinders and valve materials with gas contents Part 2: Non-metallic materials

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này hướng dẫn sự lựa chọn và đánh giá tính tương thích giữa vật liệu phi kim loại làm chai chứa khí và làm van với khí chứa trong chai. Tiêu chuẩn này cũng áp dụng cho chai để trong giá, ống và balông áp lực.

Tiêu chuẩn này có thể áp dụng đối với vật liệu composit và vật liệu tấm.

Chỉ xem xét các ảnh hưởng của khí trong việc thay đổi vật liệu và đặc tính cơ học (ví dụ phản ứng hóa học hoặc thay đổi trạng thái vật lý). Các đặc tính cơ học cơ bản của vật liệu được dùng cho việc thiết kế thường do người cung cấp vật liệu đưa ra và không được xem xét trong tiêu chuẩn này.

Các dữ liệu về tính tương thích đã cho liên quan tới các khí thành phần nhưng có thể sử dụng cho phạm vi nào đó đối với hỗn hợp khí. Gốm, thuỷ tinh và chất keo không thuộc phạm vi của tiêu chuẩn này.

Tiêu chuẩn này không quy định chất lượng của khí được giao hàng.

2. Tiêu chuẩn trích dẫn

EN 849 Transportable gas cylinders - Cylinder valves - Specification and type testing.

Chai chứa khí di động - Van chai - Đặc tính kỹ thuật và thử kiểu.

EN 1797- 1 Cryogenic vessels Gas/material compatibility - Part 1: Oxygen compatibility.

Bình lạnh sâu - Tính tương thích khí / vật liệu - Phần 1: Tính tương thích oxy.

TCVN 6874-1 : 2001 (ISO 11114-1 : 1997) Chai chứa khí di động – Xác định tính tương thích của vật liệu làm chai chứa và làm van với khí chứa – Phần 1: Vật liệu kim loại

TCVN 7163 : 2002 (ISO 10297 : 1999) Chai chứa khí - Van chai chứa khí được nạp lại – Đặc tính kỹ thuật và thử kiểu.

3. Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:

3.1. Người có thẩm quyền (competent person): Người có hiểu biết kỹ thuật, kinh nghiệm cần thiết và có thẩm quyền để đánh giá, chấp thuận các vật liệu để sử dụng với các loại khí và việc cần phải xác định các điều kiện sử dụng đặc biệt. Người có thẩm quyền phải được đào tạo chính thức về ngành nghề thích hợp.

3.2. Chấp nhận (acceptable): Sự kết hợp giữa vật liệu/ khí thoả mãn các điều kiện sử dụng bình thường, miễn là có quan tâm đến các sự nguy hiểm của tính không tương thích nêu trong bảng 1.

3.3. Không khuyến khích (not recommended): Sự kết hợp giữa vật liệu / khí nào đó có thể không an toàn. Nhưng có thể sử dụng các sự kết hợp này nếu đã được người có thẩm quyền quy định các điều kiện sử dụng, đánh giá và cho phép.

4. Vật liệu

4.1. Quy định chung

Vật liệu phi kim loại phải thích hợp với việc sử dụng đã định. Các vật liệu là thích hợp nếu tính tương thích của chúng được xác định như quy định trong bảng 1, hoặc các đặc tính cần thiết được xác định bằng thử nghiệm hoặc bằng kinh nghiệm về an toàn và lâu dài của người có thẩm quyền đối với sự thoả mãn yêu cầu.

Trong trường hợp đặc biệt có thể sử dụng vật liệu không tương thích nếu chúng được mạ hoặc bảo vệ thích hợp. Điều này chỉ có thể thực hiện nếu tất cả các khía cạnh tương thích được người có thẩm quyền xem xét và phê chuẩn.

4.2. Loại vật liệu

Phần lớn các vật liệu phi kim loại thường sử dụng cho chai chứa khí và van chai có thể được phân nhóm như sau:

- chất dẻo;

- vật liệu đàn hồi;

- chất bôi trơn lỏng.

Các vật liệu được xem xét trong tiêu chuẩn này là:

a) chất dẻo

- polytetrafloetylen (PTFE);

- polyclotrifloetylen (PCTFE);

- polyvinylideneflorua (PVDF);

- polyamid (PA);

- polypropylen (PP).

b) vật liệu đàn hồi

- cao su butyl (IIR);

- nitritle (NBR);

- cloropren (CR);

- cloflocabon (FKM);

- silicon (Q);

- etylen propylen (EPDM).

c) chất bôi trơn lỏng

- hydrocacbon (HC);

- florocacbon (FC).

5. Lưu ý chung

Điều quan trọng cần lưu ý là các vật liệu này là các loại có đặc điểm chung. Trong mỗi loại vật liệu có sự khác nhau về tính chất của các vật liệu do sự khác nhau về polime và công thức mà người sản xuất sử dụng để làm thay đổi tính chất lý, hoá của vật liệu. Người sử dụng vật liệu cần phải trao đổi với người sản xuất và nếu cần tiến hành thử nghiệm trước khi sử dụng vật liệu này (ví dụ đối với sử dụng tới hạn như là oxy và các khí oxy hóa mạnh khác).

Chất bôi trơn thường được sử dụng trong các van để làm giảm ma sát và mài mòn ở các chi tiết chuyển động. Đối với các van sử dụng cho khí oxy hoá, nếu yêu cầu có chất bôi trơn và các chất bôi trơn này không tương thích với oxy thì các thành phần của chất bôi trơn không được tiếp xúc với khí. Khi các chất bôi trơn được liệt kê là "không khuyến khích” trong bảng 1 với lý do khác với phản ứng mãnh liệt (F), nó có thể được sử dụng một cách an toàn và luôn thoả mãn trong khi sử dụng nếu không tiếp xúc với khí trong quá trình làm việc thông thường. Một ví dụ cho việc sử dụng như vậy là chất bôi trơn của cơ cấu vận hành van ở phía thông với khí quyển của hệ thống bịt van. Khi các chất bôi trơn được liệt kê là “không khuyến khích” ví lý do phản ứng mãnh liệt (F), nó không được sử dụng trong bất kỳ bộ phận nào của hệ thống có thể tiếp xúc với khí, ngay cả ở điều kiện không bình thường, như là trong trường hợp hệ thống bịt kín van bị hỏng. Khi không thể sử dụng chất bôi trơn, có thể quy định các phương thức an toàn và thích hợp khác (như là PTFE hoặc molypđen disunfua). Cần tiến hành các phép thử thích hợp và an toàn tương ứng đối với việc sử dụng chất trước khi dùng.

Các tính chất của chất dẻo và vật liệu đàn hồi phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ thấp là nguyên nhân gây biến cứng và khả năng hoá giòn, và nhiệt độ cao là nguyên nhân gây mềm và khả năng chảy vật liệu. Người sử dụng các vật liệu đó phải kiểm tra để đảm bảo sự thích hợp của chúng trong toàn bộ phạm vi nhiệt độ làm việc, thường từ - 50^oC đến +65^oC đối với chai và từ -20^oC đến + 65^oC đối với van chai.

Một số vật liệu trở nên giòn ở nhiệt độ thấp, thậm chí nhiệt độ ở phía thấp hơn của phạm vi làm việc thông thường (như là cloroflorocacbon). Nhiệt độ trong phạm vi làm lạnh hoặc kỹ thuật nhiệt độ thấp ảnh hưởng đến phần lớn các vật liệu và cần có các lưu ý lớn ở nhiệt độ dưới -50^oC. Sự nguy hiểm này phải được xem xét riêng khi nạp bằng xiphông nhiệt ở nhiệt độ thấp hoặc bằng các biện pháp tương tự, hoặc đối với các chai thường được nạp ở nhiệt độ thấp (ví dụ CO₂).

6. Sự xem xét riêng

6.1. Quy định chung

Tính tương thích của khí với vật liệu phi kim loại là tính chịu được ảnh hưởng của phản ứng hoá học và tác dụng vật lý, có thể được phân loại như sau.

6.2. Các nguy hiểm do tính không tương thích

6.2.1. Nổ và cháy (oxy hóa/ đốt) (F)

6.2.1.1. Nguyên lý

Chú thích 1 - Thực tế phần lớn các tai nạn nghiêm trọng do oxy hoá nhanh hoặc đốt cháy mãnh liệt xảy ra với sự oxy hoá ở áp suất cao. Việc nghiên cứu kỹ lưỡng tất cả các vật liệu và yếu tố phải được thực hiện bằng sự bảo dưỡng lớn và tất cả các số liệu phải được xem xét trước khi thiết kế hoặc sử dụng thiết bị để xử lý khi oxy hoá.

Tính tương thích phụ thuộc chủ yếu vào điều kiện làm việc (áp suất, nhiệt độ, tốc độ khí, các hạt, kết cấu thiết bị và ứng dụng) các mối nguy hiểm cần được xem xét riêng với các khí như là oxy, flo và clo. Phần lớn các vật liệu phi kim loại có thể cháy tương đối dễ khi tiếp xúc với khí oxy hoá mạnh.

Việc lựa chọn vật liệu để sử dụng với khí oxy và / hoặc môi trường giầu oxy trước hết là sự hiểu biết đầy đủ phản ứng của vật liệu với oxy. Phần lớn vật liệu tiếp xúc với oxy sẽ không bốc cháy khi không có nguồn năng lượng gây cháy (đó là ma sát, nhiệt do nén, va đập v.v..). Khi năng lượng cấp vào được biến đổi thành nhiệt, lớn hơn sự tản nhiệt, và dẫn tới sự tăng nhiệt liên tục với thời gian đủ để xảy ra việc tự bốc cháy và cháy.

Như vậy, cần phải xem xét hai yếu tố chung:

a) sự dễ cháy của vật liệu;

b) các nguồn năng lượng khác nhau làm tăng nhiệt độ vật liệu.

Chú thích 2 - Các yếu tố chung này cần được xem xét trong phạm vi thiết kế hệ thống toàn bộ sao cho các yếu tố riêng được liệt kê dưới đây sẽ có giá trị tương đối thích hợp.

Các yếu tố riêng được xem xét là:

- các tính chất của vật liệu, bao gồm các yếu tố tác động đến tính dễ cháy và các điều kiện tác động dẫn đến sự hư hỏng (nhiệt của phản ứng);

- các điều kiện làm việc: như áp suất, nhiệt độ, nồng độ oxy và / hoặc khí oxy hoá, ảnh hưởng của sự pha loãng (như heli), sự làm bẩn bề mặt;

- nguồn khả năng gây cháy (như là ma sát, nhiệt do nén, nhiệt do va đập, tích điện, hồ quang điện, cộng hưởng);

- hậu quả có thể (như ảnh hưởng đến môi trường xung quanh bởi sự lan truyền cháy);

- các yếu tố bổ sung (như là các yêu cầu về đặc tính, kinh nghiệm, tính sẵn có, giá cả).

Việc đánh giá tính tương thích của vật liệu phi kim loại khó hơn nhiều so với vật liệu kim loại, loại vật liệu thường có đặc tính tốt khi tiếp xúc với oxy lỏng/ khí.

6.2.1.2. Đặc tính kỹ thuật đối với khí oxy hoá

Theo 6.2.1.1, không thể thu được đặc tính kỹ thuật đơn giản liên quan đến tính tương thích của vật liệu phi kim loại với khí oxy hoá như oxy, clo, nitơ oxit, nitơ trioxit, nitơ dioxit v.v...

Đối với flo là loại khí oxy hoá mạnh nhất, tất cả các vật liệu phi kim loại là “không khuyến khích”, thường chỉ sử dụng vật liệu kim loại.

Oxy và các khí oxy hoá khác có thể phản ứng mãnh liệt khi thử với tất cả các vật liệu phi kim loại liệt kê trong 4.2 a), 4.2 b) và 4.2 c). PTFE và FKM khó bắt cháy hơn nhiều so với các chất dẻo và vật liệu đàn hồi khác. Không khuyến khích dùng chất bôi trơn HC. Trong những điều kiện nào đó tất cả các chất dẻo và vật liệu đàn hồi đã liệt kê có thể sử dụng một cách an toàn trong khí oxy hoá mà không có bất lợi nào của PTFE (các tính chất cơ học kém, sự nguy hiểm của việc phát ra sản phẩm độc đối với việc sử dụng khí thở) hoặc FKM (sự phồng lên, các tính chất cơ học xấu ở nhiệt độ thấp v.v).

Do đó, các vật liệu phi kim loại chỉ có thể được sử dụng nếu được chứng tỏ bằng thử nghiệm (hoặc thực tế sử dụng lâu dài và an toàn), có tính đến tất cả các điều kiện làm việc và đặc biệt là kết cấu của các thiết bị mà việc sử dụng chúng là an toàn, ví dụ, van chai chứa khí phải được thử phù hợp với EN 849 : 1996 hoặc TCVN 7163 : 2002 (ISO 10297) đối với việc sử dụng khí oxy. Chất bôi trơn lỏng được thử phù hợp với EN 1797-1.

6.2.2. Việc giảm khối lượng (W)

6.2.2.1. Sự chiết

Việc chiết dung môi của chất làm dẻo từ chất dẻo có thể gây ra sự co ngót đặc biệt ở các sản phẩm có độ dẻo cao.

Một số dung môi như là axeton hoặc DMF1) được sử dụng cho khí hoà tan như axetylen, có thể làm hư hỏng vật liệu phi kim loại.

Khí hoá lỏng có thể tác dụng như dung môi.

6.2.2.2. Ăn mòn hoá học

Một số vật liệu phi kim loại có thể bị ăn mòn hoá học bởi các khí. Việc ăn mòn này đôi khi có thể dẫn đến việc phá huỷ hoàn toàn vật liệu đó, như là sự ăn mòn hoá học của vật liệu đàn hồi silicon bởi amoniac.

6.2.3. Sự nở ra của vật liệu (S)

Chất dẻo bị nở ra do hấp thụ chất khí (hoặc chất lỏng). Điều này dẫn tới việc tăng kích thước không được chấp nhận (đặc biệt là đối với vòng chữ 0) hoặc gãy do thoát khí đột ngột khi áp suất riêng bị giảm, như cacbon dioxít và cloflocacbon. Sự nở ra thấy rõ được có thể ngăn chặn bằng sự chiết chất làm dẻo và màng lọc. Các ảnh hưởng quan trọng khác như sự thay đổi độ bền cơ và độ cứng cũng cần được xem xét.

Sự khác nhau giữa sự pha trộn và công thức của chất dẻo đã cho có thể gây ra sự khác nhau rõ ràng trong sự nở ra của vật liệu.

Trong tiêu chuẩn này sự nở ra lớn hơn khoảng 15% ở điều kiện làm việc bình thường được ghi ký hiệu NR (không khuyến khích); sự nở ra nhỏ hơn được ký hiệu là A (được chấp nhận) với điều kiện là các mối nguy hiểm khác được chấp nhận.

6.2.4. Sự thay đổi tính chất cơ học (M)

Các chất khí có thể dẫn đến sự thay đổi tính chất cơ học không thể chấp nhận được trong một số vật liệu phi kim loại. Điều đó có thể đưa đến, ví dụ, sự tăng độ cứng hoặc giảm độ dẻo.

6.2.5. Sự xem xét tính tương thích khác

6.2.5.1. Các chất bẩn trong khí (I)

Một số loại khí chứa các chất bẩn đặc trưng không tương thích với vật liệu đã định (như là axeton trong axetylen, H₂S trong metan).

6.2.5.2. Tạp chất trong vật liệu (C)

Một số vật liệu bị nhiễm tạp chất trong khi sử dụng với khí độc và trở nên tự nguy hiểm (như là trong quá trình bảo quản thiết bị).

6.2.5.3. Sự phát ra các sản phẩm nguy hiểm (D)

Nhiều vật liệu khi chịu các điều kiện tới hạn (như ở nhiệt độ cao) có thể phát ra các sản phẩm nguy hiểm. Cần phải xem xét mối nguy hiểm này đặc biệt đối với khí thở.

6.2.5.4. Lão hoá (G)

Lão hoá là sự thay đổi từ từ các tính chất cơ học và vật lý của vật liệu do tác động môi trường mà nó được sử dụng hoặc lưu giữ. Nhiều vật liệu đàn hồi và chất dẻo dễ bị lão hoá; một số chất khí như oxi có thể thúc đẩy nhanh quá trình lão hoá, đôi khi đưa đến bị giòn (dễ gãy).

6.2.5.5. Sự thấm (P)

Sự thấm là quá trình chuyển dịch chậm của chất khí chuyển qua vật liệu.

Sự thấm của một số chất khí (như là heli, hydro, cacbon dioxit) qua vật liệu phi kim loại có thể là đáng kể. Đối với vật liệu đã cho, tốc độ thấm chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, chiều dày và diện tích bề mặt tiếp xúc với chất khí. Phân tử lượng và công thức riêng của chất làm dẻo và các chất độn khác có thể gây nên phạm vi rộng của tốc độ thấm đối với các loại chất dẻo hoặc đàn hồi riêng.

Mối nguy hiểm này phải được xem xét đối với tác động môi trường xung quanh (như tính độc, thế cháy).

7. Số liệu tương thích

7.1. Bảng tương thích

Trong bảng 1, số liệu tương thích được cho bằng cách sử dụng các ký hiệu và chữ viết tắt qui định trong 7.2.1 và 7.2.2. Khi sự liên kết khí/ vật liệu là không khuyến khích, nguyên nhân chính được đưa ra sử dụng các chữ viết tắt thích hợp đối với các mối nguy hiểm của tính không tương thích (xem 6.2). Đôi khi cũng sử dụng các chữ viết tắt đối với các liên kết được chấp nhận để chỉ các mức nguy hiểm giới hạn.

Chú thích - Bảng A.1 là danh mục các khí từ bảng 1 thể hiện theo thứ tự abc cùng với số của Liên hiệp quốc.

7.2. Ký hiệu và các chữ viết tắt

7.2.1. Ký hiệu đối với tính tương thích

A = được chấp nhận để sử dụng ở điều kiện làm việc thông thường.

NR = không được dùng đối với việc sử dụng chung nhưng có thể sử dụng khi nó được người có thẩm quyền là người qui định các điều kiện sử dụng đánh giá hoặc cho phép.

? = có thể không được dùng do thiếu các thông tin xác định hoặc bởi vì tính tương thích phụ thuộc vào điều kiện sử dụng. Vật liệu này có thể sử dụng khi nó được người có thẩm quyền là người qui định điều kiện sử dụng đánh giá và cho phép.

7.2.2. Chữ viết tắt đối với vật liệu

Xem 4.2

7.2.3. Chữ viết tắt đối với mối nguy hiểm của tính không tương thích

Xem 6.2.

7.2.4. Ví dụ

Ký hiệu đối với tính tương thích = A

Chữ viết tắt đối với mức nguy hiểm của tính không tương thích = P.

Ví dụ này chỉ ra sự kết hợp vật liệu / khí là chấp nhận được, thích hợp cho việc sử dụng ở điều kiện làm việc thông thường, miễn là đưa vào tính toán mối nguy hiểm của sự thấm

Ký hiệu đối với tính tương thích = NR

Chữ viết tắt đối với mối nguy hiểm của tính không tương thích

mối nguy hiểm thứ nhất = F

mối nguy hiểm thứ hai = C

Ví dụ này chỉ ra sự kết hợp vật liệu / khí không được sử dụng chung, với mối nguy hiểm của tính không tương thích của nổ và cháy (mối nguy hiểm thứ nhất) và tạp chất của vật liệu (mối nguy hiểm thứ hai).

Bảng 1 – Tính tương thích của vật liệu phi kim loại với các loại khí