Lịch sử ra đời
Vào thế kỷ 19 và trước đó, các kết cấu và thiết bị kỹ thuật được chế tạo chủ yếu dựa trên trí tưởng tượng và kinh nghiệm của một kiến trúc sư hoặc nhà chế tạo. Không có một bộ qui tắc hay hướng dẫn về thiết kế an toàn và phương pháp chế tạo nào. Tuổi thọ các kết cấu và thiết bị kỹ thuật phụ thuộc vào sự thông minh và kỹ năng của nhà chế tạo.
Do vậy, nhiều sự cố lò hơi đã xảy ra kéo theo những mất mát lớn về sinh mạng và tài sản ở Mỹ. Theo số liệu thống kê, từ năm 1870 đến 1910 đã có ít nhất 10.000 vụ nổ lò hơi tại Bắc Mỹ được ghi nhận, trung bình 250 vụ một năm. Đặc biệt vào những năm 1910, tỷ lệ này tăng vọt lên 1300 đến 1400 vụ một năm. Vậy mà đến tận năm 1905, người ta vẫn cho rằng các vụ nổ lò hơi là do một “lực lượng siêu nhiên nào đó” gây ra hoặc xem đấy như là “sự trừng phạt của Chúa trời”.
Ngày 20 tháng 3 năm 1905, vụ nổ lò hơi thảm khốc xảy ra tại một nhà máy sản xuất giày ỏ Brocton, bang Massachusetts, Mỹ, giết chết 58 người, làm bị thương 117 người khác, gây thiệt hại hư hỏng về tài sản trị giá 250,000 đôla Mỹ.`
Tai nạn thê thảm này làm cho người dân Massachussetts nhận thấy sự cần thiết và mong muốn có các qui định luật pháp cho việc xây dựng các lò hơi để đảm bảo an toàn tối đa cho họ.
Sau nhiều cuộc bàn thảo và tranh luận, vào năm 1907, Bang này đã ban hành hiệu lực qui phạm pháp lý đầu tiên về Các nguyên tắc xây dựng các lò hơi.
Năm 1908, Bang Ohio cũng thông qua một bộ luật tương tự, do Uỷ ban Các nguyên tắc lò hơi của Ohio biên soạn với một ít thay đổi so với các nguyên tắc của Uỷ ban Massachussets.
Tiếp đó lần lượt các bang và thành phố khác, những nơi cũng xảy ra các vụ nổ lò hơi, đã bắt đầu nhận thấy rằng những thảm họa này có thể được phòng ngừa được bằng việc thiết kế, xây dựng và kiểm tra phù hợp các lò hơi và bình áp lực, và họ bắt đầu thiết lập các nguyên tắc và qui định cho mục đích đó.
Do vậy dẫn đến có sự khác biệt về luật pháp từ bang này đến bang khác, với các yêu cầu thường xuyên xung khắc với nhau. Các nhà chế tạo cũng bắt đầu nhận ra rằng bình áp lực được chế tạo ở bang này thì khó mà được chấp nhận ở bang khác. Và chính từ sự thiếu thống nhất luật pháp, cả nhà chế tạo lẫn người sử dụng, năm 1911, cùng nhất trí làm bản đề nghị lên Hội đồng của Hiệp hội các kỹ sư cơ khí Hoa kỳ (ASME) xin khắc phục tình trạng này.
Sau ba năm nghiên cứu, tranh luận và bàn bạc từ các nhà kinh điển hàn lâm, kỹ sư xây dụng, bảo hiểm và tư vấn, bản thảo cuối cùng của Các qui tắc ASME đầu tiên cho việc xây dựng các lò hơi cố định và các áp suất làm việc cho phép, được biết đến như phiên bản năm 1914, đã được ban hành vào mùa xuân năm 1915.
Kể từ năm 1915 đến nay, đã có nhiều thay đổi cùng một số chương mới đã được bổ xung vào Qui phạm do nhu cầu thực tế nảy sinh. Như vậy có thể thấy, Qui phạm lò hơi và bình áp lực là một công trình khoa học kỹ thuật đồ sộ, với chiều dày lịch sử hiếm có, qua thử thách của thời gian, thực tế đã có được sự thừa nhận áp dụng rộng rãi ở qui mô quốc gia và khá phổ biến trên thế giới.
Cấu trúc và một số đặc điểm của Qui phạm ASME Lò hơi và Bình áp lực
Qui phạm ASME Lò hơi và Bình áp lực hiện hành gồm 13 chương (section) được liệt kê dưới đây. Hầu hết các chương đều tham chiếu lẫn nhau hoặc sang các Qui phạm và tiêu chuẩn ASME khác.
Chương I (Section I): Các nguyên tắc xây dựng lò hơi năng lượng (Rules for Construction of Power Boilers)
Chương II (Section II): Vật liệu (Materials), gồm 4 phần (part):
- Part A: Tiêu chuẩn vật liệu kim loại đen (Ferrous Material Specifications)
- Part B: Tiêu chuẩn vật liệu kim loại màu (Nonferrous Material Specifications)
- Part C: Tiêu chuẩn vật liệu que hàn, điện cực và kim loại bổ xung (Specifications for Welding Rods, Electrodes, and Filler Metals)
- Part D: Các tính chất (Properties)
Chương III (Section III): Các nguyên tắc xây dựng các cấu kiện nhà máy năng lượng hạt nhân (Rules for Construction of Nuclear Facility Components), gồm phân chương (Subsection NCA), phụ lục (Appendices) và các phân chương Division 1, Division 2, Division 3 và Division 5
Chương IV (Section IV): Các nguyên tắc xây dựng lò hơi nhiệt (Rules for Construction of Heating Boilers)
Chương V (Section V): Kiểm tra không phá huỷ (NDT)
Chương VI (Section VI): Các nguyên tắc đề xuất cho bảo dưỡng và vận hành Lò hơi nhiệt (Recommended Rules for the Care and Operation of Heating Boilers)
Chương VII (Section VII): Các hướng dẫn đề xuất cho bảo dưỡng Lò hơi năng lượng (Recommended Guidelines for the Care of Power Boilers)
Chương VIII (Section VIII): Các nguyên tắc chế tạo Bình áp lực (Rules for Construction of Pressure Vessels), gồm 3 phân chương (Division):
- Phân chương 1 (Division 1): Các yêu cầu áp dụng cho thiết kế, chế tạo, thanh tra, kiểm tra, và cấp chứng chỉ cho các bình áp lực hoạt động với áp lực trong hoặc ngoài lớn hơn 15 psig.
- Phân chương 2 (Division 2): Các nguyên tắc thay thế (Alternative Rules) – Các yêu cầu áp dụng cho thiết kế, chế tạo, thanh tra, kiểm tra, và cấp chứng chỉ cho các bình áp lực hoạt động với áp lực trong hoặc ngoài nhỏ hơn hoặc bằng 15 psig.
- Phân chương 3 (Division 3): Các nguyên tắc thay thế cho việc xây dựng các bình áp lực cao (Alternative Rules for Construction of High Pressure Vessels) – Các yêu cầu áp dụng cho thiết kế, chế tạo, thanh tra, kiểm tra, và cấp chứng chỉ cho các bình áp lực hoạt động với áp lực trong hoặc ngoài lớn hơn 10000 psig
Chương IX (Section IX): Đánh giá hàn, brazing và fusing (Welding, Brazing, and Fusing Qualifications)
Chương X (Section X): Các bình áp lực làm bằng vật liệu chất dẻo được gia cường bằng sợi (Fiber-Reinforced Plastic Pressure Vessels)
Chương XI (Section XI): Các nguyên tắc cho việc kiểm tra trong quá trình vận hành các cấu kiện nhà máy điện hạt nhân (Rules for Inservice Inspection of Nuclear Power Plant Components), gồm 2 phân chương:
- Phân chương 1 (Division 1): Các nguyên tắc thanh tra và kiểm tra các cấu kiện của nhà máy hạt nhân nước nhẹ (Rules for Inspection and Testing of Components of Light-Water-Cooled Plants)
- Phân chương 2 (Division 2): Các yêu cầu cho các chương trình quản lý độ tin cậy và toàn vẹn nhà máy điện hạt nhân) (Requirements for Reliability and Integrity Management (RIM) Programs for Nuclear Power Plants)
Chương XII (Section XII): Các nguyên tắc chế tạo và bảo dưỡng bồn vận chuyển (Rules for Construction and Continued Service of Transport Tanks)
Chương XIII (Section XIII): Các nguyên tắc bảo vệ quá áp (Rules for Overpressure Protection)
Các trường hợp qui phạm (Code Cases): Uỷ ban Lò hơi và bình áp lực sẽ nhóm họp đều dặn để xem xét các đề nghị bổ xung và sửa đổi Qui phạm, đồng thời trình bày một cách chính xác nhằm làm sáng tỏ các yêu cầu hiện hành. Trong trường hợp có nhu cầu cấp thiết, ủy ban sẽ cung cấp các Nguyên tắc cho các vật liệu hoặc quá trình chế tạo chưa có trong các nguyên tắc Qui phạm hiện hành. Các trường hợp nào được phê duyệt, sẽ xuất hiện trong sách Các trường hợp Qui phạm (Code Cases) của ấn bản tương ứng. Phần này thường được tự động gửi đến người mua Qui phạm dưới dạng Các phụ chương (Supplements) cho đến lần ấn bản mới, với hai loại:
- Các trường hợp Lò hơi và bình áp lực
- Các trường hợp Các cấu kiện nhà máy điện hạt nhân
Một trong các đặc trưng của Qui phạm ASME Lò hơi và bình áp lực là cứ 2 năm ấn bản mới lại được ban hành. Ấn bản mới nhất hiện nay là năm 2021. Đồng thời hàng năm có một lần sửa đổi cho từng Chương cụ thể của Qui phạm, dưới dạng các trang bổ xung (Addenda), các trang cũ bị sửa đổi hoặc ảnh hưởng, liên quan… cũng được in lại nguyên văn. Các trang bổ xung này sẽ được tự động gửi đến người mua cho đến lần ấn bản mới. Những người sử dụng hoặc quan tâm có thể viết thư trực tiếp cho Uỷ ban đề nghị giải thích hoặc làm sáng tỏ các vấn đề liên quan. Trả lời của Uỷ ban này sẽ được công bố dưới dạng Hỏi & Đáp (Question & Answer) trong phần Giải thích (Intepretation), được ban hành hai lần một năm vào tháng 07 và tháng 12.
Biên soạn: ĐÀO DUY DŨNG (UNITEST biên tập và bổ sung)