Van an toàn

Trong một số hệ thống khi hoạt động luôn xảy ra một hiện tượng quá áp vì lưu lượng cung cấp không thể ổn định trong cả quá trình hoạt động. Vì vậy luôn cần một thiết bị để cần bằng, xả lượng áp dư thừa giúp hệ thông luôn hoạt động trong một trạng thái ổn định nhất.

Van an toàn là gì

Van an toàn được lắp đặt để thực hiện việc kiểm soát hạn chế áp lực trong hệ thống một cách tối ưu hóa nhất giúp các thiết bị được hoạt động ổn định nhất, tuổi thọ của đường ống cũng được tăng cao hơn.

Giới thiệu về van an toàn

Van an toàn tên tiếng anh (Safety valve) hay còn có cái tên gọi khác là van xả áp được sử dụng để bảo vệ hệ thống khỏi sự tăng áp suất đột ngột ở đầu nguồn gây ảnh hưởng không tốt đến các thiết bị của hệ thống.

Mỗi van an toàn đều có mức giá trị áp suất định mức được đặt sẵn và chênh lệch so với áp suất giới hạn của đường ống 2-3%. Khi áp suất trên đường ống chưa vượt qua khỏi giá trị định mức van an toàn sẽ luôn trong trạng thái đóng và sẵn sàng được kích hoạt.

Van an toàn thường được sử dụng trong các hệ thống lò hơi, các đường ống dẫn truyền khí gas, hóa chất, các bể khí khí, các bình nén khí với áp suất nén lớn.

Đây là một dòng van hoạt động một các tự động, tự kích hoạt khi áp suất trong đường ống vượt quá mức áp suất định mức quy định bảo vệ hệ thống một cách an toàn tuyệt đối.

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều các loại van an toàn được thiết kế đa dạng về mẫu mã, hình thức kết nối cũng như áp suất định mức của từng loại.

Ngoài ra để giúp người vận hành thuận tiện hơn cho việc xả áp tức thời, xả với lưu lượng mong muốn thiết kế phần tay giật giúp có thể điều chỉnh lưu lượng dòng chảy xả ra ngoài một cách thích hợp nhất.

Một số ông lớn trong ngành sản xuất van an toàn như: Hàn Quốc, Đài Loan, Nhật Bản, Trung Quốc…

Một số đặc điểm nổi bật của van an toàn

• Van có khả năng giảm áp lực của đường ống khi dòng lưu chất được cung cấp với mức độ quá cao mà không ảnh hưởng đến áp lực của toàn bộ hệ thống.
• Có thể hoạt động với công suất cao, đạt mức độ tối đa 98% áp suất quy định sẵn.
• Van không bị tác động bởi các trấn động hay sự dịch chuyển hỗn loạn của môi trường làm việc.
• Van được thiết kế hoạt động một cách độc lập và hoàn toàn tự động, nhờ sự tác động của áp suất dòng chảy để thực hiện đóng mở van.
• Với thiết kế thêm tay giật, ốc điều chỉnh giúp người vận hành có thể kiểm soát điều chỉnh áp suất làm việc của van một các dễ dàng, thuận tiện nhất.

Cấu tạo của van an toàn

Mỗi van an toàn đều có cấu taho với các chi tiết đa phần giống nhau bao gồm:

Thân van

Được chế tạo từ các chất liệu như: gang, thép, inox hoặc đồng…đây là bộ phận chính chịu nhiệt, là dàn khung sườn, dàn áo để chưa các chi tiết bên trong giúp van có thể hoạt động trơn tru, ổn định nhất.

Thân van được chế tạo với độ hoàn hảo cao, độ kín tốt, khả năng chịu áp suất cao của đường ống hệ thống. Thiết kế đầu kết nối dạng lắp ren hoặc lắp bích thuận tiện cho việc lắp đặt vào từng đường ống tạo độ kín, độ chắc chắn cao khi làm việc.

Phần tay giật – nắp chụp

Tùy vào nhu cầu làm việc của từng hệ thống đường ống, có thể lựa chọn loại tay giật giúp người vận hành có thể xả áp một cách tức thời, giảm áp suất đường ống nhanh nhất nếu xảy ra hiện tượng quá áp xảy ra.

Còn với loại nắp chụp áp suất định mức được cài đặt sẵn trong các khoảng giá trị, có thể điều chỉnh áp suất bằng các ốc vặn điều chỉnh.

Phần kết nối vào đường ống

Được thiết kế dạng lắp bích hoặc lắp ren phù hợp với từng loại đường ống khác nhau, làm việc trong từng áp suất làm việc để tạo nên độ chắc chắn, độ kín hoàn hảo khi làm việc.

1. Đĩa van

Đây là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với dòng lưu chất, khi áp suất vượt quá giới hạn định mức lực nén sẽ tác dụng lên đĩa van đẩy nó lên cao tạo ra khoảng trống để giảm suất đang hoạt động trong đường ống.

Nếu ở trạng thái cân đối áp suất đạt tiêu chuẩn đĩa van luôn đóng chặt không cho dòng chất đi qua. Đĩa van thường được chế tạo từ inox mạ, thép không rỉ mạ crom để có độ cứng cao, độ chịu áp suất cao tốt.

2. Ghế van

Là phần tỳ ép giữa đĩa và thân van, khi van được kích hoạt sẽ va đập nhiều lần giữa đĩa và ghế van. Yêu cầu kĩ thuật cần thiết kế ghế van phải đủ mềm để việc ca đập liên tục không bị ảnh hư hỏng van.

Ngoài ra cũng cần đủ độ cứng để không bị mài mòn khi dòng lưu chất chảy quá với áp lực lớn. Ghế van thường được chế tạo từ chất liệu thép không rỉ mạ kim loại mềm.

3. Lò xo đàn hồi

Là một chi tiết giúp điều chỉnh, đặt ra áp suất định mức, áp suất an toàn cho toàn hệ thống. Lò xo tạo ra lực đàn hồi tác động lên đĩa van khi áp lực dòng chảy không thắng được lực đàn hồi van sẽ luôn đóng.

Áp lực vượt quá áp suất an toàn lò xo sẽ được nén lại cho phép dòng chảy đi qua, khi áp suất giảm xuống lò xo đàn hồi đưa đĩa van về vị trí ban đầu, đóng chặt van.

4. Ốc van điểu chỉnh áp suất

Được thế kế trên đầu của van an toàn, với thiết kế tiện ren có thể dùng để điều chỉnh áp suất đầu vào và áp suất an toàn nhất cho hệ thống. Mỗi lần điều chỉnh sẽ tăng độ co giản của lò xo giúp hiệu chỉnh được áp suất của van.

Nguyên lý hoạt động

Dựa vào nguyên lý lực đàn hồi trượt của lò xo tạo ra trong quá trình vận hành lưu thông dòng chất. Ở trạng thái bình thường đường ống vận hành với áp suất định mức tiêu chuẩn van an toàn luôn trong trạng thái đóng.

Áp suất đầu vào tăng cao, lực đẩy sẽ thắng lực đàn hồi của lò xo đẩy đĩa van dâng lên cao. Lúc này khoảng trống được tạo ra cho phép dòng chất đi qua van xả ra bên ngoài giúp giảm áp suất bên trong đường ống xuống một cách tối ưu nhất.

Khi áp suất giảm xuống đạt mức an toàn lò xo sẽ tác dụng lại một lực đàn hồi đưa đĩa van trờ về vị trí đóng van.

Theo thiết kế tiêu chuẩn của các dòng van xả áp hiện nay áp lực mở van sẽ cao hơn so với áp lực làm việc của toàn hệ thống từ 8 – 15% tạo nên điều kiện thích hợp và an toàn nhất của từng hệ thống trong quá trình vận hành.

Ứng dụng của van an toàn trong đời sống, công việc

Đây là một thiết bị giúp bảo vệ hệ thống một cách hiệu quả nhất, tránh khỏi các sự cố quá áp nổ vỡ hệ thống gây thiệt hại cả về tiền bạc, tính mạnh con người.

Vì vậy thời đại phát triển cùng với tiêu chuẩn an toàn được đặt lên hàng đầu van an toàn được áp dụng trong mọi hệ thống đường ống làm việc đảm bảo được độ an toàn cần thiết nhất. Một số ứng dụng của van an toàn như sau:

• Ứng dụng trong các công ty sản suất hóa chất với các hệ thống đường ống được hiệu chỉnh mức độ áp suất mặc định hoặc linh hoạt theo công suất của từng thiết bị cấp, nạp.
• Được lắp đặt sử dụng trong các hệ thống dẫn truyền xăng dầu của các khu vực khai thác, sản xuất dầu khí.
• Van còn được dùng nhiều trong các khi công nghiệp lọc hóa dầu, trong các hệ thống bể chứa, các xilo, các đường vận tải.
• Trong các nhà máy sản xuất năng lượng cần có độ an toàn cần thiết và đáng tin cậy nhất định.
• Van còn được ứng dụng trong các nhà máy sản xuất dược phẩm, thực phẩm, đồ uống.
• Trong các khu vực chế xuất, các lĩnh vực đóng tàu, dịch vụ tàu thủy.

Các dòng van an toàn hiện nay

Để phù hợp và có thể lắp đặt vào từng đường ống một cách dễ dàng giúp bảo vệ tránh xảy ra các sự cố nguy hiểm xảy ra van an toàn được thiết kế với nhiều kiểu dáng khác nhau và được phân loại theo rất nhiều yếu tố như:

Phân loại theo chất liệu chế tạo van

Để phù hợp với các đường ống lưu thông với nhiều dòng lưu chất khác nhau với các tính chất của dòng chảy, để phù hợp cần nhưng chất liệu van riêng biệt có thể chống chịu với tác động của môi trường, tác động của áp lực, của dòng chảy một cách tốt nhất.

Van an toàn đồng

Van an toàn đồng được chế tạo hoàn toàn bằng đồng thau, thân được đúc nguyên khối giúp cho khả năng chịu áp lực cao tốt nhất. Van thường là kiểu lắp ren với kích cỡ từ DN15 – DN50 dùng cho các môi trường chất nước hoặc hơi có áp lực từ PN10 – PN16.

Đây là dòng van chuyên dùng cho các hệ thống nước, nồi hơi, lò hơi, các hệ thống máy sấy.

Van an toàn inox

Van an toàn inox được chế tạo từ chất liệu inox 304, inox 316 có khả năng chống an mòn, chống oxy hóa, làm việc được với các môi trường hóa chất, dung dịch muối nồng độ cao.

Ngoài ra khi làm việc với các hóa chất axit, bazo, các muối clorua ăn mòn hay thậm trí là nước biển van vẫn đảm bảo được độ hoạt động ổn định nhất trong thời gian dài, cho hiệu quả công việc cao.

Van an toàn gang

Hầu như dòng van này được sử dụng cho các hệ thống công nghiệp có kích cỡ lớn từ DN50 trở lên. Van lắp đặt đặt cho các hệ thống lò hơi, lò sấy, các đường hơi nước có nhiệt độ cao, các đường ống nước, dẫn truyền xăng dầu, áp lực từ PN10 – PN25.

Dòng van an toàn gang với giá thành rẻ giúp tiết kiệm chi phí cho người sử dụng nhưng vẫn đảm bảo được các chức năng cần thiết khi hoạt động.

Van an toàn thép

Đây là dòng van chuyên biệt sử dụng cho hệ thông môi trường hơi, khí nóng, nước, hơi nước. Do tính chất của thép nên van có thể làm việc trong môi trường nhiệt độ cao, áp suất cao.

Ngoài ra van an toàn thép thường được sử dụng cho các hệ thống có kích cỡ lớn của các khu công nghiệp sản xuất, chế tạo máy móc, trang thiết bị vật tư, các nhà máy khí nén, hơi nóng,…

Phân loại theo cách thức hoạt động của van

Hiện nay trên thị trường có 2 kiểu hoạt động chính của van an toàn là: hoạt động theo kiểu trực tiếp hoặc gián tiếp. Chúng ta đi tìm hiểu chi tiết từng loại:

Van an toàn trực tiếp

Là loại van sử dụng để điều chỉnh áp suất dựa trên sự cân bằng tác dụng của áp lực dòng chảy lên van. Với áp lực mở của van chênh lệch từ 8 – 15% so với áp lực định mức của dòng chảy.

Khi áp lực hệ thống vượt quá van sẽ được kích hoạt, tự động mở xả lượng chất ra ngoài giúp giảm áp suất đường ống xuống.

Khi áp suất được giảm về áp suất an toàn đĩa van sẽ nhờ tác dụng đàn hồi của lò xo nén xuống đóng chặt lại, hệ thống hoạt động ổn định với mức áp suất tiêu chuẩn. V

an hoạt động một cách tự động hóa, phát hiện và xả áp kịp thời giúp bảo hệ thống một cách hiệu quả nhất.

Van an toàn gián tiếp

Được sử dụng chủ yếu trong các hệ thống thủy lực, các đường ống có áp suất cao mà van tác động trực tiếp khó có thể làm việc được. Cấu tạo van tác động gián tiếp bao gồm: van chính có pittong đường kính lớn và lò xo có độ cứng nhỏ, van phụ có pittong có đường kính nhỏ và lò xo có độ cứng lớn.

Nguyên lý hoạt động dựa trên sự cân bằng tác dụng của những lực ngược chiều nhau tác dụng lên nút van(Pittong): lực đàn hồi của lò xo và áp suất lưu chất trong khoang van chính(được thiết lập bởi van phụ) với áp suất lưu chất đầu vào.

Khi áp suất đầu vào nhỏ hơn áp suất xả định mức của van phụ thì van phụ và van chính cùng đóng, áp suất trong khoang chính bằng áp suất đầu vào van phụ

Khi áp suất đầu vào tăng thì áp suất trong khoang van chính cũng tăng, khi áp suất này lớn hơn áp suất định mức của van phụ thì van phụ sẽ mở cho lưu chất đi qua về bể hoặc bồn chứa, áp suất trong khoang van chính bằng áp suất xả định mức.

Trong trường hợp áp suất đầu vào tiếp tục tăng thì hiệu suất giữa áp suất đầu vào và áp suất định mức của van phụ cũng tăng cho đến khi lực tác động của hiệu áp suất này thắng lực đàn hồi của lò xo van chính thì van chính mở cho lưu chất qua van chính về bể/ bồn chứa.

Ngoài ra chúng ta còn phân loại van theo môi trường sử dụng

Van an toàn nồi hơi (van an toàn hơi)

Đây là dòng van được chế tạo bằng chất liệu đồng, gang, inox, thép…có khả năng chịu nhiệt độ cao, áp suất cao. Van được lắp đặt trong các hệ thống lò hơi, lò sấy, các công xưởng sản xuất thực phẩm, các hệ thống sưởi ấm cho toàn nhà, khu dân cư.

Đây là một trong những thiết bị quan trọng trong việc bảo vệ nồi hơi và toàn bộ hệ thống hơi. Van có kích cỡ: DN15 – DN200 phù hợp với tất cả các đường ống hệ thống lắp đặt.

Van an toàn nước

Van an toàn dùng cho môi trường nước, hóa chất có nhiệt độ thấp. Tương tự như van dùng cho hơi, van dùng cho nước cũng được làm bằng đồng, thép, inox, gang.

Các hệ thống nhà máy, công xưởng, xưởng sản xuất, hệ xử lý nước, các tòa nhà cao tầng thường sử dụng dạng van này.

Van an toàn khí nén

Trong một số hệ thống sử dụng khí nén luôn cần những thiết bị điều chỉnh, kiểm soát và đảm bảo độ an toàn cho đường ống tránh khỏi những hiện tượng nổ vỡ đường ống khi quá áp.

Van an toàn khí nén thường dùng có các dòng chất có áp lực cao các dòng khí như Argon, khí gas, khí CO₂ , với áp lực định mức được cài đặt sẵn từ 5 – 25bar.

Ngoài ra van an toàn khí nén có thể sử dụng cho các dòng không khí với nhiệt độ thấp (độ âm) hoặc với những dòng khí có nhiệt độ cao đều thích hợp.

Cách lựa chọn van an toàn phù hợp nhất cho hệ thống

Để lựa chọn được một van an toàn thích hợp nhất cần chú ý những yếu tố sau:

Kích thước và loại kết nối

Kích thước van phải tương ứng với kích thước của đường ống vào và xả. Ủy ban Quốc gia quy định rằng cả đường ống đầu vào và đường ống xả được kết nối với van ít nhất phải lớn bằng cửa vào / cửa xả trên chính van.

Các loại kết nối cũng rất quan trọng, tất cả các yếu tố này giúp xác định sử dụng van nào.

Mức áp suất định mức của hệ thống

Mỗi hệ thống khi lắp đặt đều có một mức áp suất làm việc định mức, nếu vượt quá áp suất đó sẽ gây nguy hiểm cho hệ thống. Dẫn đến tình trạng nổ vỡ, nguy hiểm cho toàn bộ hệ thống và cả cho người vận hành.

Theo thiết kế cần lựa chọn áp suất van an toàn với áp suất mở cao hơn 8 – 15% so với áp suất định mức của của hệ thống. Khi áp suất tăng cao van sẽ được kích hoạt, vận hành một cách dễ dàng nhất.

Vật liệu chế tạo van

Tùy thuộc vào dòng lưu chất khác nhau có những tính chất lý hóa chúng ta cần đưa ra sự lựa chọn hợp lý nhất. Với những hóa chất mạnh cần lựa chọn loại inox với độ hoạt động tốt sẽ giúp van có tuổi thọ làm việc cao.

Với các dòng nước, khí nóng sử dụng lựa chọn van an toàn đồng, gang. Với đường ống nhiệt độ cao, áp suất cao ta nên lựa chọn loại van an toàn bằng thép để có hiệu suất làm việc hiệu quả nhất.

Ngoài ra để làm việc được tốt nhất van được thiết kế với các lớp gioăng có khả năng làm việc ổn định và tốt nhất. Gioăng phải có độ tương thích, chịu nhiệt chịu áp suất tốt.

Nhiệt độ lưu chất

Van không những cần tương thích với lưu chất mà còn phải có khả năng hoạt động tốt ở nhiệt độ vận hành dự kiến. Nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến công suất dòng chảy và lò xo của van trong các ứng dụng vô cùng khắc nghiệt như cực nóng hay cực lạnh.

Xem thêm: Cách lắp đặt van an toàn đúng nhất, hợp lý nhất !

Vị trí lắp đặt van an toàn trong một hệ thống

Để đảm bảo rằng áp suất tích lũy tối đa cho phép của bất kỳ hệ thống hoặc thiết bị nào được bảo vệ bởi van an toàn không bao giờ bị vượt quá, phải xem xét cẩn thận vị trí của van an toàn trong hệ thống.

Vì có một phạm vi rộng các ứng dụng như vậy, không có quy tắc tuyệt đối về vị trí của van nên được đặt và do đó, mọi ứng dụng cần phải được xử lý riêng. Van an toàn có thể được lắp trong chính trạm giảm áp, nghĩa là trước van chặn hạ lưu hoặc tiếp tục xuôi dòng.

Lắp van an toàn trước khi van chặn hạ lưu có những ưu điểm sau:

• Van an toàn có thể được kiểm tra nội tuyến bằng cách tắt van dừng hạ lưu mà không có khả năng thiết bị hạ lưu bị quá áp, nếu van an toàn bị hỏng khi thử.
• Khi thử nghiệm được thực hiện nội tuyến, van an toàn không phải tháo ra và thử nghiệm băng ghế, điều này sẽ tốn kém và mất thời gian hơn.
• Khi đặt PRV trong điều kiện không tải, có thể quan sát được hoạt động của van an toàn, vì điều kiện này rất có thể gây ra ‘âm thanh sôi’. Nếu điều này xảy ra, áp suất PRV có thể được điều chỉnh xuống dưới áp suất nối lại van an toàn.
• Bất kỳ sự cất cánh bổ sung nào ở hạ lưu đều được bảo vệ. Chỉ các thiết bị có MAWP thấp hơn yêu cầu bảo vệ bổ sung. Điều này có thể có lợi ích chi phí đáng kể.