Bất kỳ hệ thống điều áp nào cũng cần có các thiết bị an toàn để bảo vệ con người, quy trình vận hành và tài sản. Bài viết này sẽ nêu chi tiết đến loại van an toàn, các loại van an toàn thường dùng, cách hoạt động và những quy tắc, tiêu chuẩn về loại van này.
Giới thiệu về van an toàn
Van an toàn là một thiết bị thủy lực dùng để điều chỉnh áp suất trong ống dẫn hoặc bồn chứa khí hoặc chất lỏng. Van an toàn thuộc nhóm thiết bị điều chỉnh áp suất đầu vào.
Nhiệm vụ chính của van an toàn là bảo vệ mạch thủy lực khỏi sự tăng áp vượt giá trị định mức (giá trị định mực được cài đặt sẵn). Trong quá trình làm việc, van an toàn luôn ở trạng thái đóng. Khi áp suất đầu vào của van vượt giá trị định mức, van an toàn mở ra cho phép một phần chất lỏng chảy qua van và tuần hoàn về thùng chứa. Vì van an toàn có thể là thiết bị duy nhất để ngăn chặn sự cố nghiêm trọng trong điều kiện áp suất quá cao, nên nó có khả năng hoạt động mọi lúc và trong mọi điều kiện có thể.
Lịch sử phát triển van an toàn
Ngay khi loài người có thể đun sôi nước để tạo ra hơi nước, sự cần thiết của thiết bị an toàn trở nên rõ ràng. Cách đây 2000 năm, người Trung Quốc đã sử dụng vạc có nắp đậy để cho phép sản xuất hơi nước (tương đối) an toàn hơn. Vào đầu thế kỷ 14, các nhà hóa học đã sử dụng phích cắm hình nón và sau đó là lò xo nén để hoạt động như các thiết bị an toàn trên bình điều áp.
Đầu thế kỷ 19, các vụ nổ nồi hơi trên tàu và đầu máy xe lửa thường do các thiết bị an toàn bị lỗi, dẫn đến sự phát triển của các van xả an toàn đầu tiên.
Vào năm 1848, Charles Retchie đã phát minh ra buồng tích lũy, làm tăng bề mặt nén bên trong van an toàn cho phép nó mở ra nhanh chóng trong một giới hạn áp suất hẹp.
Ngày nay, hầu hết người sử dụng hơi nước đều phải tuân thủ các quy định về an toàn và sức khỏe của con người để đảm bảo rằng nhà máy và quy trình của họ sử dụng các thiết bị và biện pháp an toàn, nhằm tránh các điều nguy hiểm và rủi ro.
Ứng dụng của van an toàn
Van an toàn được lắp đặt ở bất cứ nơi nào áp suất làm việc tối đa cho phép (MAWP) của hệ thống hoặc bình chứa áp suất có khả năng bị vượt quá. Trong các hệ thống hơi nước, van an toàn thường được sử dụng để bảo vệ quá áp suất nồi hơi và các ứng dụng khác như hạ lưu bộ điều khiển giảm áp suất. Mặc dù vai trò chính của chúng là đảm bảo an toàn, van an toàn cũng được sử dụng trong các hoạt động của các quy trình để ngăn ngừa hư hỏng sản phẩm do áp suất quá mức. Áp suất dư thừa có thể được tạo ra trong một số tình huống khác nhau, bao gồm:
- Sự mất cân bằng của lưu lượng chất lỏng gây ra bởi các van cách ly đóng hoặc mở vô tình trên bình xử lý.
- Lỗi hệ thống làm mát, cho phép hơi hoặc chất lỏng giãn nở.
- Khí nén hoặc mất điện để điều khiển thiết bị.
- Tăng áp suất thoáng qua.
- Lỗi ống trao đổi nhiệt.
- Các phản ứng tỏa nhiệt không kiểm soát được trong các nhà máy hóa chất.
- Nhiệt độ môi trường thay đổi.
Phân loại van an toàn
Các thuật ngữ “van an toàn” và “van giảm áp an toàn” là các thuật ngữ chung để mô tả nhiều loại thiết bị giảm áp suất được thiết kế để ngăn chặn sự tích tụ quá mức áp suất chất lỏng bên trong. Có sẵn nhiều loại van khác nhau cho nhiều ứng dụng và tiêu chí hiệu suất khác nhau.
Hơn nữa, van an toàn sẽ được thiết kế khác nhau theo yêu cầu để đáp ứng nhiều tiêu chuẩn quốc gia trong việc sử dụng van an toàn.
Các tiêu chuẩn ASME/ANSI PTC25.3 áp dụng cho Hoa Kỳ xác định các thuật ngữ chung sau:
Van giảm áp: bao gồm van an toàn, van xả và van xả an toàn.
- Van an toàn: là một van giảm áp được kích hoạt bởi áp suất tĩnh đầu vào và có đặc điểm mở/bật nhanh.
Van an toàn chủ yếu được sử dụng với khí nén và đặc biệt cho các dịch vụ hơi nước và không khí.
- Van xả - Một thiết bị giảm áp suất được kích hoạt bởi áp suất tĩnh đầu vào có độ nâng dần dần thường tỷ lệ với mức tăng áp suất so với áp suất mở.
Van xả thường được sử dụng trong các hệ thống chất lỏng, và có thể được sử dụng trên các hệ thống bơm dưới dạng thiết bị tràn áp suất.
- Van xả an toàn - Van giảm áp được đặc trưng bởi tác động mở hoặc bật nhanh, hoặc bằng cách mở tỷ lệ với mức tăng áp suất so với áp suất mở, tùy thuộc vào ứng dụng và có thể được sử dụng cho chất lỏng hoặc chất lỏng có thể nén được.
Van xả an toàn sẽ hoạt động như một van an toàn khi được sử dụng trong hệ thống khí nén, nhưng nó sẽ mở tương ứng với áp suất quá mức khi được sử dụng trong hệ thống chất lỏng, giống như van xả.
Cấu tạo van an toàn
Một van an toàn cơ bản được cấu thành từ các bộ phận sau:
Thân van: được làm từ các chất liệu có tính chất chống ăn mòn, chống lại được các tác động lực từ bên ngoài như inox, gang, hoặc thép không rỉ hoặc chất liệu đồng.
Bộ phận xoay xả lưu chất ra ngoài: là bộ phận thực hiện việc kết nối với với đường xả của van để xả áp suất khi các chỉ số vượt quá mức cho phép.
Bộ phận kết nối vào đường ống: đảm nhiệm việc kết nối với các đường ống (có thể là ren hay lắp bích) một cách an toàn và chắc chắn hơn. Thường dùng đồng nối ren hay gang lắp bích.
Đĩa: khi áp suất hay áp lực vượt quá mức cho phép thì đĩa sẽ ngăn dòng chảy lưu chất bằng cách đẩy lò xo lên để mở xả lưu chất và bịt chặt đầu phun.
Lò xo: có vai trò cố định đĩa van, tạo áp suất đẩy và giữ đĩa van ở trạng thái đóng đồng thời tạo lực đàn hồi để kích hoạt van hoạt động trong các trạng thái cần thiết.
Đệm lò xo: có tác dụng cố định lò xo nếu van không thể hoạt động.
Nắp chụp bảo vệ: là bộ phận lắp ghép liền với thân van để tạo nên một bộ phận kín lưu chất, hạn chế tối đa tình trạng rò rỉ.
Trục đĩa van: thường nằm trong lò xo nhằm giúp van di chuyển đúng hướng.
Nút bịt: có tác dụng giúp làm kín van.
Vít điều chỉnh: có tác dụng thay đổi áp suất đầu vào của van.
Tay giật: có nhiệm vụ giật khi chưa tới ngưỡng an toàn, tuy nhiên không phải loại nào cũng có.
Hoạt động cơ bản của van an toàn
Mỗi van an toàn sẽ chỉ tiếp nhận một áp suất với 1 định mức nhất định. Van mở khi áp suất của hệ thống tác động lên đỉnh của piston và lực đó thắng được lực của lò xo để áp suất không vượt qua ngưỡng chỉ định. Giá trị áp suất đặt trước này được thể hiện trên chính độ căng của lò xo và có thể điều chỉnh được nhờ ecu trên đỉnh van.
Van an toàn hoạt động dựa trên nguyên lý cân bằng lực của các ngược chiều nhau giống với nguyên lý Bernoulli. Van sẽ được cài đặt các thông số áp suất an toàn trước khi lắp đặt và vận hành vào hệ thống. Các thông số sẽ tùy theo hệ thống được lắp đặt để điều chỉnh phù hợp.
Thông thường van an toàn sẽ duy trì ở trạng thái đóng, lúc này lực đàn hồi của lò xò có thể áp đảo được lực của dòng lưu chất. Nếu áp suất hay áp lực từ bên dưới đĩa van vượt quá áp suất an toàn thì lực đàn hồi của lò xo hay piston cùng áp lực của các lưu chất sẽ đẩy lên đĩa van hoặc piston để đĩa van mở ra, cho phép các chất lỏng chảy ngược lại cho đến khi các thông số về với mức ổn định ban đầu.
Trên đây là một số thông tin chi tiết về Van an toàn – một trong những thiết bị quan trọng không thể thiếu của các hệ thống ống dẫn công nghiệp. Khi có nhu cầu về loại van này hay các thiết bị áp lực khác, hãy liên hệ với Lò hơi Bách Khoa để được tư vấn sản phẩm chất lượng nhất với giá thành phù hợp với nhu cầu của bạn.
