Cách chọn van cầu đúng là chốt 7 thông số trước khi mua: môi chất, áp suất thiết kế, nhiệt độ, vật liệu thân và trim, kiểu nối, kích thước theo Kv và kiểu điều khiển. Mỗi thông số loại bớt một nhóm van cầu không phù hợp, nên thứ tự dưới đây đi từ điều kiện vận hành đến cấu hình van cụ thể.
Thiếu một thông số, nhà cung cấp chỉ có thể báo giá theo DN ống, và đó là nguyên nhân hay gặp của việc van rò đĩa, kẹt ty hoặc ăn mòn thân sau vài tháng.
Bước 1: Xác định van cầu có phải loại van cần dùng
Van cầu đóng mở bằng cách nâng hạ đĩa vuông góc với bệ, nên đĩa chỉ cách bệ một khoảng ngắn là đã tạo được khe điều tiết, và khi hạ xuống thì ép kín bệ rất chặt. Vì vậy van cầu hợp với ba nhu cầu: điều tiết lưu lượng, đóng mở thường xuyên (hành trình ngắn, ít mòn bệ hơn van cổng) và cần kín tốt.
Đổi lại, dòng đổi hướng hai lần trong thân chữ Z nên tổn thất áp suất lớn. Hệ số trở lực K khi mở hoàn toàn của van cầu thân Z khoảng 4–10, trong khi van cổng khoảng 0,1–0,2 và van bi full bore khoảng 0,05 (tham khảo). Đường ống chỉ đóng ngắt, ít thao tác và cần tổn thất thấp thì nên dùng van cổng hoặc van bi.
Muốn đối chiếu chi tiết, xem phần so sánh với các loại van khác và phân tích ưu nhược điểm của van cầu trước khi chuyển sang các bước sau.
Bước 2: Môi chất và vật liệu thân van
Môi chất quyết định vật liệu thân trước cả áp suất. Cần ghi rõ môi chất là nước sạch, nước thải, nước biển, hơi, dầu, khí nén hay hóa chất, kèm nồng độ clorua, pH và có hạt rắn hay không.
| Vật liệu thân | Nhiệt độ tham khảo | Môi chất phù hợp | Lý do và giới hạn |
|---|---|---|---|
| Gang xám (FC) | Tới khoảng 180–200 °C | Nước sạch, nước thải nhẹ, khí, dầu nhẹ | Giá thấp nhưng giòn vì graphit dạng tấm; không dùng cho hơi áp cao, không dùng cho nước biển |
| Gang dẻo (FCD) | Tới khoảng 350 °C | Nước nóng, hơi, dầu | Graphit cầu giúp chịu va đập và giãn nở nhiệt tốt hơn gang xám |
| Đồng thau, đồng đỏ | Tới khoảng 180–200 °C; van hơi đồng thường ≤ 10 bar | Nước sạch, khí nén, hơi áp thấp | Đồng thau có thể bị khử kẽm trong nước mềm hoặc nước nhiều clo; chọn đồng đỏ hoặc đồng thau DZR |
| Thép carbon (WCB) | −29 đến 425 °C | Hơi, dầu nóng, khí, nước | Chịu áp và nhiệt cao nhưng gỉ trong môi trường ẩm hoặc có axit |
| Inox CF8 (304) và CF8M (316) | −196 đến khoảng 400–550 °C tùy mác và cấp áp | Nước sạch, thực phẩm, hóa chất nhẹ; 316 cho nước biển, nước muối | Lớp màng thụ động Cr₂O₃ tự tái tạo; 316 có thêm 2–3% Mo nên chịu ion clorua tốt hơn 304 |
Các giới hạn trên chỉ để tham khảo, đối chiếu catalogue hãng vì còn phụ thuộc gioăng, tết chèn và cấp áp.
Với nước sạch, khí nén và hệ chữa cháy, van cầu gang thường kinh tế nhất. Môi trường có clorua, thực phẩm hoặc hóa chất nhẹ nên xem van cầu inox, còn đường nước nóng sinh hoạt cỡ nhỏ thường dùng van cầu đồng.
Bước 3: Cách chọn van cầu theo áp suất và nhiệt độ làm việc
Chọn cấp áp PN sao cho PN của van lớn hơn hoặc bằng áp suất thiết kế tại đúng nhiệt độ làm việc, không phải ở nhiệt độ thường. Áp suất cho phép của thân van giảm khi nhiệt độ tăng theo đường cong P–T của từng vật liệu, vì giới hạn chảy của kim loại giảm khi nóng lên.
Ví dụ, van cầu gang PN16 làm việc ở 180 °C chỉ chịu được áp suất thấp hơn 16 bar; giá trị cụ thể lấy từ bảng P–T của hãng. Cùng một van nhãn PN16, dùng cho nước 30 °C và cho hơi 180 °C là hai điều kiện khác nhau.
Cấp áp thường gặp là PN10/PN16 cho gang, PN16–PN40 cho thép và inox, đồng ren thường PN16–PN20; cần kiểm tra nhãn thân van. Hơi nóng nên ưu tiên gang dẻo, thép hoặc inox thay cho gang xám, vì gang xám giòn và dễ nứt khi sốc nhiệt lúc xả nước ngưng.
Bước 4: Vật liệu làm kín đĩa, bệ và tết chèn
Đĩa và bệ là cặp làm kín chính. Có hai nhóm, mỗi nhóm hợp một dải điều kiện khác nhau.
Đĩa mềm: PTFE, EPDM
Vòng làm kín phi kim loại biến dạng nhẹ khi ép vào bệ nên đạt độ kín bọt khí ở lực siết nhỏ. Điểm yếu là hạt rắn, mạt sắt và cặn làm xước hoặc rách mặt mềm, sau đó van rò. PTFE trơ với gần như mọi axit, kiềm nhưng chảy dão ở nhiệt độ cao nên thường giới hạn khoảng 180–200 °C; EPDM chịu nước nóng và hơi bão hòa áp thấp nhưng không hợp dầu khoáng.
Đĩa và bệ kim loại: inox, stellite
Mặt kim loại cứng, chịu nhiệt và chịu xói mòn tốt hơn nên dùng cho hơi, nhiệt độ cao và dòng có hạt. Trim inox hoặc phủ stellite (hợp kim Co–Cr) giữ được độ cứng ở nhiệt độ cao, nhưng vì hai mặt kim loại tiếp xúc nên độ kín thường kém hơn đĩa mềm; cần mài rà bệ khi sửa.
Tết chèn quanh ty van
Tết chèn graphite chịu nhiệt cao hơn PTFE, hợp hơi nóng và dầu nhiệt. Tết chèn PTFE trơ hóa học hơn, hợp hóa chất ăn mòn ở nhiệt độ vừa phải. Nhiệt độ môi chất vượt giới hạn tết chèn thì van rò qua ty dù đĩa vẫn kín.
Bước 5: Kiểu nối ren, bích hoặc hàn
Kiểu nối quyết định cách tháo lắp và độ kín của mối nối với đường ống.
- Nối ren: dùng cho cỡ nhỏ, thường tới DN50, lưu lượng nhỏ; lắp nhanh; nếu cần tháo bảo trì thường xuyên nên lắp kèm rắc co. Mối ren khó kín khi áp cao hoặc đường ống rung.
- Nối bích: phổ biến từ DN15 đến DN300 trở lên, tháo van ra khỏi đường ống bằng bu lông mà không cắt ống. Bích phải cùng tiêu chuẩn và cấp PN với bích ống.
- Nối hàn SW/BW: SW (hàn lồng) cho cỡ nhỏ, BW (hàn đối đầu) cho cỡ lớn; không có mối nối rời nên không rò ở mối nối, hợp áp và nhiệt độ cao. Van hàn khó tháo, chỉ chọn khi ít phải bảo trì.
Bước 6: Kích thước theo Kv, không chỉ theo DN ống
Van cầu cùng DN nhưng khác kiểu thân sẽ có Kv khác nhau, nên DN van không nên mặc định bằng DN ống. Kv là lưu lượng nước (m³/h) qua van ở ΔP = 1 bar; Cv tính bằng gpm ở 1 psi, với Kv = 0,865 × Cv. Việc tính tổn thất áp suất theo Kv dùng công thức ΔP (bar) = SG × (Q/Kv)², Q tính bằng m³/h, SG là tỷ trọng so với nước.
Ví dụ: lưu lượng nước 20 m³/h, tổn thất cho phép 0,3 bar thì Kv yêu cầu = 20/√0,3 ≈ 36,5 (Cv ≈ 42). Van có Kv định mức đúng bằng 36,5 sẽ phải mở hết mới đạt lưu lượng, không còn dư để điều tiết.
Van điều tiết nên có Kv định mức lớn hơn Kv yêu cầu khoảng 1,3–2 lần để vận hành ở 20–80% hành trình. Van mở dưới khoảng 10–15% hành trình trong thời gian dài sẽ bị xói mòn đĩa và bệ do vận tốc qua khe hẹp lớn, kèm rung và ồn. Van chọn quá lớn gây đúng hiện tượng này.
Bước 7: Kiểu điều khiển tay quay, điện hoặc khí nén
Tay quay hợp van ít thao tác. Cỡ lớn cần mô-men cao thì thêm hộp số để giảm lực quay.
Khi cần vận hành từ xa, dùng van điều khiển điện: loại on/off chỉ mở hoặc đóng hoàn toàn, loại điều biến (modulating) nhận tín hiệu 4–20 mA để đặt độ mở. Bộ truyền động điện chạy chậm, giữ nguyên vị trí khi mất điện (trừ loại có lò xo hoặc pin dự phòng), và cần lưu ý cấp bảo vệ IP khi lắp ngoài trời.
Van điều khiển khí nén đóng mở nhanh và dùng được ở khu vực dễ cháy nổ, với điều kiện solenoid, positioner và công tắc hành trình có chứng nhận phòng nổ (Ex) phù hợp. Lò xo hồi vị quyết định trạng thái khi mất khí: fail-close (mất khí thì đóng) cho đường nhiên liệu, fail-open (mất khí thì mở) cho đường nước làm mát. Chọn theo hậu quả an toàn của hệ thống.
Thương hiệu và chứng từ cần kiểm tra
Với van công nghiệp, chứng từ đi kèm quan trọng không kém thương hiệu. Cần có CO (xuất xứ) và CQ (chất lượng) cho lô hàng; với hệ thống yêu cầu truy xuất, hỏi thêm chứng chỉ vật liệu thân.
Nhãn hoặc dập nổi trên thân phải đọc được DN, PN, vật liệu và mũi tên chỉ hướng dòng. Thiếu các thông tin này thì không đối chiếu được với bảng P–T. Tại Viva có van cầu Toyo và van cầu Minh Hòa; thông số từng mã lấy từ catalogue của hãng.
Checklist trước khi đặt hàng
Kiểu thân (chữ Z, chữ Y, thân góc) ảnh hưởng đến tổn thất áp suất và khả năng chịu áp; chi tiết ở bài đặc điểm thiết kế van cầu. Sau đó đối chiếu các mục sau với yêu cầu của hệ thống:
| Thông số | Cần xác nhận | Cơ sở |
|---|---|---|
| Môi chất | Loại, nồng độ clorua, pH, hạt rắn | Bước 2 |
| Áp suất thiết kế | PN tại nhiệt độ làm việc | Bước 3, đường cong P–T |
| Nhiệt độ | Nhiệt độ lớn nhất, có sốc nhiệt hay không | Bước 3 |
| Vật liệu thân, trim, tết chèn | Gang, đồng, WCB hay inox; đĩa mềm hay kim loại | Bước 2 và 4 |
| Kiểu nối và tiêu chuẩn | Ren, bích (tiêu chuẩn, PN), hàn | Bước 5 |
| Kv và DN | Kv yêu cầu, ΔP cho phép | Bước 6 |
| Kiểu điều khiển | Tay quay, điện, khí nén, trạng thái khi mất nguồn | Bước 7 |
Cuối cùng kiểm tra mũi tên trên thân và vị trí lắp so với hướng dòng chảy. Đa số van tay quay cho dòng vào dưới đĩa; van cỡ lớn, hơi nóng hoặc van điều khiển fail-close có thể quy định dòng vào trên đĩa, khi đó luôn theo mũi tên và hướng dẫn của hãng.
Sau khi chọn xong, tham khảo cách lắp đặt van cầu đúng chiều và đúng khoảng cách tháo bảo trì, và đối chiếu bảng giá van cầu theo vật liệu và kích thước đã chốt.
Tư vấn chọn van cầu tại Viva
Nếu chưa chắc về môi chất, nhiệt độ hoặc Kv, gửi bảng thông số 7 mục trên kèm bản vẽ hoặc ảnh vị trí lắp để kỹ thuật Viva kiểm tra cấu hình van trước khi báo giá.
Địa chỉ: Số 20 ngõ 102 Hoàng Đạo Thành, P. Khương Đình, TP. Hà Nội
Phụ trách kinh doanh: Miss Hoa
Câu hỏi thường gặp về cách chọn van cầu
Van cầu có dùng được cho nước biển không?
Chỉ nên dùng thân inox 316, đồng đỏ chống khử kẽm hoặc vật liệu chuyên dụng cho nước biển. Gang và đồng thau thường bị ăn mòn nhanh vì ion clorua.
Chọn van cầu theo DN ống hay theo Kv?
DN ống chỉ cho biết kích thước nối. Với van điều tiết cần tính Kv yêu cầu từ lưu lượng và tổn thất áp suất cho phép, rồi chọn van có Kv định mức lớn hơn khoảng 1,3–2 lần.
Van cầu PN16 có chịu được 16 bar ở mọi nhiệt độ không?
Không. Áp suất cho phép giảm khi nhiệt độ tăng theo đường cong P–T của vật liệu thân. Cần xem bảng P–T của hãng tại nhiệt độ làm việc thực tế.
Đĩa mềm hay đĩa kim loại thì kín hơn?
Đĩa mềm PTFE hoặc EPDM kín hơn ở nhiệt độ thấp và dòng sạch. Đĩa kim loại hoặc stellite chịu hơi, nhiệt cao và hạt rắn tốt hơn nhưng độ kín thường thấp hơn.
Van cầu hơi nóng nên chọn vật liệu gì?
Ưu tiên gang dẻo, thép WCB hoặc inox, kèm tết chèn graphite và trim kim loại. Tránh gang xám cho hơi áp cao vì giòn và dễ nứt khi sốc nhiệt.
Bài viết rất hay