Lựa chọn van an toàn gồm 10 bước: kịch bản quá áp và môi chất, áp suất đặt, nhiệt độ, lưu lượng cần xả, diện tích lỗ, áp suất ngược, kiểu nắp, vật liệu, kiểu nối và tiêu chuẩn chứng nhận. Bỏ sót một bước thì van vẫn lắp được nhưng có thể xả thiếu, đập van hoặc rò rỉ sớm. Bài này đi theo đúng thứ tự đó, kèm bảng checklist thông tin cần gửi khi xin báo giá.
Chưa nắm khái niệm cơ bản thì xem trước bài van an toàn là gì và bài thuật ngữ liên quan (áp đặt, độ quá áp, áp suất xả, blowdown). Bài này là bài tổng về lựa chọn van an toàn trong nhóm tính toán và chọn van. Phần công thức nằm ở bài riêng để quy trình ở đây gọn và dễ theo.
Quy trình lựa chọn van an toàn gồm 10 bước
Thứ tự các bước quan trọng vì bước sau dùng kết quả của bước trước. Chưa biết môi chất thì chưa chọn được vật liệu, chưa biết lưu lượng thì chưa chọn được cỡ van.
- Xác định kịch bản quá áp và môi chất (pha, tính ăn mòn, độc hại).
- Chốt áp suất đặt dựa trên áp thiết kế thiết bị và áp làm việc.
- Ghi nhiệt độ làm việc và nhiệt độ xả.
- Tính lưu lượng cần xả của kịch bản nặng nhất.
- Tính diện tích lỗ yêu cầu rồi chọn lỗ và DN.
- Xác định áp suất ngược để chọn loại thông thường, cân bằng hay pilot.
- Chọn nắp kín hay hở, có tay giật hay không, nâng thấp hay nâng toàn phần.
- Chọn vật liệu thân, trim, lò xo và gioăng theo môi chất.
- Chọn kiểu nối ren hay bích, kích thước đầu vào và đầu ra.
- Chọn tiêu chuẩn chứng nhận và kiểm tra hồ sơ của van.
Bước 1: Xác định kịch bản quá áp và môi chất
Lựa chọn van an toàn phải dựa trên kịch bản gây quá áp nặng nhất, không phải tình huống thường gặp nhất. Các kịch bản phổ biến gồm van điều khiển đầu vào kẹt mở, mất nước làm mát, cháy bên ngoài bình, giãn nở nhiệt của chất lỏng bị nhốt và máy nén bị chặn đầu ra. Bài kịch bản quá áp và khi nào cần van an toàn liệt kê các trường hợp này kèm điều kiện áp dụng.
Với mỗi kịch bản, ghi rõ môi chất và pha ở điều kiện xả, vì mỗi loại dùng công thức tính cỡ lỗ khác nhau. Tính ăn mòn, độc hại và dễ cháy của môi chất quyết định kiểu nắp và vật liệu ở các bước sau.
Bước 2: Chốt áp suất đặt khi lựa chọn van an toàn
Khi lựa chọn van an toàn, áp suất đặt (set pressure) là thông số đầu tiên: áp suất van bắt đầu mở. Với một van, áp đặt không cao hơn áp suất làm việc tối đa cho phép (MAWP) của thiết bị; khi dùng nhiều van, van bổ sung có thể đặt tới 105% MAWP, và van riêng cho kịch bản cháy tới 110% (ASME VIII, tham khảo). Áp suất làm việc bình thường nên không vượt khoảng 90% áp đặt, và biên này phải lớn hơn blowdown của van để van đóng lại được sau khi xả.
Van lò xo chỉ đóng lại khi áp suất rơi xuống dưới áp đặt một đoạn, gọi là blowdown, khoảng 4 đến 10% áp đặt tùy thiết kế và hãng (tham khảo). Van pilot có thể cho áp làm việc tới khoảng 95% áp đặt, theo hãng. Nếu áp làm việc nằm sát áp đặt, đĩa van bị nhấc nhẹ liên tục, bệ mòn nhanh và van rò. Áp suất xả thường lấy bằng áp đặt cộng độ quá áp cho phép, 10% với một van theo ASME Section VIII (tham khảo).
Bước 3: Ghi nhiệt độ làm việc và nhiệt độ xả
Trong lựa chọn van an toàn, nhiệt độ quyết định vật liệu thân, lò xo và vật liệu bệ làm kín. Nhiệt độ cao làm giảm mô đun đàn hồi của lò xo, lực lò xo giảm nên áp mở thực tế thấp hơn giá trị chỉnh ở nhiệt độ phòng. Vì vậy hãng hiệu chỉnh áp đặt nguội (CDTP) và dùng nắp hở hoặc đoạn tản nhiệt khi môi chất nóng. Ngưỡng nhiệt độ cụ thể theo catalogue hãng.
Hãy ghi cả nhiệt độ bình thường và nhiệt độ xả vì hai giá trị này thường khác nhau. Nhiệt độ thấp cũng cần ghi vì gang giòn hơn và gioăng cao su cứng lại.
Bước 4: Tính lưu lượng cần xả để lựa chọn van an toàn
Lưu lượng cần xả là lượng môi chất van phải thoát ra để áp suất không vượt giới hạn cho phép, tính cho kịch bản nặng nhất ở bước 1. Mọi tính toán lựa chọn van an toàn đều bắt đầu từ con số này. Với đường vào có nhiều nhánh, lấy nhánh lưu lượng lớn nhất hoặc tổng các nhánh có thể mở đồng thời. Cách tính và các hệ số nằm trong bài công suất xả của van an toàn.
Hai sai lầm hay gặp khi lựa chọn van an toàn là lấy lưu lượng vận hành bình thường thay cho lưu lượng sự cố, và dùng công suất trong catalogue mà không kiểm tra điều kiện đi kèm (áp suất xả, môi chất, hệ số quá áp).
Bước 5: Tính diện tích lỗ xả và chọn cỡ van
Từ lưu lượng cần xả, tính diện tích lỗ yêu cầu, chọn lỗ chuẩn API 526 có diện tích hiệu dụng bằng hoặc lớn hơn (chọn sơ bộ), rồi xác nhận bằng công suất chứng nhận của model. Bài tính kích thước lỗ xả có công thức theo API 520, EN ISO 4126 và AD 2000-Merkblatt A2, một ví dụ tính bằng số và bảng lỗ chuẩn API 526 từ D đến T.
Đường kính danh nghĩa DN của cửa vào chỉ là hệ quả của diện tích lỗ, không phải căn cứ để chọn. Lựa chọn van an toàn quá cỡ gây đập van, quá nhỏ thì không xả đủ, nên cả hai đều phải tránh.
Bước 6: Lựa chọn van an toàn theo áp suất ngược
Áp suất ngược là áp suất ở cửa ra của van. Với van thông thường, áp suất ngược cộng thêm vào lực của lò xo ở mặt sau đĩa, nên áp đặt thực tế tăng đúng bằng áp suất ngược. Nếu áp suất ngược thay đổi, áp đặt cũng thay đổi theo.
Bảng sau cho thấy cách lựa chọn van an toàn theo mức áp suất ngược so với áp đặt:
| Điều kiện áp suất ngược | Loại nên chọn | Lý do |
|---|---|---|
| Xả ra khí quyển; hoặc áp suất ngược tĩnh không đổi (bù bằng áp đặt nguội) và áp suất ngược động không quá khoảng 10% áp đặt | Van thông thường (lò xo) | Cấu tạo đơn giản, dễ bảo trì. |
| Áp suất ngược tĩnh thay đổi, hoặc áp suất ngược động lớn hơn khoảng 10% áp đặt (ống xếp thường chịu khoảng 30–50% tùy hãng) | Van cân bằng ống xếp | Ống xếp cách ly mặt sau đĩa khỏi áp suất ngược, diện tích hiệu dụng ống xếp xấp xỉ diện tích bệ nên áp đặt không đổi. |
| Áp suất ngược cao hơn mức ống xếp chịu được, cần độ kín sát áp đặt, cỡ lớn | Van pilot (gián tiếp) | Áp hệ thống tự giữ đĩa đóng, nên áp làm việc có thể tiến gần áp đặt hơn và giới hạn áp suất ngược thường cao hơn van ống xếp (theo hãng). |
Với hóa chất, ống xếp còn bảo vệ lò xo khỏi môi chất ăn mòn, nên van cân bằng cũng thường được chọn cho hóa chất. Bài ưu nhược điểm từng loại so sánh chi tiết ba kiểu này, kể cả điểm yếu của ống xếp khi bị thủng.
Bước 7: Lựa chọn van an toàn nắp kín hay hở, tay giật, nâng thấp hay toàn phần
Nắp hở cho phép môi chất rò qua lò xo thoát ra ngoài, nên chỉ dùng khi môi chất an toàn như hơi nước hoặc khí nén xả trực tiếp ra khu vực không có người. Nắp kín (nắp chụp) giữ môi chất trong thân, dùng khi xả về đường ống thu gom, hoặc môi chất độc, dễ cháy, ăn mòn.
Tay giật dùng để nhấc đĩa bằng tay khi kiểm tra định kỳ. Tiêu chuẩn ASME thường yêu cầu cơ cấu này cho van hơi, khí nén và nước nóng trên 60 °C (tham khảo, đối chiếu quy định áp dụng cho thiết bị của bạn). Với môi chất độc hại không cho phép rò, nên chọn van không tay giật nắp kín.
Van nâng toàn phần mở đủ để toàn bộ diện tích lỗ tham gia xả, dùng cho công suất xả lớn. Van nâng thấp có hành trình đĩa ngắn nên lưu lượng thấp hơn trên cùng cỡ lỗ, phù hợp ứng dụng nhỏ, chất lỏng hoặc giãn nở nhiệt. Khi công suất xả lớn, nên chọn kiểu nâng toàn phần; nếu dùng kiểu khác, tính theo hệ số xả đã chứng nhận của đúng kiểu van đó.
Bước 8: Lựa chọn van an toàn theo vật liệu thân, trim, lò xo và gioăng
Vật liệu chọn theo môi chất tiếp xúc, nhiệt độ và áp suất, không chọn theo giá. Bảng dưới là hướng chọn nhanh, cần đối chiếu catalogue của hãng cho model cụ thể.
| Môi chất | Hướng chọn thông thường | Ghi chú |
|---|---|---|
| Hơi bão hòa, hơi nóng | Thân thép hoặc đồng, gang cho áp thấp, nắp hở, có tay giật, bệ kim loại. Xem thêm van an toàn hơi nóng | Gang giòn, tránh sốc nhiệt và va đập. |
| Nước, nước nóng | Thân đồng hoặc inox, nâng thấp. Xem thêm van an toàn nước | Nước gần như không nén nên áp suất tăng rất nhanh khi bị chặn. |
| Khí nén, không khí | Thân đồng, gang, thép hoặc inox, nắp hở hoặc kín | Gioăng mềm cho độ kín tốt hơn nhưng giới hạn nhiệt độ. |
| Môi chất ăn mòn, nước biển, hóa chất | Inox 316 hoặc vật liệu theo bảng tương thích, van cân bằng ống xếp | Inox 316 chứa khoảng 2 đến 3% Mo giúp lớp thụ động bền hơn trong môi trường clorua so với 304. |
Vì sao 316 chịu clorua tốt hơn 304: molypden ổn định màng oxit crom trên bề mặt, làm khó hình thành các điểm rỗ. Xem thêm về thép không gỉ trên Wikipedia. Lò xo thường là thép hợp kim phủ bảo vệ, với môi chất ăn mòn nên dùng ống xếp hoặc lò xo inox thay vì chỉ đổi thân.
Bước 9: Lựa chọn van an toàn nối ren hay nối bích
Van nối ren phổ biến ở DN15 đến DN50, còn van nối bích dùng cho cỡ lớn và áp cao hơn. Hai đầu nối có thể khác kiểu và cỡ, ví dụ vào ren, ra bích. Chốt tiêu chuẩn ren (BSP, NPT) và bích (PN, ASME class) trùng với mặt nối của thiết bị. Tham khảo bài tiêu chuẩn ren ống để tránh nhầm BSP với NPT.
Kiểu nối liên quan trực tiếp đến lắp đặt. Tổn thất áp ở đường vào không nên quá 3% áp đặt (tham khảo API 520). Xem thêm yêu cầu lắp đặt về vị trí, hướng đặt van và ống xả.
Bước 10: Kiểm tra chứng nhận khi lựa chọn van an toàn
Tiêu chuẩn chứng nhận chọn theo thiết bị được bảo vệ và yêu cầu của đơn vị kiểm định. Nồi hơi thường theo ASME Section I, bình chịu áp lực theo ASME Section VIII (yêu cầu về van từ ấn bản 2021 nằm ở ASME Section XIII); hệ châu Âu dùng van theo EN ISO 4126 (tham khảo). Công suất xả của van được chứng nhận theo tiêu chuẩn đó, nên số liệu trong hồ sơ van chính là số dùng để so với lưu lượng cần xả.
Trước khi đặt hàng, đối chiếu model, áp đặt và lưu lượng chứng nhận với yêu cầu của thiết bị. Tìm hiểu thêm về van tại Safety valve trên Wikipedia và về quy chuẩn tại ASME Boiler and Pressure Vessel Code.
Checklist thông tin gửi báo giá khi lựa chọn van an toàn
Gửi đủ các thông tin dưới đây giúp rút ngắn việc trao đổi khi chọn van. Mục nào chưa có, ghi “chưa rõ” thay vì bỏ trống.
| Thông tin | Vì sao cần | Ví dụ ghi |
|---|---|---|
| Môi chất và pha | Quyết định công thức, vật liệu, kiểu nắp | Hơi bão hòa; khí nén; nước 80 °C |
| Áp suất đặt (barg hoặc MPa) | Lò xo và dải áp đặt của van | 10 barg |
| MAWP, áp thiết kế của thiết bị | Áp đặt không được vượt giá trị này | 12 barg |
| Áp suất làm việc bình thường | Kiểm tra biên khoảng 10% so với áp đặt và blowdown | 8 barg |
| Nhiệt độ làm việc và nhiệt độ xả | Chọn vật liệu, tản nhiệt, gioăng | 180 °C |
| Lưu lượng cần xả (kg/h) và kịch bản | Tính diện tích lỗ | 5.000 kg/h, kịch bản van điều khiển kẹt mở |
| Áp suất ngược và cách xả | Chọn thông thường, cân bằng hay pilot | Xả khí quyển; hoặc về đường thu gom 2 barg |
| Kiểu và kích thước nối đầu vào, đầu ra | Khớp mặt nối thiết bị | Vào bích DN40 PN16, ra DN50 |
| Tiêu chuẩn, chứng chỉ yêu cầu | Hồ sơ nghiệm thu, kiểm định | ASME VIII, CE |
| Ảnh nameplate hoặc model van đang dùng | Thay thế đúng thông số | Ảnh chụp rõ chữ khắc trên thân |
Lỗi thường gặp khi lựa chọn van an toàn
- Áp đặt quá sát áp làm việc: van rò hoặc đập liên tục.
- Bỏ qua áp suất ngược: áp đặt thực tế lệch, van mở sớm hoặc không đủ lưu lượng.
- Chọn quá cỡ: lưu lượng cần thấp hơn nhiều công suất van làm van đóng mở dồn dập.
- Dùng vật liệu theo thói quen: gang cho môi chất ăn mòn, hoặc gioăng không chịu nhiệt.
Nguyên tắc lựa chọn van an toàn áp dụng cho mọi thương hiệu. Trong danh mục có van an toàn Samyang và van an toàn Venn; xem kiểu nối của từng model trong danh mục. Sau khi có thông số theo checklist, so khớp với catalogue từng model rồi mới chốt.
Cần tư vấn lựa chọn van an toàn hoặc báo giá, xem danh mục van an toàn và gửi checklist ở trên. Địa chỉ: Số 20, Ngõ 102 Hoàng Đạo Thành, P. Khương Đình, TP. Hà Nội.
Địa chỉ: Số 20 ngõ 102 Hoàng Đạo Thành, P. Khương Đình, TP. Hà Nội
Phụ trách kinh doanh: Miss Hoa
Lựa chọn van an toàn cần những thông tin gì?
Môi chất, áp suất đặt, nhiệt độ, lưu lượng cần xả, áp suất ngược, kiểu nối, vật liệu, MAWP của thiết bị và tiêu chuẩn chứng nhận nếu có.
Áp suất đặt khi lựa chọn van an toàn nên là bao nhiêu?
Không vượt MAWP của thiết bị, và áp làm việc bình thường không quá khoảng 90% áp đặt để van không rò.
Khi nào phải dùng van an toàn cân bằng ống xếp?
Khi áp suất ngược tĩnh thay đổi, khi áp suất ngược động lớn hơn khoảng 10% áp đặt, hoặc khi cần cách ly lò xo khỏi môi chất ăn mòn.
Lựa chọn van an toàn theo DN hay theo diện tích lỗ?
Lựa chọn van an toàn theo diện tích lỗ. Lỗ phải đủ để xả lưu lượng cần xả ở áp suất xả, sau đó mới chọn DN đầu vào và đầu ra phù hợp mặt nối.
Lựa chọn van an toàn nắp kín hay nắp hở khác nhau thế nào?
Nắp hở dùng cho hơi nước hoặc khí nén xả ra ngoài. Nắp kín giữ môi chất trong thân, dùng khi xả về đường ống hoặc môi chất độc, dễ cháy, ăn mòn.
