Muốn lắp đặt van an toàn đúng, cần đủ ba điều kiện: van đứng thẳng ở vị trí gần nguồn áp, ống vào ngắn với tổn thất không quá 3% áp suất đặt, và ống xả đủ lớn, thoát được nước ngưng, dẫn về nơi an toàn. Thiếu một điều kiện, van an toàn sẽ rò rỉ, đập hoặc không xả đủ lưu lượng đúng lúc cần.
Bài này tổng hợp các yêu cầu chính khi lắp đặt van an toàn: vị trí, hướng lắp, đường ống vào – ra, trình tự thực hiện và kiểm tra trước vận hành. Phần chọn van theo môi chất, áp suất và lưu lượng nằm ở bài riêng. Van phải được điều chỉnh áp suất đặt và niêm phong trước khi đưa vào làm việc; phần đó nằm ở bài riêng.
Nguyên tắc cơ bản khi lắp đặt van an toàn
Van an toàn là lớp bảo vệ cuối cùng, phải mở đúng áp đặt dù nằm im nhiều tháng. Mọi quy tắc quy về ba việc: áp tại cửa vào van bằng áp thiết bị, đĩa đóng kín và chuyển động tự do, cửa xả không bị cản.
Bảng sau tóm tắt các yêu cầu lắp đặt van an toàn và lý do kỹ thuật của từng yêu cầu.
| Yêu cầu | Lý do kỹ thuật |
|---|---|
| Lắp đứng, cửa vào ở dưới | Trục lò xo và đĩa thẳng hàng, đĩa ngồi đều trên bệ, ít rò rỉ và ít mòn lệch. |
| Gần thiết bị cần bảo vệ | Ống vào càng ngắn thì tổn thất áp suất càng nhỏ, van ít bị đập. |
| Ống vào không nhỏ hơn cửa vào van | Cổ thắt làm giảm áp tại van khi đang xả. |
| Không có van chặn, trừ khi có khóa mở | Van chặn bị đóng nhầm sẽ vô hiệu hóa thiết bị bảo vệ. |
| Ống xả không nhỏ hơn cửa ra | Áp suất ngược tăng làm van mở sai áp hoặc đóng không dứt. |
| Ống xả dốc xuống, có thoát nước | Nước ngưng đọng ăn mòn lò xo, đĩa, bệ và làm tăng tải lên van. |
| Thân van được đỡ chắc, ống xả có giá riêng | Rung động làm van đập; trọng lượng và phản lực ống xả không được đè lên thân van. |
Vị trí lắp đặt van an toàn
Vị trí lắp đặt van an toàn: gần nguồn áp, dễ tiếp cận
Khi lắp đặt van an toàn, đặt van trực tiếp trên thiết bị cần bảo vệ: đỉnh bình chịu áp, đỉnh thân nồi hơi, hoặc đường ống ở phía cần bảo vệ. Với khí và hơi, vị trí trên đỉnh giúp van tiếp xúc pha khí, không đọng nước ngưng. Với chất lỏng, chọn điểm không đọng cặn.
Vị trí lắp đặt van an toàn phải có chỗ để tháo nắp, kéo cần tay giật và tháo van đem đi thử. Van đặt nơi không ai với tới thường bị bỏ qua khi bảo trì.
Hướng lắp đặt van an toàn: thẳng đứng, cửa vào ở dưới
Van an toàn lò xo được thiết kế để làm việc ở tư thế đứng. Lắp nghiêng hoặc nằm ngang, trọng lượng đĩa và trục dồn về một phía, đĩa ngồi lệch trên bệ nên van dễ rò rỉ, mòn không đều và lệch áp đặt. Với van nồi hơi, bộ luật ASME Section I yêu cầu trục van thẳng đứng (tham khảo).
Một số van được hãng cho phép lắp ngang, ví dụ van xả giãn nở nhiệt cho chất lỏng trong bộ trao đổi nhiệt, cửa xả hướng xuống. Nếu hồ sơ van không nói rõ, lắp đặt van an toàn ở tư thế đứng.
Tránh nhiễu dòng khi lắp đặt van an toàn
Không đặt cửa vào van ngay sau cút, tê, van điều khiển, van giảm áp, bơm hoặc máy nén. Dòng chảy ở đó xoáy và dao động áp suất, làm van mở – đóng liên tục, gây rung và mòn bệ. Khoảng cách thông dụng là từ 8 đến 10 lần đường kính ống tính từ nguồn nhiễu (tham khảo, theo thiết kế cụ thể của hệ thống).
Trên ống góp hơi, lấy nhánh từ đỉnh ống vì nước ngưng chảy vào nhánh đặt ở đáy hoặc cạnh bên. Vê tròn cửa nhánh để giảm tổn thất cửa vào.
Lắp đặt van an toàn sau van giảm áp
Nếu van giảm áp kẹt ở vị trí mở, áp cao phía trước tràn sang thiết bị phía sau chỉ chịu được áp thấp. Vì vậy khi lắp đặt van an toàn trong cụm giảm áp, đặt một van riêng phía sau van giảm áp, chỉnh theo áp làm việc tối đa cho phép của thiết bị hạ áp.
- Đặt van cách cửa ra của van giảm áp đủ xa để dòng ổn định, cũng khoảng 8–10 lần đường kính ống.
- Chọn lưu lượng xả của van an toàn không nhỏ hơn lưu lượng van giảm áp có thể cấp khi kẹt mở (tính ở áp suất đường cao áp).
- Với hệ nước, van xả nên nhìn thấy được và xả về điểm thoát nước an toàn. Cách bố trí cụm đầy đủ xem ở bài về cụm van giảm áp.
Van chặn khi lắp đặt van an toàn
Mặc định không đặt van chặn giữa thiết bị và van an toàn, cũng không đặt van chặn trên ống xả. Van chặn bị đóng thì van an toàn không còn bảo vệ được gì. Với nồi hơi theo ASME Section I, cấm van chặn giữa nồi và van an toàn, không có ngoại lệ.
Với bình chịu áp theo ASME Section VIII, bộ luật cho phép ngoại lệ trong điều kiện quy định: van chặn có lỗ thông toàn phần, không nhỏ hơn cửa vào van, được khóa hoặc niêm phong (car-seal) ở vị trí mở, và chỉ người có thẩm quyền được thao tác (tham khảo). Ngoại lệ thường gặp là bình chứa môi chất cháy, độc hại cần thay van mà không dừng hệ thống. Khi đó dùng cặp van song song với van ba ngả liên động, luôn có một van đang kết nối.
Khóa mở van chặn khác với lockout–tagout. Lockout–tagout là khóa treo thẻ khi bảo trì, để không ai cấp năng lượng hoặc mở – đóng nhầm lúc đang tháo van.
Với môi chất ăn mòn hoặc dễ kết tinh, đặt đĩa nổ trước van an toàn. Đĩa nổ cách ly môi chất khỏi đĩa van, nhưng làm giảm công suất: nhân hệ số kết hợp Kc (0,9 nếu chưa có hệ số đã chứng nhận), tính lại lưu lượng xả. Khoang giữa hai thiết bị phải có đồng hồ hoặc cổng báo để phát hiện đĩa nổ bị thủng.
Ống vào khi lắp đặt van an toàn: ngắn, đủ cỡ, tổn thất không quá 3%
Khi lắp đặt van an toàn, ống vào phải có đường kính trong không nhỏ hơn cửa vào của van và càng ngắn càng tốt. Theo API 520 Part II, tổn thất áp suất không phục hồi từ thiết bị tới cửa vào van, tính ở lưu lượng xả định mức, không được vượt quá 3% áp suất đặt và phải nhỏ hơn blowdown (tham khảo).
Lý do nằm ở chu trình mở – đóng. Khi van vừa mở, dòng chảy qua ống vào tạo ra tổn thất, áp suất tại cửa vào van tụt xuống. Nếu tụt sâu hơn mức chênh giữa áp đặt và áp đóng (blowdown, thường khoảng 4–10% áp đặt, tham khảo), đĩa van đóng ngay lại. Áp suất trong bình tăng lên, van mở lần nữa. Vòng lặp này là hiện tượng đập van (chattering), có thể làm hỏng bệ trong thời gian ngắn. Chi tiết nguyên nhân và cách xử lý ở bài van kêu to.
Ví dụ: van đặt 10 bar thì tổn thất ống vào tối đa 0,3 bar ở lưu lượng xả định mức. Ống vào dài, nhiều cút dễ vượt ngưỡng này. Cách khắc phục: rút ngắn ống, bỏ cút, vê tròn cửa nhánh hoặc tăng ống vào lên một cấp.
- Không dùng ống vào nhỏ hơn cửa vào van, kể cả đoạn ngắn. Cỡ van và cách tính lưu lượng xả xem ở bài xác định kích thước van.
- Nên dùng mỗi van một ống nhánh. Nếu buộc dùng chung, tiết diện ống nhánh không nhỏ hơn tổng tiết diện cửa vào các van và tổn thất khi cùng xả vẫn trong 3%.
- Với thiết bị nhiều cửa, kiểm tra tổn thất của từng đường vẫn trong 3%.
Ống xả khi lắp đặt van an toàn
Hệ xả hở và hệ xả kín khi lắp đặt van an toàn
Hệ xả hở thải thẳng ra khí quyển qua đoạn ống ngắn. Hệ xả kín nối cửa ra vào ống góp chung, tới bể gom, đuốc đốt hoặc hệ xử lý. Hệ hở đơn giản, áp suất ngược gần như bằng không. Hệ kín thường bắt buộc với môi chất độc và phần lớn môi chất cháy (xả ra khí quyển chỉ khi đã đánh giá phát tán theo API 521). Đổi lại, hệ kín sinh áp suất ngược cần tính.
Áp suất ngược làm lệch áp mở của van thường, giảm lưu lượng và gây đập van. Giới hạn cho từng kiểu van và cách bù trừ có ở bài về áp suất ngược. Tham khảo thêm khái niệm back pressure.
Thoát nước ngưng khi lắp đặt van an toàn hơi
Nước ngưng tích tụ ở cửa xả ăn mòn chi tiết bên trong và đè lên thân van. Khi lắp đặt van an toàn hơi, cho ống xả dốc xuống, có ống thoát nước ngưng ở điểm thấp dẫn ra nơi an toàn. Lỗ xả đáy ở khoang cửa ra của thân van cũng cần được dẫn ra ngoài.
Đoạn nằm ngang dốc về phía điểm xả nước. Nếu ống xả đi lên mái, đặt điểm thoát nước ngưng ở chân đoạn ống đứng.
Đỡ ống và phản lực khi lắp đặt van an toàn
Khi van xả, dòng môi chất thoát ra tạo lực đẩy. Với hệ hở, phản lực gồm thành phần động lượng (lưu lượng khối lượng nhân vận tốc tại cửa ra) và thành phần áp suất (chênh áp tại cửa ra nhân diện tích); công thức đầy đủ có trong API 520 Part II. Dòng nghẹt ở cửa ra nên vận tốc cỡ vận tốc âm thanh của hơi, khoảng 450–500 m/s.
Ví dụ với giả định hơi 1,4 kg/s (khoảng 5.000 kg/h) và vận tốc 490 m/s: lực động lượng ≈ 1,4 × 490 ≈ 690 N, gần 70 kgf. Đây là ước tính đơn giản, chưa kể thành phần áp suất tại cửa ra; giá đỡ phải tính cho tổng lực.
Lực này phải truyền xuống kết cấu, không dồn vào thân van hay bích. Dùng giá đỡ riêng cho ống xả, tính giãn nở nhiệt, và với ống xả hở dùng cút có chậu hứng đặt qua khe hở trên cửa ra để không truyền tải trọng lên van. Thân van cần cố định chắc, nhất là gần máy rung.
Kích thước ống xả, ống xả chung
Ống xả không nhỏ hơn cửa ra của van. Với hơi và khí, nên chọn lớn hơn một cấp, vì thể tích riêng lớn làm tốc độ và tổn thất tăng nhanh. Nhiều van xả vào ống chung thì tính cho trường hợp tất cả cùng xả và tăng đường kính ống ở mỗi điểm nhập.
Hướng đi, độ dốc và khoảng cách tới các thiết bị khác nằm trong thiết kế đường ống của cả hệ thống.
Xả về nơi an toàn
- Hơi nóng và khí: hướng lên trên mái hoặc vùng không có người, cách xa cửa lấy gió, lối đi và thiết bị khác. Cửa ra không hướng vào van, đồng hồ hay cáp điện.
- Môi chất cháy, độc hại: dẫn tới đuốc, bể thu hoặc hệ xử lý, không xả ra không khí. Không đặt van chặn trên đường xả.
- Chất lỏng nóng: dẫn tới rãnh thoát hoặc bể gom, tránh bắn lên người và gây ngập khu vực lắp van.
Kiểu nối ren và bích khi lắp đặt van an toàn
Kiểu nối quyết định cách siết khi lắp đặt van an toàn. Van an toàn lắp ren thường dùng cho cỡ nhỏ, lưu lượng thấp. Van an toàn lắp bích dùng cho cỡ lớn, áp suất và nhiệt độ cao.
- Nối ren: quấn băng tan hoặc dùng keo ren chỉ ở ren đực, chừa hai vòng ren đầu để mẩu băng không rơi vào lòng van. Siết đủ kín, không quá lực; dùng cờ lê ở phần lục giác của đế van, không vặn ở thân hay nắp.
- Nối bích: dùng gioăng đúng vật liệu và cấp áp suất, đặt đều tâm. Siết bu lông theo thứ tự chéo, tăng lực từng cấp. Siết lệch làm bích cong, ép vào đế van, bệ bị biến dạng và van rò.
Trình tự lắp đặt van an toàn: 7 bước
- Trước khi lắp đặt van an toàn, xả sạch đường ống bằng nước hoặc khí nén, loại bỏ xỉ hàn, cặn, bụi. Hạt rắn lọt vào bệ van sẽ làm rò rỉ ngay lần xả đầu tiên.
- Kiểm tra van: nhãn áp đặt, cỡ, vật liệu, chiều ghi trên thân, kẹp chì còn nguyên. Bỏ các nút nhựa che cửa và chốt vận chuyển.
- Đặt van đứng thẳng, cửa vào xuống dưới, tại đúng điểm đã chọn. Không dùng van làm điểm tựa nâng.
- Kiểm tra bề mặt kết nối, gioăng, ren sạch và không xước dọc; siết theo đúng kiểu nối (xem phần trên). Đỡ thân van chắc chắn.
- Nối ống xả có giá đỡ riêng, độ dốc đúng, thoát nước ngưng và cửa ra hướng về nơi an toàn.
- Kiểm tra lần cuối theo danh sách dưới đây, rồi mới cho áp suất vào hệ thống.
Kiểm tra sau lắp đặt van an toàn trước khi vận hành
Thử thủy lực thường ở áp suất cao hơn áp đặt của van, nên tháo van và lắp bích mù, hoặc dùng kẹp khóa (gag) theo hướng dẫn hãng. Kẹp gag chỉ siết bằng tay để không cong trục; phải tháo ngay sau thử, quên tháo thì van không thể mở.
- Van đứng thẳng, không bị kéo lệch bởi ống xả.
- Ống vào không nhỏ hơn cửa vào; không van chặn, hoặc van chặn đã khóa mở.
- Ống xả dốc xuống, có thoát nước ngưng, có giá đỡ độc lập, cửa ra hướng về nơi an toàn.
- Kẹp gag, nút nhựa và chốt vận chuyển đã tháo.
- Nhãn áp đặt khớp với hồ sơ, kẹp chì còn nguyên, mọi bước lắp đặt van an toàn đã được ghi biên bản.
- Cần tay giật (nếu có) tự do, không bị vướng.
Khi cấp áp, tăng từ từ và quan sát rò rỉ ở kết nối. Nếu cần thử tay giật, chỉ làm khi áp hệ thống từ khoảng 75% áp đặt trở lên: ASME yêu cầu cần nâng phải nâng được van từ mức áp này (tham khảo). Thử để làm sạch bệ và xác nhận van mở – đóng. Áp đặt thường được chỉnh và niêm phong trên bàn thử. Tại hiện trường chỉ kiểm tra, xác nhận áp mở, hoặc chỉnh tại chỗ bằng thiết bị hỗ trợ theo quy trình của hãng và quy định kiểm định (với nồi hơi có thể kiểm tra bằng hơi thật).
Sau khi lắp đặt van an toàn xong, van vẫn cần thử và vệ sinh định kỳ. Lịch thử và cách kiểm tra rò rỉ xem ở bài bảo trì định kỳ. Các chủng loại van và vật liệu có tại danh mục van an toàn. Tham khảo thêm: Safety valve (Wikipedia).
Cần tư vấn chọn van và phương án lắp đặt van an toàn cho hệ thống cụ thể, liên hệ trực tiếp tại 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
Van an toàn có được lắp nằm ngang không?
Khi lắp đặt van an toàn lò xo, nên lắp đứng, cửa vào ở dưới để đĩa ngồi đều trên bệ. Chỉ lắp ngang khi nhà sản xuất cho phép, ví dụ van xả giãn nở nhiệt cho chất lỏng, và cửa xả phải hướng xuống.
Có được lắp van chặn khi lắp đặt van an toàn không?
Mặc định là không. Nồi hơi theo ASME Section I cấm van chặn giữa nồi và van an toàn. Với bình chịu áp theo ASME Section VIII, ngoại lệ chỉ khi van chặn có lỗ thông toàn phần không nhỏ hơn cửa vào van, được khóa hoặc niêm phong ở vị trí mở và do người có thẩm quyền thao tác (tham khảo).
Tổn thất áp suất ống vào tối đa bao nhiêu khi lắp đặt van an toàn?
Không quá 3% áp suất đặt ở lưu lượng xả định mức theo API 520 Part II. Vượt mức này van dễ đóng sớm rồi mở lại liên tục, gây đập và hỏng bệ.
Ống xả khi lắp đặt van an toàn phải làm thế nào?
Ống xả không nhỏ hơn cửa ra, dốc xuống, có điểm thoát nước ngưng, có giá đỡ độc lập với thân van và dẫn tới nơi an toàn. Môi chất cháy hoặc độc hại phải dẫn vào hệ xả kín hoặc hệ xử lý.
Lắp đặt van an toàn xong cần kiểm tra gì trước khi chạy?
Cần kiểm tra hướng lắp, ống vào ra, nhãn áp đặt, kẹp chì, đã tháo kẹp gag và nút che. Sau đó cấp áp từ từ, soi rò rỉ ở kết nối và thử tay giật khi áp hệ thống từ khoảng 75% áp đặt trở lên (tham khảo ASME).
Hướng dẫn lắp đặt van an toàn