Van an toàn kêu to bất thường gần như luôn do van đóng mở liên tục (chattering) hoặc rung mà không chạm bệ (fluttering). Ba nguyên nhân chính là tổn thất áp suất đầu vào lớn hơn 3% áp suất đặt, van chọn quá cỡ so với lưu lượng xả thực tế, và áp suất ngược quá cao.
Một van an toàn khi bật mở luôn phát ra tiếng xả lớn, và đó là bình thường. Tiếng lạch cạch, gõ liên tục hoặc rít kéo dài mới là dấu hiệu van an toàn kêu to do lỗi thiết kế, lắp đặt hoặc cài đặt. Bài này giải thích cơ chế vật lý, các nguyên nhân, cách khắc phục cụ thể và hậu quả cơ khí nếu để van kêu.
Van an toàn kêu to: tiếng nào bình thường, tiếng nào là lỗi
Năm hiện tượng dưới đây hay bị gọi chung là «kêu» nhưng khác nhau về cơ chế và mức nguy hiểm. Phân biệt đúng giúp chọn đúng cách khắc phục khi van an toàn kêu to.
| Hiện tượng | Âm thanh | Cơ chế | Mức nguy hiểm |
|---|---|---|---|
| Xả bình thường | Tiếng nổ «pop» rồi tiếng gầm đều | Đĩa bật lên, môi chất xả ổn định | Bình thường |
| Simmer | Tiếng xì, rít nhẹ khi áp chưa tới áp đặt | Môi chất lọt qua bệ khi áp làm việc quá sát áp đặt | Thấp, nhưng làm mòn bệ |
| Chattering | Lạch cạch, gõ nhanh, nhiều lần mỗi giây | Đĩa đóng mở liên tục và đập vào bệ | Rất cao |
| Fluttering | Ù rung, tiếng kim loại rung | Đĩa dao động quanh một vị trí, không chạm bệ | Cao |
| Rít ở đường xả | Rít cao như tiếng gió | Vận tốc môi chất trong ống xả quá lớn | Trung bình, gây rung ống |
Vì sao van an toàn kêu to: cơ chế đóng mở liên tục
Van an toàn lò xo mở khi lực áp suất dưới đĩa thắng lực lò xo. Van đóng lại khi áp suất tại cửa vào giảm xuống mức đóng, bằng áp đặt trừ blowdown. Với van hơi và khí, blowdown điển hình khoảng 4–10% áp đặt tùy tiêu chuẩn và loại van (tham khảo). Van an toàn kêu to dạng chattering xảy ra khi áp tại cửa vào van bị kéo xuống dưới mức đóng ngay lúc van đang xả.
Chu kỳ diễn ra như sau:
- Áp bình tăng đến áp đặt, đĩa bật lên và dòng bắt đầu chảy qua ống vào.
- Dòng chảy gây tổn thất áp trên ống vào. Tổn thất tỷ lệ với bình phương vận tốc, nên tăng rất nhanh khi lưu lượng tăng.
- Áp tại cửa vào van tụt xuống dưới áp đóng, lò xo thắng và đĩa đóng lại.
- Dòng dừng, tổn thất ống vào biến mất, áp tại cửa vào hồi về áp bình, vẫn ở quanh hoặc trên áp đặt, nên van mở lại. Chu kỳ lặp lại nhiều lần mỗi giây.
Ví dụ: áp đặt 10 bar(g), blowdown 5%, van đóng ở 9,5 bar(g). Nếu tổn thất đầu vào khi xả là 0,8 bar (8%), áp tại cửa vào chỉ còn 9,2 bar(g), thấp hơn mức đóng nên van đóng ngay. Nếu tổn thất là 0,3 bar (3%), áp tại cửa vào còn 9,7 bar(g), cao hơn mức đóng, van giữ mở ổn định.
Vì vậy API 520 Part II khuyến nghị tổn thất áp trên ống vào, tính ở lưu lượng định mức của van, không quá 3% áp đặt, và blowdown nên lớn hơn tổn thất này ít nhất khoảng 2% (tham khảo). Khi đó áp tại cửa vào vẫn nằm trên mức đóng trong lúc xả. Ví dụ ở trên đúng bằng biên 2%: blowdown 5%, tổn thất 3%.
Nguyên nhân van an toàn kêu to và cách khắc phục
Van quá cỡ làm van an toàn kêu to
Van có công suất xả lớn hơn nhiều so với lưu lượng cần xả khiến van an toàn kêu to. Lưu lượng thực nhỏ, van xả hết lượng dư trong một thời gian rất ngắn, áp bình tụt nhanh xuống mức đóng, rồi đĩa đóng. Áp bình tăng lại và van mở lại. Ở mức nhẹ, van đóng mở theo chu kỳ vài giây (cycling); khi quá cỡ nhiều, chu kỳ ngắn lại thành chattering. Kinh nghiệm thực tế cho thấy van chạy dưới khoảng 25–30% công suất danh định dễ chattering (tham khảo).
Ví dụ minh họa: tải xả lớn nhất là 1.000 kg/h nhưng van có công suất 5.000 kg/h, tức đang xả ở 20% công suất. Van quá cỡ thường do chọn theo đường kính ống thay vì tính. Hãy xác định kích thước theo tải xả lớn nhất rồi chọn cỡ lỗ tiêu chuẩn API 526 nhỏ nhất có diện tích bằng hoặc lớn hơn diện tích tính được.
Cách khắc phục van an toàn kêu to do quá cỡ: thay bằng cỡ lỗ nhỏ hơn, hoặc dùng hai van nhỏ đặt áp lệch nhau vài phần trăm để chỉ một van mở khi tải thấp (van thứ hai được đặt tới 105% MAWP, tổng tích áp không quá 16% khi dùng nhiều van; ASME VIII, tham khảo). Giới hạn hành trình đĩa (restricted lift) cũng là cách sửa hợp lệ khi van quá cỡ: hãng hoặc xưởng được ủy quyền chặn hành trình và đóng nhãn công suất mới thấp hơn, theo ASME và API 520. Không tự chêm chặn trục tại hiện trường.
Tổn thất áp suất đầu vào lớn hơn 3% làm van an toàn kêu to
Đây là nguyên nhân phổ biến nhất khiến van an toàn kêu to. Tổn thất do ống vào dài, nhỏ hơn cửa vào van, nhiều co, van chặn, bộ lọc, hoặc mép ống vào sắc cạnh. Nhiều van dùng chung một ống nhánh cũng làm tổng lưu lượng tăng, tổn thất tăng theo bình phương.
Cách khắc phục nằm ở thiết kế ống vào, xem thêm thiết kế ống vào khi lắp đặt:
- Đường kính ống vào không nhỏ hơn cửa vào của van, đoạn ống ngắn và thẳng.
- Mép vào bình hoặc ống nhánh bo tròn thay vì cắt vuông.
- Bỏ van tiết lưu, lọc hoặc van chặn không cần thiết trên đường vào.
- Mỗi van dùng ống nhánh riêng khi có thể, không đấu chung.
- Với van có điều khiển phụ (pilot), lấy áp cảm biến từ xa (remote sensing) ở điểm ít nhiễu.
Áp suất ngược cao làm van an toàn kêu to
Với van thường, áp suất ngược ở đầu xả cộng vào lực lò xo. Khi dòng xả phát triển, áp ngược tăng và đẩy đĩa xuống, van đóng sớm rồi mở lại, nên van an toàn kêu to. Giới hạn thông dụng cho van thông thường là áp ngược động (built-up) không quá 10% áp đặt khi quá áp 10% (tham khảo API 520); áp ngược tĩnh thì được bù bằng cách giảm áp đặt khi thử nguội (CDTP). Xem chi tiết về áp suất ngược cao và cách tính.
Cách khắc phục: tăng đường kính ống xả, rút ngắn đoạn ống, bỏ vật cản và co thừa. Khi áp ngược không thể giảm, dùng van cân bằng ống xếp. Ống xếp cách ly mặt sau đĩa khỏi áp ngược, nên áp mở không bị ảnh hưởng và van chịu được áp ngược cao hơn. Giới hạn áp ngược cho phép phụ thuộc từng hãng.
Áp đặt quá gần áp làm việc
Khi áp làm việc nằm sát áp đặt, chỉ cần dao động áp nhỏ là đĩa nhấc khỏi bệ rồi hạ xuống ngay. Van simmer, rít, rồi chuyển thành chattering. Áp làm việc nên thấp hơn áp đặt ít nhất 10% đối với van lò xo (tham khảo API 520).
Cách khắc phục: nâng áp đặt nếu áp thiết kế của thiết bị cho phép, hoặc hạ áp làm việc. Nếu không thể, dùng van có điều khiển phụ, cho phép áp làm việc cao hơn so với van lò xo. Không tăng áp đặt vượt áp suất làm việc cho phép tối đa (MAWP) của thiết bị.
Blowdown quá ngắn hoặc chỉnh sai
Blowdown quá ngắn nghĩa là van đóng khi áp còn rất gần áp đặt. Chỉ cần tổn thất nhỏ là áp tại cửa vào đã dưới mức đóng. Vòng chỉnh (adjusting ring) quyết định blowdown, nhưng vị trí chuẩn phụ thuộc từng hãng và model. Việc chỉnh blowdown phải do xưởng có thẩm quyền làm theo hướng dẫn nhà sản xuất, sau đó thử lại trên bàn thử.
Ống xả nhỏ, vật cản và tiếng rít
Van an toàn kêu to với tiếng rít cao ở đường xả thường do vận tốc môi chất trong ống xả quá lớn. Ống xả nhỏ hơn cửa ra làm vận tốc và áp ngược cùng tăng. Ống xả nhánh và ống góp thường được thiết kế để Mach không vượt khoảng 0,5–0,7 (tham khảo API 521); vận tốc cao hơn gây ồn, rung và tăng áp ngược.
Cách khắc phục: dùng ống xả bằng hoặc lớn hơn cửa ra van, bỏ vật cản ở đầu ống, tăng cỡ ống theo từng đoạn nếu ống dài. Ống xả cần có giá đỡ độc lập để không truyền tải lên thân van.
Các nguyên nhân khác
- Lắp nghiêng: thân van không thẳng đứng làm đĩa ma sát với dẫn hướng, đóng mở không dứt khoát.
- Rung từ máy nén, bơm: rung truyền vào ống làm đĩa nhấc ra đóng vào ở áp gần áp đặt.
- Lò xo yếu, dẫn hướng bẩn: đĩa không bật mở dứt khoát.
- Môi chất hai pha hoặc bốc hơi nhanh: dòng chảy không ổn định, áp tại đĩa dao động.
Quy trình chẩn đoán van an toàn kêu to tại hiện trường
Khi gặp van an toàn kêu to, kiểm tra theo thứ tự này để tìm nguyên nhân nhanh nhất mà không phải tháo van:
- Ghi lại áp đặt, áp làm việc, lưu lượng xả khi van kêu và tình trạng tải lúc đó.
- Tính tỷ lệ áp làm việc trên áp đặt. Trên 90% với van lò xo là dấu hiệu đầu tiên.
- Đo hoặc tính tổn thất áp đầu vào. Nếu lớn hơn 3% áp đặt, xử lý đường ống vào.
- Kiểm tra áp ngược ở đầu xả khi đang xả và so với giới hạn của loại van.
- So công suất xả của van với tải xả thực tế để tìm van quá cỡ.
- Kiểm tra độ thẳng đứng của thân van và rung của đường ống.
Nếu van an toàn kêu to dạng lạch cạch, hãy giảm tải hoặc dừng hệ thống theo quy trình, đừng chờ tới lần bảo trì sau.
Hậu quả khi van an toàn kêu to kéo dài
Để van kêu kéo dài sẽ phá hỏng van. Mỗi lần đĩa đập vào bệ tạo lực va đập lớn trên bề mặt kín trong vài mili giây. Ngoài ra, van không xả liên tục nên có thể không đạt công suất chứng nhận khi hệ thống cần, làm giảm hiệu suất bảo vệ.
| Hậu quả | Cơ chế |
|---|---|
| Mòn, rỗ bệ và đĩa | Va đập lặp lại làm biến dạng bề mặt kín, sau đó van rò rỉ |
| Gãy lò xo | Ứng suất tuần hoàn tần số cao gây mỏi, lò xo gãy sau một thời gian |
| Hỏng trục, dẫn hướng | Va đập và dao động làm cong trục, mòn dẫn hướng |
| Nứt mối hàn, ống nhánh | Rung truyền vào ống vào, gây nứt tại mối hàn và chân ống |
| Mất khả năng xả | Van kẹt hoặc hỏng bệ khi cần xả thật, hệ thống quá áp |
Van an toàn kêu to dạng chattering phải được tháo kiểm tra bệ, đĩa, lò xo và dẫn hướng, thử lại áp trên bàn thử trước khi đưa vào làm việc lại, kể cả khi đã xử lý xong nguyên nhân.
Tham khảo thêm về cơ chế van an toàn tại Wikipedia: Relief valve.
Khi đã loại trừ nguyên nhân gây tiếng ồn, hãy đối chiếu với các lỗi van an toàn khác như rò rỉ, không mở, mở sớm. Nếu van hỏng không sửa được, chọn lại van an toàn đúng cỡ lỗ và loại.
Cần tính lại cỡ van, thiết kế lại đường vào hoặc chọn van chịu áp ngược cho hệ thống có van kêu? Liên hệ 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 kêu to khi xả có bình thường không?
Tiếng xả lớn khi van mở là bình thường. Tiếng lạch cạch liên tục, gõ nhanh hoặc rung kéo dài là chattering hoặc fluttering, cần xử lý nguyên nhân.
Van an toàn kêu to kiểu chattering và fluttering khác nhau thế nào?
Chattering là đĩa đóng mở nhanh và đập vào bệ. Fluttering là đĩa rung quanh một vị trí mở mà không chạm bệ. Cả hai đều gây mòn và cần tìm nguyên nhân.
Vì sao tổn thất đầu vào lớn hơn 3% làm van an toàn kêu to?
Khi xả, tổn thất ống vào kéo áp tại cửa vào xuống thấp hơn mức đóng của van. Van đóng, dòng dừng, áp hồi lại và van mở lại, lặp liên tục.
Van quá cỡ có làm van an toàn kêu to không?
Có. Van quá cỡ xả hết lượng dư trong thời gian rất ngắn nên áp tụt nhanh xuống mức đóng, sau đó mở lại nhiều lần. Cần chọn lại cỡ lỗ theo tải xả thực tế.
Giới hạn hành trình đĩa có giúp van an toàn kêu to hết kêu không?
Có, nếu do hãng hoặc xưởng được ủy quyền thực hiện theo tiêu chuẩn và đóng nhãn công suất mới. Tự chặn hành trình tại chỗ thì không được phép, vì van không còn công suất chứng nhận.
