Van chống cháy nổ là gì? 4 nhóm van và cách chọn

Van chống cháy nổ là cách gọi chung cho bốn nhóm thiết bị làm bốn việc khác nhau: van và bộ điều khiển phòng nổ (nhãn Ex) để không gây cháy ở nơi có khí, bụi nổ; van chịu lửa giữ kín khi bị cháy ngoài; van cách ly nổ chặn vụ nổ lan theo đường ống; và van an toàn xả áp. Cần xác định đúng nhóm trước khi chọn model, vì chứng nhận của nhóm này không thay được cho nhóm kia.

Cách nhận biết từng loại van trên bản vẽ xem ở bài ký hiệu các loại van công nghiệp.

Van chống cháy nổ gồm những loại nào

Bốn nhóm dưới đây có chức năng, tiêu chuẩn và hồ sơ chứng nhận khác hẳn nhau:

Người mua van điện từ, van điều khiển khí nén gặp nhóm đầu tiên nhiều nhất. Ba nhóm sau là thiết bị bảo vệ do đơn vị thiết kế hoặc kỹ sư an toàn chỉ định.

Van phòng nổ Ex dùng trong vùng nguy hiểm

Van tay thân kim loại thường không có nguồn đánh lửa riêng; việc nó có thuộc phạm vi ATEX hay không do nhà sản xuất đánh giá. Rủi ro lớn nhất nằm ở phần có điện: cuộn hút van điện từ, công tắc hành trình, bộ định vị, động cơ. Các phần này phải có chứng nhận phòng nổ mới được đưa vào vùng có khí hoặc bụi dễ nổ.

Tóm tắt phân vùng: với khí, hơi, Zone 0, 1, 2 cần thiết bị category 1G, 2G, 3G trở lên; với bụi, Zone 20, 21, 22 cần 1D, 2D, 3D. Bảng phân vùng, cấp nhiệt T1–T6 và cách đọc nhãn Ex có ở bài chỉ thị ATEX cho van và phụ kiện; nguồn tham khảo bên ngoài: ATEX directives (Wikipedia).

Van điện từ chống cháy nổ

Van điện từ chống cháy nổ thường dùng cuộn hút bảo vệ kiểu d (vỏ chịu nổ: vụ nổ xảy ra bên trong vỏ không truyền ra ngoài qua khe hở), m (bọc kín cuộn dây bằng nhựa đúc) hoặc i (an toàn nội tại, giới hạn năng lượng không đủ đánh lửa). Cần xem cấp nhiệt độ trên nhãn: nhiệt độ bề mặt cuộn hút phụ thuộc công suất và nhiệt độ môi trường. Dòng cụ thể xem tại van điện từ phòng nổ.

Actuator phòng nổ: khí nén hay điện

Actuator khí nén không có động cơ hay cuộn dây nên không sinh tia lửa điện khi vận hành. Nó vẫn có nguồn đánh lửa cơ học (ma sát piston, trục) và tĩnh điện, nên loại dùng cho vùng nguy hiểm được đánh giá theo EN ISO 80079-36/-37 và ghi nhãn Ex h, thường dựa trên biện pháp an toàn kết cấu. Van điện từ, công tắc, bộ định vị đi kèm vẫn phải đạt chuẩn Ex. Với danh mục van điều khiển khí nén, cần hỏi rõ model nào có phiên bản kèm chứng nhận Ex.

Actuator điện phòng nổ đặt động cơ, bộ giảm tốc và công tắc hành trình trong vỏ chịu nổ Ex d, nên nặng và đắt hơn actuator điện thường. Vỏ Ex d không được mở nắp khi còn điện, vì khe hở nắp là phần chịu nổ; bảo trì phải cắt nguồn và chờ theo hướng dẫn của hãng.

Công tắc hành trình và bộ định vị Ex

Công tắc hành trình báo vị trí đóng mở về phòng điều khiển, nên là điểm có điện nằm sát thân van. Loại Ex d có vỏ chịu nổ; loại Ex ia (an toàn nội tại) cần rào an toàn (barrier) đặt ngoài vùng nguy hiểm, và thông số an toàn của rào, cáp, thiết bị phải được tính ghép cho khớp. Bộ định vị chọn tương tự. Ốc siết cáp và nút bịt lỗ chờ cũng phải là loại Ex có chứng nhận, đúng kiểu bảo vệ của vỏ (Ex d cho vỏ Ex d), nếu không cả cụm mất giá trị bảo vệ.

Van chịu lửa, van cách ly nổ và van an toàn

Van chịu lửa (fire-safe)

Van bi, van bướm có bệ mềm bằng PTFE hoặc cao su sẽ cháy hoặc chảy khi gặp lửa (PTFE nóng chảy ở khoảng 327 °C), làm lưu chất rò ra nuôi đám cháy. Van chịu lửa xử lý bằng ba chi tiết. Thứ nhất là bệ phụ bằng kim loại phía sau bệ mềm: khi bệ mềm mất, áp suất đẩy bi áp vào bệ kim loại và vẫn hạn chế rò. Thứ hai là gioăng thân và gioăng trục bằng graphite, chịu được nhiệt mà PTFE và cao su không chịu được. Thứ ba là trục chống văng (anti-blowout) giữ trục tại chỗ khi gioăng hỏng.

Khả năng này phải được chứng minh bằng thử cháy mẫu điển hình. Tiêu chuẩn thử lửa API 607 (bản 8, 10/2022) dành cho van quay 1/4 vòng và van bệ phi kim; ISO 10497:2022 áp dụng chung cho nhiều kiểu van. Van chứa nước có áp được đốt trong 30 phút, nhiệt độ ngọn lửa trung bình khoảng 750 đến 1 000 °C. Lượng rò qua bệ được đo trong lúc đốt và làm nguội, sau đó đo rò ra ngoài và vận hành thử. Phép thử nhắm vào thân van; actuator, hộp số cần che chắn chống cháy hoặc đánh giá riêng.

Van chịu lửa giữ kín chứ không tự đóng khi có cháy. Muốn tự đóng cần actuator hỏng đóng (khí nén lò xo hồi vị) hoặc cơ cấu cầu chì nhiệt riêng.

Chống tĩnh điện và tiếp địa trên thân van

Trên van bi, bi và trục bị cách điện với thân bởi bệ và gioăng trục PTFE. Khi lưu chất không dẫn điện chảy qua, bi tích điện và có thể phóng tia lửa sang thân. Thiết kế chống tĩnh điện (antistatic) thêm lò xo hoặc chốt kim loại nối điện bi, trục và thân.

ISO 17292 và API 608 kiểm tra bằng cách đo điện trở giữa các chi tiết này, giới hạn thường gặp là dưới 10 Ω với nguồn một chiều không quá 12 V. Thân van cũng cần nối tiếp địa với đường ống, vì gioăng phi kim và lớp sơn mặt bích có thể cắt đường dẫn.

Van cách ly nổ

Van cách ly nổ nằm trên đường ống nối hai thiết bị, ví dụ giữa silo chứa bột và hệ thống hút bụi. Khi nổ xảy ra trong silo, van chặn sóng áp suất và ngọn lửa không cho truyền ngược về nhà xưởng. Hiệu quả của cả hệ cách ly (van, cảm biến, khoảng cách lắp) được đánh giá theo EN 15089.

Với khí và hơi dễ cháy, thiết bị tương ứng là bộ chặn lửa (flame arrester) theo EN ISO 16852. Bộ chặn lửa dập ngọn lửa bằng lõi kim loại nhiều khe nhỏ hút nhiệt, không dùng cơ cấu đóng. Van cánh lật EN 16447 chỉ dùng cho bụi. Hai loại không thay được nhau.

Van cách ly nổ dạng cơ và dạng điện khí

Van cách ly nổ dạng cơ (thụ động), điển hình là van cánh lật theo EN 16447, đóng lại nhờ chính sóng áp của vụ nổ, không cần nguồn điện: cấu tạo đơn giản, dễ bảo trì, giá thấp. Nhược điểm là độ nhạy kém hơn, và cánh có thể kẹt do bụi bám hoặc lâu không hoạt động, nên cần kiểm tra định kỳ.

Dạng điện khí (chủ động) dùng cảm biến phát hiện nổ, bộ điều khiển và cơ cấu đóng nhanh, thường là khí nén, thời gian đóng tính bằng mili giây tùy hãng. Ưu điểm là phát hiện sớm và nối được với hệ thống báo cháy trung tâm. Đổi lại cấu tạo phức tạp, giá cao hơn và cần nguồn cấp liên tục, nên phần điện cũng phải đạt yêu cầu phòng nổ nếu đặt trong vùng nguy hiểm.

Van an toàn

Van an toàn chống quá áp là thiết bị khác hẳn: nó tự mở xả lưu chất khi áp vượt mức đặt, bảo vệ bình và đường ống khỏi vỡ do áp. Nó không chặn được vụ nổ đã xảy ra. Cấu tạo và cách chọn xem bài van an toàn là gì.

Ứng dụng của van chống cháy nổ trong công nghiệp

• Dầu khí và hóa chất: kho chứa, trạm nạp, đường ống dẫn khí và dung môi. Xem thêm van trong ngành dầu khí.
• Khai thác mỏ: mỏ hầm lò có khí metan và bụi than, dùng thiết bị nhóm I.
• Thực phẩm, dược phẩm, dệt may, chế biến gỗ: hút bụi và silo bột, đường, bụi gỗ có nguy cơ nổ bụi.
• Nhà xưởng, tòa nhà: van gió chặn lửa (fire damper) trên ống gió là thiết bị khác van công nghiệp trong bài. Tổng quan ở bài hệ thống PCCC trong nhà xưởng.

Cách chọn van chống cháy nổ theo bốn bước

Bước 1: Xác định vùng nguy hiểm

Kỹ sư an toàn của nhà máy phân loại khu vực theo mức độ xuất hiện môi trường nổ, và phân loại này quyết định cấp thiết bị tối thiểu. Thiết bị cấp cao hơn dùng được ở vùng nguy cơ thấp hơn, chiều ngược lại thì không. Hãy lấy Zone từ hồ sơ phân vùng của dự án, không tự suy ra từ tên khu vực.

Bước 2: Xác định nhóm khí và cấp nhiệt độ

Nhóm khí (IIA, IIB, IIC) và cấp nhiệt độ lấy từ chất cháy trong khu vực. Một điểm hay bị bỏ sót ở van: lưu chất nóng truyền nhiệt vào thân van và cuộn hút, nên nhiệt độ bề mặt thực tế có thể cao hơn mức hãng công bố ở điều kiện chuẩn. Hãy kiểm tra giới hạn nhiệt độ lưu chất ghi kèm cấp T trong chứng nhận.

Bước 3: Chọn đúng loại van và phụ kiện

Cần lắp van điện từ, actuator hay công tắc trong vùng nguy hiểm thì chọn thiết bị Ex. Cần chống rò khi cháy thì chọn van chịu lửa. Cần chặn nổ lan thì chọn van cách ly nổ (bụi) hoặc bộ chặn lửa (khí). Cần xả áp thì chọn van an toàn. Sau đó mới xét áp suất, nhiệt độ, kích thước, lưu lượng và vật liệu thân, gioăng tương thích với lưu chất.

Với actuator: nếu có khí nén sạch và cần vị trí an toàn khi mất nguồn, chọn bộ truyền động khí nén không sinh tia lửa, loại lò xo hồi vị, kèm van điện từ và công tắc hành trình Ex. Nếu không có khí nén, chọn actuator điện Ex d đúng nhóm khí và cấp T. Cuối cùng, tiếp địa thân van, actuator và mặt bích bằng dây dẫn và kiểm tra điện trở khi nghiệm thu.

Bước 4: Kiểm tra chứng nhận

• Chứng nhận ATEX hoặc IECEx của đúng model, nhãn Ex trên thiết bị khớp với giấy.
• Báo cáo thử cháy API 607 hoặc ISO 10497 với van chịu lửa.
• Nhãn Ex không thay cho chống bụi, nước; thiết bị ngoài trời vẫn cần đối chiếu cấp bảo vệ IP riêng.
• Báo cáo thử EN 16447 với van cánh lật, EN ISO 16852 với bộ chặn lửa; chứng từ CO, CQ, CoC khớp số serial thiết bị.

Tại Viva, khi hỏi giá van phòng nổ, hãy gửi sẵn: Zone, nhóm khí hoặc bụi, cấp nhiệt độ yêu cầu, lưu chất, áp suất, nhiệt độ và điện áp. Viva hỗ trợ đối chiếu bản vẽ, datasheet với model van; giá niêm yết chưa VAT, giao hàng miễn phí nội thành Hà Nội. Địa chỉ: Số 20, Ngõ 102 Hoàng Đạo Thành, P. Khương Đình, TP. Hà Nội.

Câu hỏi thường gặp về van chống cháy nổ