Van ngành dầu khí là các van thép đúc hoặc rèn, chọn theo cấp áp suất ASME, vật liệu thân và tiêu chuẩn API, vì lưu chất là hydrocacbon dễ cháy, áp suất cao và nhiều nơi lẫn khí chua H2S. Rò rỉ ra ngoài ở đây không chỉ là hao hụt mà còn là nguy cơ cháy nổ, nên tiêu chí chọn khác hẳn van nước thông thường.
Bài này nêu điều kiện vận hành của ngành, các loại van công nghiệp hay gặp trên đường ống và nhà máy, vật liệu thân, những tiêu chuẩn API cần biết và cách chọn van theo từng bước.
Điều kiện vận hành quyết định cách chọn van ngành dầu khí
Dầu khí gồm ba mảng: thượng nguồn (giếng, giàn khai thác), trung nguồn (đường ống, kho chứa, trạm nén) và hạ nguồn (nhà máy lọc dầu, hóa dầu). Điều kiện mỗi mảng khác nhau, nhưng có năm yếu tố luôn phải kiểm tra trước khi chọn van.
| Yếu tố | Điều kiện thường gặp | Hệ quả khi chọn van |
|---|---|---|
| Lưu chất | Dầu thô, khí tự nhiên, condensate, nước khai thác, sản phẩm lọc dầu | Dễ cháy nổ; yêu cầu kín ra ngoài và đệm trục chống rò rỉ |
| Khí chua | H2S kèm nước; thường đi cùng CO2 | Vật liệu phải đạt NACE MR0175 / ISO 15156 để tránh nứt do sunfua |
| Áp suất | Từ thấp đến rất cao ở đầu giếng và đường ống truyền tải | Chọn Class ASME hoặc cấp API phù hợp, kèm kiểm tra áp suất-nhiệt độ |
| Nhiệt độ | Từ vùng lạnh hoặc LNG đến ống dẫn nóng của nhà máy lọc dầu | Thép đúc carbon cho nhiệt độ thường, thép chịu lạnh hoặc hợp kim cho hai đầu dải |
| Cháy nổ | Kho xăng dầu, trạm khí, giàn khoan | Van có thiết kế chịu lửa; bộ truyền động và van điện từ cần chứng nhận phòng nổ |
Hai điều kiện cần giải thích thêm. Về khí chua, H2S gặp nước làm thép cứng bị nứt giòn ở ứng suất thấp. Tiêu chuẩn NACE MR0175, cũng được công bố là ISO 15156, giới hạn độ cứng thép carbon và thép hợp kim thấp tối đa 22 HRC trong môi trường chua, nên chỉ nhìn mác thép trên catalogue là chưa đủ, cần hồ sơ xử lý nhiệt và thử độ cứng.
Về nhiệt độ, thép đúc A216 WCB là vật liệu thân phổ biến nhất và dùng được từ khoảng -29 °C trở lên. Dưới mức đó phải chuyển sang thép chịu lạnh như A352 LCC, dùng được đến khoảng -46 °C. Đường nước biển trên giàn khoan lại cần vật liệu chịu clorua như duplex, super duplex hoặc đồng nhôm-niken; inox 316 dễ bị rỗ trong nước biển. Cùng bài toán ăn mòn nước biển được nói thêm trong bài van dùng cho hàng hải.
Các loại van dùng trong ngành dầu khí
Mỗi loại van đảm nhận một việc riêng. Dưới đây là bảy loại hay gặp, kèm điểm cần để ý khi dùng cho hydrocacbon.
Van cổng
Van cổng đóng hoặc mở hoàn toàn, lòng van thẳng nên tổn thất áp thấp. Van cổng thép thân nắp bắt bu lông theo API 600 là dạng chuẩn trong nhà máy lọc dầu, còn cỡ nhỏ thường dùng thép rèn theo API 602. Không dùng van cổng để điều tiết vì đĩa rung và mòn khi mở hé.
Van bi
Van bi đóng mở nhanh bằng quay 1/4 vòng. Ở đường ống truyền tải, van bi toàn lỗ kiểu trunnion theo API 6D cho phép thiết bị làm sạch ống (pig) đi qua và hạn chế sụt áp. Van bi thường cần thiết kế chịu lửa và chống tĩnh điện, đồng thời nhiều model có cấu hình chặn kép và xả giữa hai mặt chặn.
Van cầu
Van cầu tiết lưu tốt vì đĩa nâng thẳng lên khỏi đế, nên hay lắp ở đường xả, đường lấy mẫu và đường cần chỉnh lưu lượng. Đổi lại dòng đi vòng qua thân làm sụt áp lớn hơn van cổng và van bi. Van cầu thép đúc thân nắp bắt bu lông cho nhà máy thường thiết kế theo API 623.
Van một chiều
Van một chiều lắp ở đầu đẩy máy bơm và máy nén để dòng không chảy ngược về làm hỏng thiết bị. Với máy nén, ưu tiên loại đóng nhanh như đĩa đôi hoặc có lò xo vì đóng chậm gây va đập. Van một chiều kẹp giữa hai mặt bích theo API 594 gọn và nhẹ, phù hợp trên giàn khoan nơi trọng lượng là hạn chế.
Van bướm
Van bướm mỏng và nhẹ nên tiết kiệm chỗ lắp, quay 1/4 vòng đóng mở nhanh. Loại đệm cao su dùng cho nước làm mát, nước cứu hỏa và đường tiện ích. Với hydrocacbon, dùng kiểu lệch tâm đôi hoặc ba, đệm kim loại hoặc PTFE gia cường, thiết kế theo API 609.
Van điều khiển
Van điều khiển là thân van (thường kiểu cầu) ghép bộ truyền động và bộ định vị nhận tín hiệu 4-20 mA để giữ áp suất, lưu lượng, mức hoặc nhiệt độ ở giá trị đặt, ví dụ ở bình tách và trạm nén khí. Cần chọn trước vị trí an toàn khi mất khí hoặc mất điện (đóng hoặc mở). Chi tiết bộ truyền động xem bài van điều khiển khí nén.
Van an toàn
Bình tách, bồn chứa và đường ống kín cần van an toàn để xả áp khi vượt giới hạn. Van an toàn dầu khí thường là loại thép bắt bích, tính chọn theo API 520 và kích thước cửa xả, mặt bích theo API 526. Áp mở không được vượt áp suất làm việc cho phép của thiết bị được bảo vệ.
Chức năng của từng loại van trong hệ thống
| Chức năng | Loại van thường dùng | Ghi chú |
|---|---|---|
| Đóng mở hoàn toàn | Van cổng, van bi, van bướm | Không dùng ở vị trí mở hé lâu dài |
| Tiết lưu, chỉnh lưu lượng | Van cầu, van điều khiển | Chấp nhận sụt áp cao hơn |
| Chặn dòng chảy ngược | Van một chiều | Lắp sau bơm, máy nén |
| Đổi hướng dòng | Van bi 3 ngã | Dùng cho cụm lọc hoặc đổi tuyến dự phòng |
| Bảo vệ thiết bị khỏi quá áp | Van an toàn, van giảm áp | Đặt áp mở theo áp thiết kế |
Tiêu chuẩn thường gặp khi mua van dầu khí
| Tiêu chuẩn | Phạm vi |
|---|---|
| API 6D | Van đường ống: bi, cổng, cắm, một chiều |
| API 600 | Van cổng thép thân nắp bắt bu lông |
| API 602 | Van cổng, cầu, một chiều thép rèn cỡ nhỏ |
| API 608 | Van bi kim loại nối bích, ren, hàn |
| API 609 | Van bướm |
| API 594 | Van một chiều kẹp hoặc bích |
| API 598 | Kiểm tra và thử kín, thử bền thân van |
| API 607 | Thử chịu lửa cho van 1/4 vòng và van có đệm phi kim loại |
| ASME B16.34 | Thiết kế, vật liệu và bảng áp suất-nhiệt độ theo Class cho van thép |
| NACE MR0175 / ISO 15156 | Vật liệu cho môi trường có H2S |
| API 6A | Thiết bị đầu giếng và cây thông Noel |
Khi đặt hàng, ghi rõ tiêu chuẩn thiết kế, Class, vật liệu thân và trim, yêu cầu chịu lửa hoặc khí chua. Hồ sơ cần xin kèm gồm chứng chỉ vật liệu và chứng nhận hợp chuẩn CO/CQ. Cấp áp và kích thước mặt bích xem thêm ở bài tiêu chuẩn mặt bích.
Các bước chọn van ngành dầu khí
- Xác định lưu chất: dầu, khí hay nước khai thác; có H2S, CO2 hoặc cát không.
- Chốt áp suất và nhiệt độ lớn nhất: từ đó chọn Class và vật liệu thân (WCB, LCC, inox, duplex).
- Chọn loại van theo chức năng: đóng mở, tiết lưu, chặn ngược hay bảo vệ quá áp.
- Chọn vật liệu trim và đệm: trim thép 13Cr cho dịch vụ chung, hợp kim hoặc đệm kim loại khi có cát, nhiệt độ cao hoặc khí chua.
- Xác định kiểu nối: bích RF hoặc RTJ cho áp cao, đầu hàn khi cần hạn chế điểm rò.
- Kiểm tra yêu cầu đặc biệt: chịu lửa, chống tĩnh điện, phòng nổ cho bộ truyền động theo chỉ thị ATEX cho van và phụ kiện.
Van ngành dầu khí liên quan gần với nhóm van ngành hóa chất ở khâu vật liệu chống ăn mòn. Toàn bộ các bài cùng nhóm nằm trong chuyên mục van theo ngành ứng dụng.
Hãy gửi cho Viva lưu chất, áp suất, nhiệt độ, kích thước DN và tiêu chuẩn yêu cầu để được tư vấn loại van và vật liệu phù hợp. Hotline 0965.925.563; 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
Câu hỏi thường gặp về van ngành dầu khí
Van ngành dầu khí khác van công nghiệp thông thường ở điểm nào?
Van ngành dầu khí làm việc với hydrocacbon dễ cháy, áp suất cao và có thể có H2S, nên phải chọn theo Class ASME, vật liệu thân và tiêu chuẩn API. Yêu cầu kín ra ngoài, chịu lửa và hồ sơ vật liệu cũng chặt hơn van nước thông thường.
Khí chua H2S ảnh hưởng thế nào đến việc chọn van?
H2S gặp nước có thể gây nứt thép cứng ở ứng suất thấp. Vì vậy van cho môi trường chua phải dùng vật liệu theo NACE MR0175 / ISO 15156; với thép carbon, độ cứng không vượt 22 HRC. Cần yêu cầu nhà cung cấp xác nhận vật liệu cho dịch vụ khí chua.
Van thép WCB dùng được ở nhiệt độ thấp không?
WCB dùng được từ khoảng -29 °C trở lên. Dưới mức này nên chọn thép chịu lạnh như A352 LCC (đến khoảng -46 °C) hoặc inox, theo nhiệt độ tối thiểu của dự án. Hãy đối chiếu nhiệt độ thiết kế tối thiểu với chứng chỉ vật liệu của nhà sản xuất.
API 6D dùng cho loại van nào?
API 6D là tiêu chuẩn cho van đường ống dẫn dầu khí, gồm van bi, van cổng, van cắm và van một chiều. Van theo API 6D có yêu cầu riêng về thử, kín và có thể chặn kép, xả giữa hai mặt chặn.
Nên chọn van bi hay van cổng cho đường ống dầu khí?
Van bi đóng mở nhanh, kín tốt, thường gọn hơn ở cùng cấp áp. Van cổng đơn giản, tổn thất áp thấp và quen dùng trong nhà máy lọc dầu theo API 600. Đường ống truyền tải cần pig thường chọn van bi toàn lỗ; đường nhà máy cỡ lớn, đóng mở ít có thể chọn van cổng.
Tìm hiểu các loại van sử dụng trong ngành công nghiệp dầu khí