Nổ lò hơi là một trong những nguy hiểm tiềm tàng và nghiêm trọng nhất tại các nhà máy và cơ sở sản xuất. Hậu quả của nó không chỉ gây thiệt hại nặng nề về tài sản mà còn đe dọa trực tiếp đến tính mạng con người. Trong hệ thống hơi nước, van an toàn đóng vai trò là một trong những thiết bị bảo vệ quan trọng nhất, cung cấp biện pháp an toàn thiết yếu cho người vận hành và thiết bị khỏi tình trạng quá áp suất nguy hiểm.
Contents
Chức Năng Của Van An Toàn Cho Hệ Thống Nồi Hơi
Chức năng cốt lõi của van an toàn là giảm áp suất. Van thường được lắp đặt trên trống hơi (steam drum) của nồi hơi. Nó được thiết kế để tự động mở ra khi áp suất tại đầu vào của van vượt quá một ngưỡng áp suất đã được cài đặt trước (áp suất đặt).
Theo quy định của ASME (Hiệp hội Kỹ sư Cơ khí Hoa Kỳ), mọi nồi hơi phải được trang bị ít nhất một van an toàn. Số lượng van cần thiết phụ thuộc vào công suất lưu lượng tối đa (MFC – Maximum Flow Capacity) của nồi hơi. Tổng công suất xả của các van an toàn tại điểm đặt phải lớn hơn MFC của van điều khiển hơi trong trường hợp van này không mở. Thông thường, cần có hai van an toàn cho mỗi nồi hơi, và có thể cần thêm van thứ ba nếu tổng công suất của hai van đầu tiên chưa đủ để vượt qua MFC.
Nguyên Lý Hoạt Động Của Van An Toàn
Một van an toàn cơ bản bao gồm ba bộ phận chính:
- Vòi phun (Nozzle): Nơi hơi nước được nén đi vào van từ nồi hơi.
- Đĩa van (Disc): Bộ phận đóng/mở cửa vòi phun, hoạt động dựa trên áp suất từ nồi hơi.
- Lò xo (Spring): Bộ phận điều khiển áp suất, tạo lực ép giữ đĩa van đóng ở điều kiện bình thường.
Quá trình hoạt động diễn ra như sau:
- Khi áp suất trong nồi hơi bắt đầu tăng cao gần đến ngưỡng nguy hiểm, áp suất tại đầu vào van tăng lên, đi qua vòi phun. Có thể nghe thấy âm thanh “sôi” nhẹ.
- Khi áp suất này vượt qua lực nén đã định trước của lò xo, lực đẩy lên đĩa van thắng lực ép của lò xo, làm đĩa van bắt đầu nâng lên.
- Hơi nước bắt đầu được giải phóng qua khe hở giữa đĩa và vòi phun, thường tạo ra tiếng “bụp” đặc trưng.
- Khi áp suất trong nồi hơi giảm xuống dưới mức áp suất cài đặt, lực lò xo lại thắng lực đẩy của hơi, đẩy đĩa van đóng chặt lại vòi phun, ngừng quá trình xả.
Lưu ý quan trọng: Sau khi van an toàn đã kích hoạt (bật ra), cần phải kiểm tra kỹ lưỡng để đảm bảo van không bị hư hỏng và vẫn hoạt động chính xác cho các lần sau.
Các Loại Van An Toàn Phổ Biến Cho Nồi Hơi
Van An Toàn Lò Xo (Spring-loaded Safety Valve)
Đây là loại van an toàn phổ biến nhất, còn gọi là van tác động trực tiếp. Ưu điểm nổi bật là khả năng hoạt động trong dải áp suất rộng, từ khoảng 1 bar đến 1400 bar.
Hoạt động của van dựa trên sự cân bằng giữa lực ép của lò xo và lực đẩy của áp suất đầu vào lên đĩa van. Lực đầu vào được xác định bởi áp suất và diện tích bề mặt đĩa mà môi chất tác động lên (theo Định luật Pascal: Lực = Áp suất x Diện tích). Khi diện tích tiếp xúc tăng, lực tác động cũng tăng theo.
Đặc tính quan trọng của van an toàn là khả năng mở hoàn toàn rất nhanh để đạt lưu lượng xả tối đa trong thời gian ngắn nhất. Điều này đạt được nhờ thiết kế đường kính đĩa van lớn hơn đường kính miệng vòi phun. Khi áp suất đủ cao để nâng nhẹ đĩa van, môi chất tràn ra tiếp xúc với phần diện tích lớn hơn của đĩa, tạo ra lực nâng đột ngột lớn hơn nhiều so với lực lò xo, khiến van mở hoàn toàn (pop action).
Van An Toàn Đòn Bẩy (Lever Safety Valve)
Van an toàn kiểu đòn bẩy bao gồm thân van có mặt bích để cố định vào nồi hơi. Bên trong có đế van và van (thường làm bằng đồng thau để tránh rỉ sét). Lực giữ van được tạo ra bởi một đòn bẩy có gắn tải trọng (quả nặng) ở một đầu và điểm tựa ở đầu kia. Một thanh chống truyền lực giữ từ đòn bẩy xuống van.
Ở áp suất bình thường, lực từ tải trọng giữ van đóng kín. Khi áp suất hơi vượt quá mức an toàn, lực đẩy của hơi thắng lực giữ của đòn bẩy, van nâng lên và xả hơi. Khi áp suất giảm về mức bình thường, van tự đóng lại. Áp suất đặt của van có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi vị trí hoặc khối lượng của tải trọng trên đòn bẩy.
Van An Toàn Điều Khiển Bằng Pilot (Pilot-operated Safety Valve)
Loại van này sử dụng một van phụ (pilot) để điều khiển van chính. Ưu điểm là áp suất cần thiết để mở đĩa van chính có thể được đặt rất gần với áp suất làm việc của hệ thống, giúp loại bỏ sự gia tăng áp suất không cần thiết (overpressure) so với áp suất làm việc trước khi van mở hoàn toàn. Điều này giúp tối ưu hóa hiệu suất hệ thống.
Tiêu Chuẩn An Toàn Cho Van An Toàn Nồi Hơi
Việc lựa chọn, lắp đặt và vận hành van an toàn phải tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt để đảm bảo an toàn:
Tiêu Chuẩn Quốc Gia (Việt Nam)
- TCVN 7704 : 2007: Nồi hơi – yêu cầu kỹ thuật về thiết kế, kết cấu chế tạo, lắp đặt, sử dụng và sửa chữa. Áp dụng cho nồi hơi có áp suất làm việc > 0,07 MPa và nồi đun nước nóng > 115°C.
- TCVN 6006 – 1995: Nồi hơi – yêu cầu kỹ thuật an toàn về lắp đặt, sử dụng, sửa chữa.
- Quy định yêu cầu kỹ thuật an toàn cho nồi hơi thuộc phạm vi TCVN 6004 – 1995.
- Đơn vị lắp đặt, sửa chữa phải có tư cách pháp nhân và được cấp phép.
- Tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn hiện hành và thiết kế công nghệ đã được phê duyệt.
Tiêu Chuẩn Quốc Tế
- ISO 4126-1:2013: Quy định yêu cầu chung cho van an toàn, áp dụng cho van có đường kính dòng chảy ≥ 4 mm, áp suất đặt ≥ 0,1 bar, không giới hạn nhiệt độ.
- EN 4126: Thiết bị an toàn bảo vệ chống áp suất quá mức (Tiêu chuẩn Châu Âu).
- ASME Section I: Bình chịu áp suất đốt trực tiếp (Boilers).
- ASME Section III: Nhà máy điện hạt nhân.
- ASME Section IV: Lò hơi sưởi ấm.
- ASME Section VIII: Bình chịu áp suất không nung (Unfired Pressure Vessels).
- ANSI/ASME PTC 25.3: Mã kiểm tra hiệu suất van an toàn.
- API 520: Lựa chọn kích thước và lắp đặt thiết bị giảm áp trong nhà máy lọc dầu (Part 1: Design, Part 2: Installation).
- API 521: Hướng dẫn về hệ thống giảm áp và giảm áp.
- API 526: Van giảm áp thép mặt bích.
- API 527: Độ kín của van giảm áp.
- ASME B16.34: Tiêu chuẩn cho van có đầu bích, ren, hàn (bao gồm định mức áp suất/nhiệt độ, kích thước, vật liệu, kiểm tra, đánh dấu).
- ASME B16.5: Tiêu chuẩn cho mặt bích ống và phụ kiện mặt bích (vật liệu, giới hạn áp suất/nhiệt độ, kích thước mặt bích ANSI).
Tầm Quan Trọng Không Thể Thiếu Của Van An Toàn
Van an toàn thực sự là thiết bị sống còn trong hệ thống nồi hơi. Thiếu vắng hoặc sự cố của van an toàn có thể dẫn đến việc nồi hơi vượt quá áp suất làm việc tối đa cho phép (MAWP), gây ra hư hỏng nghiêm trọng cho thiết bị, hệ thống, và thảm khốc hơn là thương tích hoặc tử vong cho người vận hành.
Để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho hệ thống nồi hơi của bạn, việc lựa chọn và lắp đặt van an toàn đúng tiêu chuẩn là vô cùng quan trọng. Liên hệ Ecozenngay hôm nay để được tư vấn, hỗ trợ và chọn lựa van an toàn phù hợp nhất với nhu cầu và yêu cầu kỹ thuật của hệ thống!