Mặc dùvan nhựaVan nhựa đôi khi được coi là một sản phẩm đặc biệt - sự lựa chọn hàng đầu cho những người sản xuất hoặc thiết kế các sản phẩm đường ống nhựa cho hệ thống công nghiệp hoặc những người cần thiết bị siêu sạch - nhưng không phải lúc nào cũng cho rằng những van này không có nhiều ứng dụng thông thường. Trên thực tế, van nhựa ngày nay có phạm vi sử dụng rộng rãi, bởi vì các loại vật liệu tiếp tục được mở rộng, và các nhà thiết kế giỏi cần những vật liệu này đồng nghĩa với việc ngày càng có nhiều cách để sử dụng những công cụ đa chức năng này.

ĐẶC TÍNH CỦA NHỰA

Van nhựa nhiệt dẻo có nhiều ưu điểm: khả năng chống ăn mòn, hóa chất và mài mòn; thành trong nhẵn; trọng lượng nhẹ; dễ lắp đặt; tuổi thọ cao; và chi phí vòng đời thấp hơn. Những ưu điểm này đã dẫn đến việc van nhựa được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng thương mại và công nghiệp như phân phối nước, xử lý nước thải, chế biến kim loại và hóa chất, thực phẩm và dược phẩm, nhà máy điện, nhà máy lọc dầu, v.v. Van nhựa có thể được sản xuất từ ​​nhiều loại vật liệu khác nhau và được sử dụng trong nhiều cấu hình. Các loại van nhựa nhiệt dẻo phổ biến nhất được làm từ polyvinyl clorua (PVC), polyvinyl clorua clo hóa (CPVC), polypropylen (PP) và polyvinylidene fluoride (PVDF). Van PVC và CPVC thường được nối với hệ thống đường ống bằng cách dán keo dung môi vào các đầu nối kiểu ổ cắm, hoặc các đầu nối ren và mặt bích; trong khi đó, van PP và PVDF yêu cầu nối các thành phần của hệ thống đường ống bằng các công nghệ hàn nhiệt, hàn đối đầu hoặc hàn điện.

Van nhựa nhiệt dẻo hoạt động tốt trong môi trường ăn mòn, nhưng chúng cũng hữu ích không kém trong các ứng dụng cấp nước thông thường vì chúng không chứa chì¹, chống mất kẽm và không bị gỉ. Hệ thống đường ống và van PVC và CPVC cần được kiểm tra và chứng nhận theo tiêu chuẩn NSF [National Sanitation Foundation] 61 về tác động đến sức khỏe, bao gồm cả yêu cầu về hàm lượng chì thấp trong Phụ lục G. Việc lựa chọn vật liệu phù hợp cho chất lỏng ăn mòn có thể được thực hiện bằng cách tham khảo hướng dẫn về khả năng chống hóa chất của nhà sản xuất và hiểu rõ ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền của vật liệu nhựa.

Mặc dù polypropylene có độ bền bằng một nửa so với PVC và CPVC, nhưng nó lại có khả năng kháng hóa chất đa dạng nhất vì không có dung môi nào được biết đến. PP hoạt động tốt trong axit axetic và hydroxit đậm đặc, và cũng thích hợp cho các dung dịch loãng hơn của hầu hết các axit, kiềm, muối và nhiều hóa chất hữu cơ.

PP có sẵn ở dạng có màu hoặc không màu (tự nhiên). PP tự nhiên bị phân hủy nghiêm trọng bởi bức xạ tia cực tím (UV), nhưng các hợp chất chứa hơn 2,5% chất tạo màu carbon đen thì có khả năng ổn định tia UV tốt.

Hệ thống đường ống PVDF được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp khác nhau, từ dược phẩm đến khai thác mỏ, nhờ vào độ bền, nhiệt độ làm việc và khả năng kháng hóa chất của PVDF đối với muối, axit mạnh, bazơ loãng và nhiều dung môi hữu cơ. Không giống như PP, PVDF không bị phân hủy bởi ánh sáng mặt trời; tuy nhiên, loại nhựa này trong suốt với ánh sáng mặt trời và có thể khiến chất lỏng tiếp xúc với tia UV. Mặc dù công thức PVDF tự nhiên, không pha màu rất tốt cho các ứng dụng trong nhà đòi hỏi độ tinh khiết cao, việc thêm chất tạo màu như màu đỏ dùng trong thực phẩm sẽ cho phép tiếp xúc với ánh sáng mặt trời mà không gây ảnh hưởng xấu đến môi trường chất lỏng.

Hệ thống đường ống bằng nhựa có những thách thức về thiết kế, chẳng hạn như độ nhạy cảm với nhiệt độ và sự giãn nở, co ngót do nhiệt, nhưng các kỹ sư có thể và đã thiết kế được các hệ thống đường ống bền lâu, tiết kiệm chi phí cho môi trường thông thường và ăn mòn. Yếu tố thiết kế quan trọng nhất là hệ số giãn nở nhiệt của nhựa lớn hơn kim loại—ví dụ, nhựa nhiệt dẻo có hệ số giãn nở nhiệt gấp năm đến sáu lần so với thép.

Khi thiết kế hệ thống đường ống và xem xét tác động đến vị trí đặt van và giá đỡ van, một yếu tố quan trọng cần lưu ý đối với vật liệu nhựa nhiệt dẻo là sự giãn nở nhiệt. Các ứng suất và lực phát sinh do sự giãn nở và co lại nhiệt có thể được giảm thiểu hoặc loại bỏ bằng cách tạo sự linh hoạt trong hệ thống đường ống thông qua việc thay đổi hướng thường xuyên hoặc đưa vào các vòng giãn nở. Bằng cách tạo sự linh hoạt này dọc theo hệ thống đường ống, van nhựa sẽ không cần phải chịu nhiều ứng suất hơn (Hình 1).

Vì nhựa nhiệt dẻo nhạy cảm với nhiệt độ, nên định mức áp suất của van giảm khi nhiệt độ tăng. Các vật liệu nhựa khác nhau có sự giảm tương ứng khi nhiệt độ tăng. Nhiệt độ chất lỏng có thể không phải là nguồn nhiệt duy nhất ảnh hưởng đến định mức áp suất của van nhựa — nhiệt độ bên ngoài tối đa cần được xem xét trong thiết kế. Trong một số trường hợp, việc không thiết kế cho nhiệt độ bên ngoài của đường ống có thể gây ra hiện tượng võng quá mức do thiếu giá đỡ đường ống. PVC có nhiệt độ hoạt động tối đa là 140°F; CPVC có nhiệt độ tối đa là 220°F; PP có nhiệt độ tối đa là 180°F; và van PVDF có thể chịu được áp suất lên đến 280°F (Hình 2).

Ngược lại, hầu hết các hệ thống đường ống nhựa hoạt động khá tốt ở nhiệt độ dưới 0 độ C. Trên thực tế, độ bền kéo của ống nhựa nhiệt dẻo tăng lên khi nhiệt độ giảm. Tuy nhiên, khả năng chịu va đập của hầu hết các loại nhựa giảm khi nhiệt độ giảm, và hiện tượng giòn xuất hiện ở các vật liệu đường ống bị ảnh hưởng. Miễn là các van và hệ thống đường ống liền kề không bị xáo trộn, không bị hư hại do va đập hoặc tác động của vật thể, và đường ống không bị rơi trong quá trình vận chuyển, thì các tác động bất lợi đến đường ống nhựa sẽ được giảm thiểu.

CÁC LOẠI VAN NHIỆT DẺO

Van bi,van kiểm tra,van bướmVan bi và van màng có sẵn với nhiều loại vật liệu nhựa nhiệt dẻo khác nhau cho hệ thống đường ống áp suất theo tiêu chuẩn 80, cùng với vô số tùy chọn về bộ phận điều chỉnh và phụ kiện. Van bi tiêu chuẩn thường được thiết kế dạng khớp nối thực sự để dễ dàng tháo rời thân van để bảo trì mà không làm gián đoạn đường ống kết nối. Van một chiều bằng nhựa nhiệt dẻo có sẵn dưới dạng van bi, van xoay, van chữ Y và van hình nón. Van bướm dễ dàng kết nối với mặt bích kim loại vì chúng phù hợp với các lỗ bu lông, đường kính bu lông và kích thước tổng thể của tiêu chuẩn ANSI Class 150. Đường kính trong nhẵn của các bộ phận nhựa nhiệt dẻo càng làm tăng thêm độ chính xác trong điều khiển của van màng.

Van bi bằng nhựa PVC và CPVC được sản xuất bởi nhiều công ty trong và ngoài nước với các kích thước từ 1/2 inch đến 6 inch, sử dụng các kiểu kết nối như khớp nối ống, ren hoặc mặt bích. Thiết kế khớp nối truyền thống của van bi hiện đại bao gồm hai đai ốc vặn vào thân van, nén các vòng đệm đàn hồi giữa thân van và các đầu nối. Một số nhà sản xuất đã duy trì cùng chiều dài lắp đặt và ren đai ốc của van bi trong nhiều thập kỷ để dễ dàng thay thế các van cũ mà không cần sửa đổi đường ống liền kề.

Van bi có gioăng đàn hồi ethylene propylene diene monomer (EPDM) cần được chứng nhận theo tiêu chuẩn NSF-61G để sử dụng trong nước uống. Gioăng đàn hồi fluorocarbon (FKM) có thể được sử dụng thay thế cho các hệ thống cần đảm bảo tính tương thích hóa học. FKM cũng có thể được sử dụng trong hầu hết các ứng dụng liên quan đến axit khoáng, ngoại trừ hydro clorua, dung dịch muối, hydrocarbon clo hóa và dầu mỏ.

Hình 3. Van bi mặt bích gắn vào bồn chứa. Hình 4. Van bi một chiều lắp đặt thẳng đứng. Van bi PVC và CPVC, từ 1/2 inch đến 2 inch, là lựa chọn khả thi cho các ứng dụng nước nóng và nước lạnh, nơi áp suất nước tối đa không gây sốc có thể lên tới 250 psi ở 73°F. Các van bi lớn hơn, từ 2-1/2 inch đến 6 inch, sẽ có định mức áp suất thấp hơn là 150 psi ở 73°F. Thường được sử dụng trong vận chuyển hóa chất, van bi PP và PVDF (Hình 3 và 4), có kích thước từ 1/2 inch đến 4 inch với các kết nối đầu nối dạng ổ cắm, ren hoặc mặt bích, thường được đánh giá ở mức áp suất nước tối đa không gây sốc là 150 psi ở nhiệt độ môi trường.

Van bi một chiều bằng nhựa nhiệt dẻo hoạt động dựa trên nguyên lý quả bi có trọng lượng riêng nhỏ hơn nước, do đó nếu áp suất ở phía thượng lưu bị mất, quả bi sẽ chìm trở lại vào bề mặt làm kín. Các van này có thể được sử dụng trong cùng một hệ thống với các van bi nhựa tương tự vì chúng không đưa thêm vật liệu mới vào hệ thống. Các loại van một chiều khác có thể bao gồm lò xo kim loại, có thể không bền trong môi trường ăn mòn.

Hình 5. Van bướm có lớp lót đàn hồi. Van bướm bằng nhựa có kích thước từ 2 inch đến 24 inch rất phổ biến cho các hệ thống đường ống có đường kính lớn hơn. Các nhà sản xuất van bướm bằng nhựa có nhiều cách tiếp cận khác nhau đối với cấu tạo và bề mặt làm kín. Một số sử dụng lớp lót đàn hồi (Hình 5) hoặc vòng chữ O, trong khi những nhà sản xuất khác sử dụng đĩa được phủ chất đàn hồi. Một số làm thân van bằng một loại vật liệu, nhưng các bộ phận bên trong tiếp xúc với chất lỏng lại là vật liệu của hệ thống, có nghĩa là thân van bướm bằng polypropylene có thể chứa lớp lót EPDM và đĩa PVC hoặc một số cấu hình khác với các loại nhựa nhiệt dẻo và gioăng đàn hồi thường thấy.

Việc lắp đặt van bướm bằng nhựa khá đơn giản vì loại van này được sản xuất theo kiểu mỏng với gioăng đàn hồi được thiết kế sẵn trong thân van. Chúng không cần thêm gioăng đệm. Khi đặt giữa hai mặt bích khớp nối, việc siết chặt van bướm bằng nhựa phải được thực hiện cẩn thận bằng cách tăng dần mô-men xoắn bu lông đến mức khuyến nghị theo ba giai đoạn. Điều này nhằm đảm bảo độ kín khít đồng đều trên toàn bề mặt và không gây ra ứng suất cơ học không đều lên van.

Hình 6. Van màng. Các chuyên gia về van kim loại sẽ thấy quen thuộc với các bộ phận chính của van màng nhựa có bánh xe và chỉ báo vị trí (Hình 6); tuy nhiên, van màng nhựa có một số ưu điểm riêng biệt, bao gồm thành bên trong nhẵn mịn của thân van bằng nhựa nhiệt dẻo. Tương tự như van bi nhựa, người sử dụng loại van này có thể lựa chọn lắp đặt thiết kế khớp nối thực sự, đặc biệt hữu ích cho công việc bảo trì van. Hoặc, người dùng có thể chọn kết nối mặt bích. Do có nhiều lựa chọn về vật liệu thân van và màng van, loại van này có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng hóa học khác nhau.

Cũng như với bất kỳ loại van nào khác, chìa khóa để vận hành van nhựa là xác định các yêu cầu hoạt động, chẳng hạn như khí nén hay điện và nguồn điện một chiều (DC) hay xoay chiều (AC). Nhưng với van nhựa, người thiết kế và người sử dụng cũng phải hiểu loại môi trường nào sẽ bao quanh bộ truyền động. Như đã đề cập trước đó, van nhựa là một lựa chọn tuyệt vời cho các tình huống ăn mòn, bao gồm cả môi trường ăn mòn bên ngoài. Vì vậy, vật liệu vỏ của bộ truyền động cho van nhựa là một yếu tố quan trọng cần xem xét. Các nhà sản xuất van nhựa có nhiều lựa chọn để đáp ứng nhu cầu của các môi trường ăn mòn này, chẳng hạn như bộ truyền động được phủ nhựa hoặc vỏ kim loại được phủ epoxy.

Như bài viết này đã chỉ ra, van nhựa hiện nay cung cấp rất nhiều lựa chọn cho các ứng dụng và tình huống mới.