Nơi sử dụng van: Mọi nơi!

Ngày 08 tháng 11 năm 2017 Viết bởi Greg Johnson

Ngày nay, van có thể được tìm thấy ở hầu hết mọi nơi: trong nhà của chúng ta, dưới đường phố, trong các tòa nhà thương mại và ở hàng nghìn nơi trong các nhà máy điện và nước, nhà máy giấy, nhà máy lọc dầu, nhà máy hóa chất cũng như các cơ sở hạ tầng và công nghiệp khác.
Ngành công nghiệp van thực sự có vai trò rộng lớn, với các phân khúc khác nhau, từ phân phối nước đến năng lượng hạt nhân đến dầu khí thượng nguồn và hạ nguồn. Mỗi ngành công nghiệp sử dụng cuối này đều sử dụng một số loại van cơ bản; tuy nhiên, các chi tiết xây dựng và vật liệu thường rất khác nhau. Đây là một mẫu:

CÔNG TRÌNH NƯỚC
Trong thế giới phân phối nước, áp suất hầu như luôn tương đối thấp và nhiệt độ xung quanh. Hai thực tế ứng dụng đó cho phép một số yếu tố thiết kế van không thể tìm thấy trên các thiết bị khó khăn hơn như van hơi nhiệt độ cao. Nhiệt độ môi trường của dịch vụ nước cho phép sử dụng chất đàn hồi và gioăng cao su không phù hợp ở nơi khác. Những vật liệu mềm này cho phép trang bị van nước để bịt kín các giọt nước.

Một vấn đề cần cân nhắc khác đối với van dịch vụ cấp nước là lựa chọn vật liệu xây dựng. Gang và gang dẻo được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống nước, đặc biệt là các đường ống có đường kính ngoài lớn. Những đường dây rất nhỏ có thể được xử lý khá tốt bằng vật liệu van bằng đồng.

Áp suất mà hầu hết các van cấp nước nhìn thấy thường dưới 200 psi. Điều này có nghĩa là không cần thiết phải thiết kế áp suất cao có thành dày hơn. Như đã nói, có những trường hợp van nước được chế tạo để xử lý áp suất cao hơn, lên tới khoảng 300 psi. Các ứng dụng này thường được thực hiện trên các cống dẫn nước dài gần nguồn áp lực. Đôi khi các van nước có áp suất cao hơn cũng được tìm thấy ở những điểm có áp suất cao nhất trong một con đập cao.

Hiệp hội Công trình Nước Hoa Kỳ (AWWA) đã ban hành các thông số kỹ thuật bao gồm nhiều loại van và bộ truyền động khác nhau được sử dụng trong các ứng dụng công trình nước.

NƯỚC THẢI
Mặt trái của việc nước sạch uống được đi vào cơ sở hoặc công trình là nước thải hoặc cống thoát nước thải ra. Những đường này thu thập tất cả chất thải và chất rắn và đưa chúng đến nhà máy xử lý nước thải. Những nhà máy xử lý này có rất nhiều đường ống và van áp suất thấp để thực hiện “công việc bẩn thỉu” của chúng. Các yêu cầu đối với van nước thải trong nhiều trường hợp nhẹ nhàng hơn nhiều so với yêu cầu đối với dịch vụ nước sạch. Cổng sắt và van kiểm tra là những lựa chọn phổ biến nhất cho loại hình dịch vụ này. Van tiêu chuẩn trong dịch vụ này được chế tạo theo thông số kỹ thuật của AWWA.

NGÀNH ĐIỆN
Hầu hết năng lượng điện được tạo ra ở Hoa Kỳ được tạo ra từ các nhà máy hơi nước sử dụng nhiên liệu hóa thạch và tua-bin tốc độ cao. Lột bỏ lớp vỏ bọc của một nhà máy điện hiện đại sẽ mang lại cái nhìn về hệ thống đường ống nhiệt độ cao, áp suất cao. Những dây chuyền chính này là quan trọng nhất trong quá trình sản xuất điện bằng hơi nước.

Van cổng vẫn là lựa chọn chính cho các ứng dụng bật/tắt nhà máy điện, mặc dù mục đích đặc biệt là van cầu kiểu chữ Y cũng được tìm thấy. Van bi hiệu suất cao, phục vụ quan trọng đang trở nên phổ biến với một số nhà thiết kế nhà máy điện và đang xâm nhập vào thế giới van tuyến tính từng thống trị này.

Luyện kim rất quan trọng đối với các van trong các ứng dụng năng lượng, đặc biệt là các van hoạt động trong phạm vi áp suất và nhiệt độ siêu tới hạn hoặc siêu tới hạn. F91, F92, C12A cùng với một số hợp kim Inconel và thép không gỉ được sử dụng phổ biến trong các nhà máy điện hiện nay. Các loại áp suất bao gồm 1500, 2500 và trong một số trường hợp là 4500. Bản chất điều biến của các nhà máy điện cao điểm (những nhà máy chỉ hoạt động khi cần thiết) cũng gây áp lực rất lớn lên van và đường ống, đòi hỏi những thiết kế chắc chắn để xử lý sự kết hợp khắc nghiệt giữa chu trình, nhiệt độ và áp lực.
Ngoài van hơi chính, các nhà máy điện còn có các đường ống phụ trợ, với vô số van cổng, van cầu, van một chiều, van bướm và van bi.

Các nhà máy điện hạt nhân hoạt động dựa trên nguyên lý tua bin hơi nước/tốc độ cao. Sự khác biệt cơ bản là trong nhà máy điện hạt nhân, hơi nước được tạo ra bởi nhiệt từ quá trình phân hạch. Van của nhà máy điện hạt nhân tương tự như những người anh em họ sử dụng nhiên liệu hóa thạch, ngoại trừ nguồn gốc của chúng và yêu cầu bổ sung về độ tin cậy tuyệt đối. Van hạt nhân được sản xuất theo tiêu chuẩn cực kỳ cao, với tài liệu kiểm tra và chứng nhận chất lượng dày hàng trăm trang.

SẢN XUẤT DẦU KHÍ
Các giếng dầu khí và các cơ sở sản xuất là những nơi sử dụng nhiều van, trong đó có nhiều loại van hạng nặng. Mặc dù những dòng dầu phun cao hàng trăm feet trong không khí không còn có khả năng xảy ra nữa, nhưng hình ảnh này minh họa áp lực tiềm tàng của dầu và khí đốt dưới lòng đất. Đây là lý do tại sao đầu giếng hay cây thông Noel được đặt ở đầu chuỗi ống dài của giếng. Những tổ hợp này, với sự kết hợp của van và các phụ kiện đặc biệt, được thiết kế để xử lý áp suất lên tới 10.000 psi. Mặc dù ngày nay hiếm khi được tìm thấy ở các giếng đào trên đất liền nhưng áp suất cực cao thường được tìm thấy ở các giếng sâu ngoài khơi.

Thiết kế thiết bị đầu giếng bao gồm các thông số kỹ thuật API như 6A, Thông số kỹ thuật cho thiết bị đầu giếng và cây Giáng sinh. Các van được bao phủ trong 6A được thiết kế cho áp suất cực cao nhưng nhiệt độ khiêm tốn. Hầu hết các cây thông Noel đều có van cổng và van cầu đặc biệt gọi là cuộn cảm. Cuộn cảm được sử dụng để điều chỉnh dòng chảy từ giếng.

Ngoài các đầu giếng, còn có nhiều cơ sở phụ trợ nằm trong mỏ dầu hoặc khí đốt. Thiết bị xử lý để xử lý trước dầu hoặc khí cần có một số van. Những van này thường được làm bằng thép carbon được xếp hạng cho các loại thấp hơn.

Đôi khi, một chất lỏng có tính ăn mòn cao—hydro sunfua—có trong dòng dầu thô. Vật liệu này, còn được gọi là khí chua, có thể gây chết người. Để vượt qua những thách thức của khí chua, phải tuân thủ các vật liệu đặc biệt hoặc kỹ thuật xử lý vật liệu theo thông số kỹ thuật MR0175 của NACE International.

CÔNG NGHIỆP NGOÀI NƯỚC
Hệ thống đường ống cho các giàn khoan dầu ngoài khơi và các cơ sở sản xuất chứa vô số van được chế tạo theo nhiều thông số kỹ thuật khác nhau để xử lý nhiều thách thức kiểm soát dòng chảy. Các cơ sở này cũng chứa nhiều vòng hệ thống điều khiển và thiết bị giảm áp.

Đối với các cơ sở sản xuất dầu, tim mạch chính là hệ thống đường ống thu hồi dầu hoặc khí thực tế. Mặc dù không phải lúc nào cũng ở trên nền tảng này, nhưng nhiều hệ thống sản xuất sử dụng cây thông Noel và hệ thống đường ống hoạt động ở độ sâu khắc nghiệt từ 10.000 feet trở lên. Thiết bị sản xuất này được chế tạo theo nhiều tiêu chuẩn chính xác của Viện Dầu khí Hoa Kỳ (API) và được tham chiếu trong một số Thực hành được Khuyến nghị API (RP).

Trên hầu hết các giàn khoan dầu lớn, các quy trình bổ sung được áp dụng cho chất lỏng thô đến từ đầu giếng. Chúng bao gồm tách nước khỏi hydrocarbon và tách khí và chất lỏng khí tự nhiên khỏi dòng chất lỏng. Các hệ thống đường ống cây thông sau Giáng sinh này thường được xây dựng theo mã đường ống B31.3 của Hiệp hội Kỹ sư Cơ khí Hoa Kỳ với các van được thiết kế phù hợp với các thông số kỹ thuật của van API như API 594, API 600, API 602, API 608 và API 609.

Một số hệ thống này cũng có thể chứa cổng API 6D, bi và van một chiều. Vì bất kỳ đường ống nào trên giàn hoặc tàu khoan đều nằm trong cơ sở nên các yêu cầu nghiêm ngặt về sử dụng van API 6D cho đường ống sẽ không được áp dụng. Mặc dù nhiều loại van được sử dụng trong các hệ thống đường ống này, loại van được lựa chọn là van bi.

ĐƯỜNG ỐNG
Mặc dù hầu hết các đường ống đều bị ẩn khỏi tầm nhìn nhưng sự hiện diện của chúng thường rất rõ ràng. Những biển báo nhỏ ghi “đường ống dẫn dầu” là một dấu hiệu rõ ràng cho thấy sự hiện diện của đường ống vận chuyển ngầm. Những đường ống này được trang bị nhiều van quan trọng dọc theo chiều dài của chúng. Van ngắt đường ống khẩn cấp được tìm thấy theo các khoảng thời gian theo quy định của tiêu chuẩn, quy tắc và luật pháp. Các van này phục vụ chức năng quan trọng là cách ly một phần đường ống trong trường hợp rò rỉ hoặc khi cần bảo trì.

Nằm rải rác dọc theo tuyến đường ống là các cơ sở nơi đường ống nổi lên từ mặt đất và có đường tiếp cận. Các trạm này là nơi đặt thiết bị phóng “lợn”, bao gồm các thiết bị được lắp vào đường ống để kiểm tra hoặc làm sạch đường ống. Các trạm phóng lợn này thường có một số van, dạng cổng hoặc dạng bi. Tất cả các van trên hệ thống đường ống phải ở dạng full-port (mở hoàn toàn) để lợn có thể đi qua.

Đường ống cũng cần năng lượng để chống lại ma sát của đường ống và duy trì áp suất và dòng chảy của đường ống. Máy nén hoặc trạm bơm trông giống như phiên bản nhỏ của một nhà máy xử lý không có tháp nứt cao được sử dụng. Các trạm này là nơi đặt hàng chục van cổng, van bi và van kiểm tra đường ống.
Bản thân các đường ống được thiết kế theo các tiêu chuẩn và quy tắc khác nhau, trong khi các van đường ống tuân theo Van đường ống API 6D.
Ngoài ra còn có các đường ống nhỏ hơn dẫn vào nhà ở và các công trình thương mại. Những đường này cung cấp nước và khí đốt và được bảo vệ bằng các van ngắt.
Các đô thị lớn, đặc biệt là ở phía bắc Hoa Kỳ, cung cấp hơi nước cho nhu cầu sưởi ấm của khách hàng thương mại. Những đường cấp hơi này được trang bị nhiều loại van để kiểm soát và điều tiết việc cung cấp hơi. Mặc dù chất lỏng là hơi nước nhưng áp suất và nhiệt độ vẫn thấp hơn so với áp suất và nhiệt độ trong quá trình sản xuất hơi nước của nhà máy điện. Nhiều loại van được sử dụng trong dịch vụ này, mặc dù van cắm đáng tin cậy vẫn là một lựa chọn phổ biến.

NHÀ MÁY LỌC HÓA DẦU
Van nhà máy lọc dầu sử dụng van công nghiệp nhiều hơn bất kỳ phân khúc van nào khác. Các nhà máy lọc dầu là nơi chứa cả chất lỏng ăn mòn và trong một số trường hợp, nhiệt độ cao.
Các yếu tố này quyết định cách chế tạo van theo thông số kỹ thuật thiết kế van API như API 600 (van cổng), API 608 (van bi) và API 594 (van một chiều). Do nhiều loại van này gặp phải dịch vụ khắc nghiệt nên thường cần thêm dự phòng ăn mòn. Mức cho phép này được thể hiện thông qua độ dày thành lớn hơn được quy định trong tài liệu thiết kế API.

Hầu như mọi loại van chính đều có thể được tìm thấy rất nhiều trong một nhà máy lọc dầu lớn điển hình. Van cổng phổ biến vẫn là vua của ngọn đồi có dân số đông nhất, nhưng van quay một phần tư đang chiếm thị phần ngày càng lớn. Các sản phẩm theo quý đã xâm nhập thành công vào ngành này (vốn cũng từng bị chi phối bởi các sản phẩm tuyến tính) bao gồm van bướm bù ba hiệu suất cao và van bi có mặt tựa bằng kim loại.

Van cổng, van cầu và van một chiều tiêu chuẩn vẫn được sử dụng rộng rãi và do tính thiết thực cũng như tính kinh tế trong sản xuất của chúng nên chúng sẽ không sớm biến mất.
Xếp hạng áp suất cho các van lọc dầu có phạm vi từ Loại 150 đến Loại 1500, trong đó Loại 300 là phổ biến nhất.
Thép cacbon trơn, chẳng hạn như loại WCB (đúc) và A-105 (rèn) là những vật liệu phổ biến nhất được chỉ định và sử dụng trong các loại van cho dịch vụ lọc dầu. Nhiều ứng dụng quy trình tinh chế đẩy giới hạn nhiệt độ cao hơn của thép cacbon trơn và hợp kim nhiệt độ cao hơn được chỉ định cho các ứng dụng này. Phổ biến nhất trong số này là các loại thép mạ crôm/moly như 1-1/4% Cr, 2-1/4% Cr, 5% Cr và 9% Cr. Thép không gỉ và hợp kim niken cao cũng được sử dụng trong một số quy trình tinh chế đặc biệt khắc nghiệt.

HÓA CHẤT
Ngành công nghiệp hóa chất là ngành sử dụng nhiều van các loại và vật liệu. Từ các nhà máy sản xuất hàng loạt nhỏ đến các khu phức hợp hóa dầu khổng lồ ở Bờ Vịnh, van là một phần quan trọng trong hệ thống đường ống xử lý hóa chất.

Hầu hết các ứng dụng trong quy trình hóa học đều có áp suất thấp hơn nhiều quy trình tinh chế và sản xuất điện. Các loại áp suất phổ biến nhất cho van và đường ống của nhà máy hóa chất là Loại 150 và 300. Các nhà máy hóa chất cũng là động lực lớn nhất trong việc chiếm lĩnh thị phần mà van bi đã giành được từ van tuyến tính trong 40 năm qua. Van bi có mặt tựa đàn hồi với khả năng ngắt không rò rỉ, hoàn toàn phù hợp cho nhiều ứng dụng của nhà máy hóa chất. Kích thước nhỏ gọn của van bi cũng là một tính năng phổ biến.
Vẫn còn một số nhà máy hóa chất và quy trình sản xuất sử dụng van tuyến tính. Trong những trường hợp này, các van được thiết kế API 603 phổ biến, với thành mỏng hơn và trọng lượng nhẹ hơn, thường là van cổng hoặc van cầu được lựa chọn. Việc kiểm soát một số hóa chất cũng được thực hiện một cách hiệu quả bằng van màng hoặc van kẹp.
Do tính chất ăn mòn của nhiều loại hóa chất và quy trình sản xuất hóa chất nên việc lựa chọn vật liệu là rất quan trọng. Vật liệu thực tế là loại thép không gỉ austenit 316/316L. Vật liệu này hoạt động tốt để chống ăn mòn từ nhiều chất lỏng đôi khi khó chịu.

Đối với một số ứng dụng ăn mòn khó khăn hơn, cần có sự bảo vệ nhiều hơn. Các loại thép không gỉ austenit hiệu suất cao khác, chẳng hạn như 317, 347 và 321 thường được chọn trong những tình huống này. Các hợp kim khác đôi khi được sử dụng để kiểm soát chất lỏng hóa học bao gồm Monel, Hợp kim 20, Inconel và 17-4 PH.

TÁCH LNG VÀ KHÍ
Cả khí tự nhiên lỏng (LNG) và các quy trình cần thiết để tách khí đều phụ thuộc vào đường ống rộng rãi. Những ứng dụng này yêu cầu van có thể hoạt động ở nhiệt độ đông lạnh rất thấp. Ngành công nghiệp LNG đang phát triển nhanh chóng ở Hoa Kỳ đang liên tục tìm cách nâng cấp và cải tiến quy trình hóa lỏng khí. Để đạt được mục tiêu này, đường ống và van đã trở nên lớn hơn nhiều và yêu cầu về áp suất cũng được nâng lên.

Tình trạng này đã buộc các nhà sản xuất van phải phát triển các thiết kế để đáp ứng các thông số khắt khe hơn. Van bi và van bướm quay một phần tư là phổ biến cho dịch vụ LNG, với vật liệu phổ biến nhất là 316ss [thép không gỉ]. ANSI Class 600 là mức trần áp suất thông thường cho hầu hết các ứng dụng LNG. Mặc dù các sản phẩm van một chiều là loại van phổ biến nhất, van cổng, van cầu và van một chiều cũng có thể được tìm thấy trong các nhà máy.

Dịch vụ tách khí bao gồm việc phân chia khí thành các thành phần cơ bản riêng lẻ. Ví dụ, phương pháp tách không khí tạo ra nitơ, oxy, heli và các loại khí vi lượng khác. Bản chất nhiệt độ rất thấp của quá trình này có nghĩa là cần có nhiều van đông lạnh.

Cả nhà máy LNG và nhà máy tách khí đều có van nhiệt độ thấp phải duy trì hoạt động được trong các điều kiện đông lạnh này. Điều này có nghĩa là hệ thống đóng gói van phải được nâng lên khỏi chất lỏng có nhiệt độ thấp thông qua việc sử dụng cột khí hoặc cột ngưng tụ. Cột khí này ngăn chất lỏng hình thành một quả cầu băng xung quanh khu vực đóng gói, điều này sẽ ngăn thân van quay hoặc dâng lên.

TÒA NHÀ THƯƠNG MẠI
Các tòa nhà thương mại bao quanh chúng ta nhưng trừ khi chúng ta chú ý kỹ khi chúng được xây dựng, chúng ta sẽ có rất ít manh mối về vô số động mạch chất lỏng ẩn bên trong những bức tường xây bằng gạch, thủy tinh và kim loại.

Mẫu số chung ở hầu hết mọi tòa nhà là nước. Tất cả các cấu trúc này chứa nhiều hệ thống đường ống mang nhiều sự kết hợp của hợp chất hydro/oxy dưới dạng chất lỏng uống được, nước thải, nước nóng, nước xám và phòng cháy chữa cháy.

Từ quan điểm sống còn của tòa nhà, hệ thống cứu hỏa là quan trọng nhất. Phòng cháy chữa cháy trong các tòa nhà hầu như được cung cấp đầy đủ nước sạch và đầy đủ. Để hệ thống nước chữa cháy có hiệu quả, chúng phải đáng tin cậy, có đủ áp lực và được bố trí thuận tiện trong toàn bộ cấu trúc. Các hệ thống này được thiết kế để tự động cung cấp năng lượng trong trường hợp hỏa hoạn.
Các tòa nhà cao tầng yêu cầu dịch vụ áp lực nước ở các tầng trên cùng giống như các tầng dưới cùng nên phải sử dụng máy bơm và đường ống áp suất cao để đưa nước lên trên. Hệ thống đường ống thường là Loại 300 hoặc 600, tùy thuộc vào chiều cao của tòa nhà. Tất cả các loại van đều được sử dụng trong các ứng dụng này; tuy nhiên, thiết kế van phải được Underwriters Laboratories hoặc Factory Mutual phê duyệt để phục vụ cho dịch vụ chữa cháy chính.

Các loại và loại van tương tự được sử dụng cho van chữa cháy cũng được sử dụng để phân phối nước uống, mặc dù quy trình phê duyệt không nghiêm ngặt.
Hệ thống điều hòa không khí thương mại được tìm thấy trong các cơ sở kinh doanh lớn như tòa nhà văn phòng, khách sạn và bệnh viện thường tập trung. Họ có một bộ làm lạnh lớn hoặc nồi hơi để làm mát hoặc làm nóng chất lỏng dùng để truyền nhiệt độ lạnh hoặc cao. Các hệ thống này thường phải xử lý các chất làm lạnh như R-134a, hydro-fluorocarbon hoặc trong trường hợp các hệ thống sưởi ấm chính là hơi nước. Do kích thước nhỏ gọn của van bướm và van bi nên các loại này đã trở nên phổ biến trong các hệ thống chiller HVAC.

Về phía hơi nước, một số van quay một phần tư đã được đưa vào sử dụng, tuy nhiên nhiều kỹ sư hệ thống ống nước vẫn dựa vào van cổng tuyến tính và van cầu, đặc biệt nếu đường ống yêu cầu các đầu hàn đối đầu. Đối với các ứng dụng hơi nước vừa phải này, thép đã thay thế gang vì khả năng hàn của thép.

Một số hệ thống sưởi ấm sử dụng nước nóng thay vì hơi nước làm chất lỏng truyền. Các hệ thống này được phục vụ tốt bằng van bằng đồng hoặc sắt. Van bi và van bướm có mặt ngồi đàn hồi quay một phần tư rất phổ biến, mặc dù một số thiết kế tuyến tính vẫn được sử dụng.

PHẦN KẾT LUẬN
Mặc dù không thể nhìn thấy bằng chứng về các ứng dụng của van được đề cập trong bài viết này trong chuyến đi đến Starbucks hoặc đến nhà bà ngoại, nhưng một số van rất quan trọng luôn ở gần đó. Thậm chí còn có những van trong động cơ ô tô dùng để đi đến những nơi đó chẳng hạn như van trong bộ chế hòa khí để điều khiển dòng nhiên liệu vào động cơ và những van trong động cơ điều khiển dòng xăng đi vào piston rồi đi ra ngoài. Và nếu những chiếc van đó không đủ gần với cuộc sống hàng ngày của chúng ta, hãy xem xét thực tế rằng trái tim chúng ta đập đều đặn thông qua bốn thiết bị kiểm soát dòng chảy quan trọng.

Đây chỉ là một ví dụ khác về thực tế rằng: van thực sự có ở khắp mọi nơi. máy ảo
Phần II của bài viết này đề cập đến các ngành công nghiệp bổ sung sử dụng van. Hãy truy cập www.valvemagazine.com để đọc về bột giấy và giấy, ứng dụng hàng hải, đập và thủy điện, năng lượng mặt trời, sắt thép, hàng không vũ trụ, địa nhiệt, sản xuất bia và chưng cất thủ công.

GREG JOHNSON là chủ tịch của United Valve (www.unitedvalve.com) ở Houston. Ông là biên tập viên đóng góp cho Tạp chí VALVE, cựu chủ tịch Hội đồng sửa chữa van và hiện là thành viên hội đồng quản trị VRC. Ông cũng phục vụ trong Ủy ban Giáo dục & Đào tạo của VMA, là phó chủ tịch Ủy ban Truyền thông của VMA và từng là chủ tịch của Hiệp hội Tiêu chuẩn hóa Nhà sản xuất.