Van an toàn là gì? Nguyên lý hoạt động và cấu tạo chi tiết

Van an toàn là gì? Đây là một thiết bị cơ khí quan trọng, được thiết kế nhằm bảo vệ hệ thống và thiết bị khỏi tình trạng quá áp, đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành. Van an toàn hoạt động theo nguyên tắc tự động xả áp khi áp suất trong đường ống hoặc bình chứa vượt quá mức cho phép, từ đó ngăn ngừa nguy cơ hư hỏng và tai nạn.

Với vai trò đặc biệt quan trọng, van an toàn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như nồi hơi, bình nén khí, hệ thống cấp thoát nước, dầu khí và hóa chất. Để hiểu rõ hơn về cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như phân loại van an toàn, mời bạn cùng theo dõi những phân tích chi tiết trong bài viết dưới đây.

Tìm hiểu van an toàn (Safety Valve) là gì?

Van an toàn, hay còn gọi theo tên tiếng Anh là Safety Valve, là một thiết bị công nghiệp quan trọng được lắp đặt phổ biến trong các hệ thống đường ống. Đây là loại van hoạt động tự động với nhiệm vụ chính là kiểm soát và duy trì áp suất ở mức ổn định, dựa trên các thông số kỹ thuật được thiết lập từ trước. Mục đích là ngăn chặn các tình huống nguy hiểm do áp suất tăng cao đột ngột, một yếu tố có thể gây ra cháy nổ, hư hỏng thiết bị, hoặc những sự cố nghiêm trọng khác.

Áp suất dư thừa trong hệ thống có thể phát sinh do nhiều nguyên nhân như tắc nghẽn tại đường xả, sự cố cháy ngoài, hiện tượng giãn nở do nhiệt, các phản ứng hóa học trong hệ thống, hay lỗi tại bộ phận làm mát. Những tình huống này nếu không được kiểm soát kịp thời sẽ đe dọa đến sự an toàn của toàn bộ hệ thống. Lúc này, van an toàn đóng vai trò như một thiết bị bảo vệ, giúp giảm thiểu rủi ro và hỗ trợ xử lý sự cố hiệu quả.

Cách thức hoạt động của van an toàn tương đối dễ hiểu: khi áp suất trong đường ống vượt quá mức cho phép, van sẽ tự động mở ra để giải phóng một phần lưu chất ra ngoài (thường dẫn về bể chứa), từ đó làm giảm áp lực trong hệ thống. Khi áp suất quay trở lại mức an toàn, van sẽ tự động đóng lại. Do đặc điểm này, van an toàn còn được biết đến với nhiều tên gọi khác như Pressure Relief Valve (van xả áp) hoặc T&P Valve (van xả áp và nhiệt).

Một yếu tố quan trọng trong thiết kế van an toàn là khả năng phản ứng nhanh để đảm bảo có thể xử lý các tình huống áp suất tăng bất ngờ. Van an toàn được sản xuất với nhiều kích thước, chất liệu và kiểu dáng khác nhau để phù hợp với đa dạng môi trường làm việc và loại môi chất, thường được ứng dụng trong hệ thống lò hơi, máy nén khí, bơm nước, và nhiều thiết bị áp suất khác.

Các loại van an toàn phổ biến hiện nay

Xét về nguyên lý hoạt động, van an toàn được chia thành hai nhóm chính: van tác động trực tiếp và van tác động gián tiếp. Trong đó, van an toàn tác động trực tiếp sử dụng lực nén của lò xo bị tác động bởi áp suất từ môi chất, thường phù hợp với các hệ thống có mức áp suất trung bình và không quá cao. Ngược lại, van an toàn tác động gián tiếp lại phù hợp với hệ thống có áp suất lớn hơn, với thiết kế bao gồm van chính và van phụ nhằm hỗ trợ quá trình xả áp theo từng giai đoạn.

Bên cạnh cách phân loại theo nguyên lý hoạt động, van an toàn còn được chia theo nhiều tiêu chí khác nhau tùy thuộc vào chất liệu, cấu tạo hay mục đích sử dụng, cụ thể như sau:

• Phân loại theo vật liệu chế tạo: Gồm các loại như van an toàn inox (Stainless Steel), van an toàn đồng (Copper), van an toàn gang (Cast Iron), và van an toàn thép (Steel). Mỗi chất liệu có ưu điểm riêng và được ứng dụng trong các môi trường khác nhau.
• Phân loại theo cấu tạo thiết kế: Có thể kể đến như van an toàn nối ren, van an toàn mặt bích, van an toàn dạng nắp chụp, van an toàn có tay giật, van an toàn cho hơi, nước,… Mỗi loại thiết kế phù hợp với kiểu kết nối cũng như điều kiện làm việc khác nhau trong hệ thống.
• Phân loại theo ứng dụng cụ thể: Tùy theo môi trường sử dụng, có các dòng van dành cho hơi nóng, khí nén, nước, hay xăng dầu (như Diesel). Vì vậy, việc lựa chọn chất liệu và thiết kế van cần dựa trên đặc tính môi chất để đảm bảo hiệu quả và độ an toàn khi vận hành.
• Phân loại theo nguồn gốc xuất xứ: Thị trường hiện nay có nhiều dòng van đến từ các quốc gia khác nhau như Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản, Đức, Đài Loan,… Mỗi thương hiệu và quốc gia sản xuất đều có đặc điểm và chất lượng riêng biệt.

Việc nắm rõ các phương pháp phân loại van an toàn sẽ giúp người dùng dễ dàng lựa chọn sản phẩm phù hợp với đặc thù hệ thống, từ đó đảm bảo tính ổn định, độ bền và an toàn trong quá trình sử dụng.

Các thông số kỹ thuật cơ bản của van an toàn

Để có cái nhìn rõ ràng và chính xác hơn về van an toàn, bạn nên nắm được những thông số kỹ thuật quan trọng của thiết bị như sau:

• Kích thước phổ biến: Van an toàn thường được sản xuất với các kích thước từ DN15 đến DN200, bao gồm DN15, DN20, DN25, DN32, DN40, DN50, DN65, DN80, DN100, DN125, DN150 và DN200. Ví dụ, DN15 tương đương với ½ inch, tức đường kính ngoài khoảng 21,34mm.
• Chất liệu chế tạo: Thân van thường làm từ các vật liệu có khả năng chịu áp lực và nhiệt độ cao như inox (các loại 201, 304, 316), đồng, gang, thép hoặc nhựa kỹ thuật.
• Chất liệu titan: Sử dụng thép không gỉ để tăng độ bền và khả năng chống ăn mòn.
• Lò xo trong van: Được chế tạo từ thép không gỉ, đảm bảo độ đàn hồi và tuổi thọ lâu dài.
• Hình thức kết nối: Van có thể được lắp đặt bằng phương pháp ren hoặc mặt bích, tùy thuộc vào từng hệ thống.
• Tiêu chuẩn mặt bích: Tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế như JIS (Nhật Bản), DIN (Đức), BS (Anh Quốc), ANSI (Mỹ).
• Tiêu chuẩn thiết kế và áp suất: Thiết kế van tuân theo các tiêu chuẩn kỹ thuật như DIN, API, AD, ASME, với áp suất làm việc cũng phụ thuộc vào từng tiêu chuẩn này.
• Áp suất làm việc: Có thể dao động từ 0.2kg/cm² đến 20kg/cm².
• Áp suất cài đặt an toàn: Thường gặp các mức như 5 bar, 8 bar, 10 bar và 20 bar.
• Áp lực làm việc thông dụng: 10kg/cm², 16kg/cm² và 20kg/cm².
• Nhiệt độ hoạt động tối đa: Có thể chịu được nhiệt độ môi trường lên đến 200°C.
• Ứng dụng môi trường: Van thích hợp sử dụng với nhiều loại môi chất như nước, khí nén, hơi nóng…

Thành phần cấu tạo của van an toàn (Safety Valve)

Mặc dù van an toàn có thể đa dạng về kiểu dáng, chất liệu, màu sắc và mẫu mã, nhưng về cơ bản, tất cả đều sở hữu những bộ phận cấu thành tương đồng. Thiết kế tổng thể của van an toàn có phần giống với van piston (loại điều khiển bằng khí nén), vì cùng sử dụng các bộ phận chuyển động dạng trụ hoặc đĩa. Tuy nhiên, điểm khác biệt chính nằm ở cơ chế lò xo.

Dưới đây là các bộ phận chính trong cấu tạo của một van an toàn tiêu chuẩn:

• Thân van: Được chế tạo từ các vật liệu có khả năng chịu lực, chống ăn mòn như gang, inox, đồng hoặc thép không gỉ. Đối với van an toàn gián tiếp, núm điều chỉnh có thể được bố trí ở phần nắp thay vì nằm trực tiếp trên thân van như ở loại trực tiếp.
• Bộ phận xả áp: Đây là bộ phận kết nối với đường ống xả, cho phép lưu chất được giải phóng ra ngoài khi áp suất vượt mức cho phép nhằm đảm bảo an toàn hệ thống.
• Bộ phận kết nối ống: Đảm nhận vai trò liên kết van với hệ thống đường ống, thường sử dụng kiểu nối ren (với van đồng trong hệ thống khí nén, thủy lực) hoặc lắp bích (với van gang dùng trong các hệ thống có đường kính lớn) để đảm bảo độ kín và an toàn cao.
• Đĩa van: Khi áp suất trong hệ thống vượt quá ngưỡng cài đặt, đĩa sẽ nâng lên nhờ lực đẩy từ lưu chất, cho phép lưu chất thoát ra, giảm áp. Trong một số loại van gián tiếp, bộ phận này có thể được thay thế bằng piston.
• Lò xo: Có chức năng giữ cho đĩa van ở trạng thái đóng, đồng thời cung cấp lực đàn hồi để van hoạt động đúng khi áp suất tăng cao. Đối với van gián tiếp, thiết kế thường bao gồm hai lò xo: một chính và một phụ dùng để hiệu chỉnh khi áp suất vượt mức nhỏ hơn định mức chính.
• Đệm lò xo: Giữ lò xo cố định, ngăn tình trạng lệch trục hoặc lỏng lẻo gây mất chức năng vận hành của van.
• Nắp chụp bảo vệ: Gắn liền với thân van, tạo thành kết cấu khép kín nhằm hạn chế rò rỉ lưu chất. Một số dòng van gián tiếp còn tích hợp núm điều chỉnh áp suất ở phần nắp.
• Trục van (trục đĩa): Nằm bên trong cụm lò xo, giúp điều hướng chuyển động của đĩa hoặc piston theo đúng trục định sẵn.
• Nút bịt: Có tác dụng làm kín, ngăn không cho lưu chất rò rỉ ra ngoài.
• Vít điều chỉnh: Dùng để thiết lập và điều chỉnh áp suất tác động lên van theo yêu cầu hệ thống.
• Tay giật: Trang bị thêm ở một số loại van an toàn, cho phép kích hoạt mở van thủ công trong trường hợp cần kiểm tra hoặc vận hành trước khi đạt đến mức áp suất giới hạn.

• 

Nguyên tắc làm việc của van an toàn

Trước khi đi sâu vào nguyên lý vận hành của van an toàn (Safety Valve), trước hết cần hiểu rõ về áp suất định mức, đây là ngưỡng áp suất an toàn đã được thiết lập từ trước, dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật cụ thể cho từng loại thiết bị. Mỗi van an toàn chỉ phản ứng với một mức áp suất nhất định. Khi áp suất trong hệ thống vượt quá mức này và đủ để thắng lực của lò xo bên trong van, van sẽ tự động mở để xả bớt lưu chất, ngăn ngừa nguy cơ quá áp.

Áp suất định mức này có thể được điều chỉnh thông qua vít chỉnh lò xo nằm ở phần trên của van. Ngoài ra, một số loại van còn được tích hợp thêm cần gạt tay để vận hành thủ công, đề phòng trường hợp đĩa van bị kẹt không thể mở tự động. Loại có cần tay này thường được gọi là van tay giật.

Cả hai dòng van an toàn tác động trực tiếp và tác động gián tiếp đều vận hành theo nguyên tắc cân bằng giữa các lực đối kháng, thường là giữa áp suất lưu chất và lực đàn hồi của lò xo, tương tự như nguyên lý Bernoulli. Trước khi lắp đặt vào hệ thống, van sẽ được cài đặt sẵn các thông số áp suất phù hợp với từng ứng dụng cụ thể.

Ở trạng thái bình thường, van an toàn luôn đóng vì lực của lò xo đủ mạnh để giữ đĩa van áp sát. Khi áp suất tại đầu vào tăng lên vượt qua ngưỡng cho phép, lực đẩy từ lưu chất sẽ vượt thắng lực đàn hồi của lò xo, khiến đĩa van bật mở và chất lỏng hoặc khí sẽ thoát ra ngoài. Quá trình này diễn ra cho tới khi áp suất quay về mức ổn định, van sẽ tự động đóng lại.

Van An Toàn Tác Động Trực Tiếp

Đây là loại van phổ biến nhất nhờ kết cấu đơn giản và khả năng phản ứng nhanh. Thành phần cơ bản bao gồm: thân van, piston, lò xo, đĩa lò xo, vít điều chỉnh. Van an toàn tác động trực tiếp phù hợp với các hệ thống có kích thước nhỏ, dễ lắp đặt và có thể vận hành tốt ngay cả trong môi trường có nhiệt độ và áp suất cao.

Nguyên lý hoạt động dựa trên sự đối kháng giữa áp lực của dòng lưu chất và lực đàn hồi của lò xo. Khi áp suất đầu vào thấp hơn ngưỡng được thiết lập, van sẽ đóng kín. Khi áp suất vượt quá mức định sẵn, lực từ lưu chất sẽ đẩy piston hoặc đĩa van lên, cho phép lưu chất thoát ra ngoài. Khi áp suất trở lại mức an toàn, van sẽ đóng lại nhờ lực đẩy của lò xo.

Tuy nhiên, loại van này có hạn chế về mặt kích thước, vì kích cỡ của lò xo quyết định giới hạn vận hành. Nếu hệ thống có áp suất quá cao, lò xo có thể không đủ khả năng giữ kín. Ngoài ra, trong môi trường hóa chất, lò xo có thể bị ăn mòn, ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc và tuổi thọ của thiết bị.

Van An Toàn Tác Động Gián Tiếp

Loại van này có cấu tạo phức tạp hơn và thường được dùng trong những hệ thống có áp suất lớn và biến động mạnh. Cấu tạo bao gồm hai phần chính: van chính với piston có đường kính lớn và lò xo đàn hồi yếu; van phụ với piston nhỏ kết hợp cùng lò xo đàn hồi mạnh. Cấu trúc này giúp tăng độ chính xác và khả năng xử lý lưu lượng lớn mà vẫn đảm bảo hiệu quả an toàn.

Cơ chế hoạt động dựa trên sự phối hợp giữa van phụ và van chính. Khi áp suất đầu vào vẫn còn thấp hơn mức cài đặt tại van phụ, cả hai van đều đóng. Khi áp suất tăng dần và đạt đến ngưỡng van phụ, van phụ mở để xả bớt lưu chất, cân bằng lại áp suất trong khoang van chính. Nếu áp suất tiếp tục tăng cao hơn khả năng chịu đựng của van chính, lực từ lưu chất sẽ đẩy van chính mở để xả lưu chất dư thừa về bể chứa hoặc đường ống thoát.

Ưu điểm nổi bật của dòng van tác động gián tiếp là thiết kế nhỏ gọn, độ kín cao, vận hành hiệu quả trong môi trường có áp suất và lưu lượng lớn. Van cũng cho phép điều chỉnh dải áp suất rộng, linh hoạt theo nhu cầu hệ thống. Tuy nhiên, do kết cấu phức tạp và tính năng cao cấp, chi phí đầu tư cho loại van này thường cao hơn. Thêm vào đó, tốc độ phản ứng của van cũng chậm hơn so với loại tác động trực tiếp.

Các lĩnh vực ứng dụng van an toàn trong thực tế

Nhờ vào vai trò quan trọng trong việc bảo vệ thiết bị và đảm bảo an toàn vận hành, van an toàn hiện nay được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm:

• Các hệ thống nồi hơi và trống hơi công nghiệp.
• Thiết bị đốt siêu tốc trong dây chuyền sản xuất.
• Máy gia nhiệt, máy hâm nóng chất lỏng hoặc khí.
• Quy trình chế biến và sản xuất thực phẩm hiện đại.
• Ngành công nghiệp hóa chất và các nhà máy lọc hóa dầu.

Một vài lưu ý trong quá trình sử dụng van an toàn

Để đảm bảo hiệu quả vận hành và giữ an toàn cho toàn bộ hệ thống, người dùng cần đặc biệt lưu ý một số vấn đề quan trọng trong quá trình sử dụng van an toàn.

Những sự cố thường gặp và hướng dẫn xử lý

Cũng như các thiết bị kỹ thuật khác, van an toàn không tránh khỏi việc gặp sự cố, đặc biệt là khi làm việc trong điều kiện khắc nghiệt. Việc nhận diện sớm các lỗi và có phương án xử lý kịp thời sẽ giúp ngăn chặn nguy cơ mất an toàn.

Một số lỗi thường gặp ở van an toàn gồm:

• Đĩa van không hồi vị sau khi xả áp: Nguyên nhân có thể do thân van bị cong, lò xo biến dạng hoặc lắp đặt sai vị trí. Khắc phục bằng cách tháo ra và lắp lại đúng kỹ thuật.
• Van bị rò rỉ: Có thể do bụi bẩn bám giữa bề mặt làm kín của ghế van và đĩa, bề mặt bị hư hỏng, thân van cong lệch hoặc lò xo mất độ đàn hồi. Cần vệ sinh, mài lại bề mặt hoặc thay mới các bộ phận bị hư.
• Van không mở khi đạt áp suất thiết lập: Thường do sai lệch trong việc điều chỉnh áp suất hoặc lò xo. Có thể xử lý bằng cách chỉnh lại lò xo, đảm bảo đĩa ở vị trí đúng hoặc tiến hành xả tay để kiểm tra thường xuyên.
• Áp suất vẫn tăng sau khi van đã xả: Có thể do tốc độ xả của van chậm, ống xả không đủ kích thước, thân van lắp sai hoặc lò xo bị gỉ. Giải pháp là thay lò xo, điều chỉnh lại hoặc chọn loại van xả phù hợp hơn.
• Đĩa van rung lắc hoặc bật tần số cao: Do lò xo quá cứng, vòng chỉnh đặt sai hoặc đường ống xả cản trở dòng chảy. Nên điều chỉnh lại vít và thay lò xo phù hợp, siết chặt đúng tiêu chuẩn.

Hướng dẫn sử dụng van an toàn hiệu quả

Dù là thiết bị an toàn, van an toàn vẫn có thể gây nguy hiểm nếu sử dụng sai cách. Để đảm bảo an toàn tuyệt đối, cần tuân thủ các nguyên tắc sau:

• Chọn đúng kích thước van: Van phải tương thích với hệ thống về lưu lượng và công suất. Nếu van quá nhỏ so với dòng xả sẽ gây chậm trễ trong việc giảm áp, trong khi van quá lớn có thể khiến van không đóng đúng cách hoặc gây đóng ngắt liên tục.
• Lắp đặt tại vị trí phù hợp: Van nên được lắp ở vị trí cao, theo phương thẳng đứng để lực lò xo phát huy đúng công năng. Tuyệt đối không lắp van sau các đoạn gấp khúc, không đặt phụ kiện giữa van an toàn và thiết bị chính, và không lắp van đảo ngược.
• Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động: Bao gồm sự chênh lệch giữa áp suất cài đặt và áp suất đóng lại, áp suất dư, tích tụ khí và áp lực ngược. Các yếu tố này cần được kiểm soát chặt chẽ để van hoạt động ổn định.

Bảo trì và kiểm tra định kỳ

Muốn đảm bảo van an toàn hoạt động hiệu quả và bền bỉ theo thời gian, việc bảo trì là điều bắt buộc. Tốt nhất nên thực hiện bảo dưỡng mỗi 3 đến 6 tháng.

Việc kiểm tra cần bao gồm cả bên trong và bên ngoài van: làm sạch, kiểm tra các bộ phận, điều chỉnh hoặc thay thế các chi tiết bị mòn. Những công việc này cần được thực hiện bởi kỹ thuật viên có chuyên môn, và có thể yêu cầu tạm dừng hệ thống trong một khoảng thời gian nhất định để đảm bảo an toàn.

Liên hệ ngay với Cao Phong để chọn mua van an toàn chính hãng chất lượng cao

Bạn đang tìm kiếm van an toàn đáng tin cậy cho hệ thống đường ống của mình Chúng tôi hiểu rằng an toàn luôn là yếu tố hàng đầu trong mọi ứng dụng công nghiệp

Cao Phong chuyên cung cấp các dòng van an toàn nhập khẩu chính hãng với đầy đủ chứng từ CO – CQ đảm bảo hoạt động ổn định bền bỉ và phù hợp với nhiều môi trường làm việc khắt khe.

• Website: https://caophong.com.vn
• Hotline: 028 6270 3525
• Email: contact@caophong.com.vn
• Địa chỉ: 331/41 Phan Huy Ích, Phường An Hội Tây, Thành Phố Hồ Chí Minh, Việt Nam