VAN GIẢM ÁP CHO HƠI NƯỚC

Trong nhà máy hơi nước, hơi nước được tạo ra ở áp suất cao và sau đó được giảm áp cục bộ để cung cấp nhiệt cho từng nơi sử dụng hơi. Việc này được thực hiện để giảm thiểu đường kính của đường ống phân phối hơi và giúp tăng hiệu quả chi phí hơn.

SƠ LƯỢC VỀ VAN GIẢM ÁP

Mục đích chung của việc giảm áp suất hơi nước là để giảm bớt kích thước của đường ống dẫn hơi. Cách đơn giản nhất có thể sử dụng là dùng một van cầu mở ở một vị trí cố định hoặc chèn một tấm lỗ vào trong đường ống hơi. Tuy nhiên, nếu xuất hiện bất kì sự dao động nào về tốc độ dòng chảy thì đi kèm theo đó sẽ là sự dao động của áp suất. Để tránh được trường hợp như vậy, việc sử dụng van giảm áp (PRV) là một phương pháp để kiểm soát áp suất đầu ra một cách chính xác. Van giảm áp tự động điều chỉnh khoảng mở của van để áp suất đầu ra vẫn rất ổn định ngay cả khi có sự dao động tốc độ dòng chảy.

ƯU ĐIỂM CỦA VAN GIẢM ÁP

Mặc dù có thể duy trì áp suất đầu ra không đổi bằng việc sử dụng kết hợp nhiều chức năng của các van khác như van điều khiển, cảm biến áp suất, bộ điều khiển nhưng van giảm áp kiểm soát áp suất thông qua quy trình khép kín hoàn toàn tự động và không cần sử dụng đến nguồn điện. Lợi thế lớn hơn nữa là van giảm áp phản ứng cực nhanh và điều chỉnh độ mở ngay lập tức dựa trên áp suất đầu ra của van.

CÁC LOẠI VAN GIẢM ÁP HƠI NƯỚC

Trong van giảm áp, cơ chế tự động điều chỉnh áp suất đầu ra là sử dụng sự cân bằng lực giữa áp suất hơi và lò xo điều chỉnh. Đây là một cơ chế chung trên hầu hết các loại van giảm áp được sản xuất hiện nay. Tuy nhiên, cơ chế này được chia làm hai cách khác nhau để kiểm soát điều chỉnh khoảng mở của van:

• Van tác động trực tiếp không có cụm điều chỉnh: Lò xo điều chỉnh tác động lực trực tiếp xuống van chính.
• Van có cụm điều chỉnh: Lò xo điều chỉnh tác động lực xuống cụm điều chỉnh, cụm điều chỉnh có kích thước nhỏ hơn và khác biệt với van chính.

VAN GIẢM ÁP TÁC ĐỘNG TRỰC TIẾP (KHÔNG CÓ CỤM ĐIỀU CHỈNH)

Sử dụng cho các hệ thống có tải hơi nhỏ, không cần kiểm soát áp lực hoàn toàn chính xác

• Ưu điểm: Kích thước nhỏ gọn, giá thành rẻ, dễ dàng lắp đặt
• Nhược điểm: Sai số cao hơn(áp suất điều chỉnh) so với van giảm áp có cụm điều chỉnh

(File gif: PRV Direct Acting)

Áp suất hơi được điều chỉnh trực tiếp bởi các lực cân bằng tác động lên van : Lực đi xuống do lò xo điều chỉnh bị nén lại và lực đi lên của áp suất đầu ra tác động lên mặt dưới của màng.

Khi van giảm áp tác động trực tiếp hoạt động, khoảng mở của van được điều chỉnh thông qua sự chuyển động của lò xo. Nếu lò xo bị nén, nó sẽ tạo ra một lực mở trên van làm tăng diện tích dòng chảy. Khi áp suất ở phía đầu ra tăng lên, sẽ xảy ra sự cân bằng giữa áp suất đầu ra cung cấp áp vào mặt dưới của lò xo điều chỉnh, nơi lực hướng lên của nó cân bằng với lực nén lò xo. Lực nén của lò xo làm mở van ở khoảng giới hạn vừa đủ để cân bằng với sự thay đổi của áp suất đầu ra. Cho nên, van có thể điều khiển áp suất một cách đơn giản thông qua một lỗ van nơi mà tốc độ dòng chảy cao có thể gây ra hiện tượng sụt áp.

VAN GIẢM ÁP CÓ CỤM ĐIỀU CHỈNH

Được sử dụng cho các hệ thống có tải lớn và yêu cầu độ chính xác áp suất cao

• Ưu điểm: Kiểm soát áp suất chính xác, đáp ứng nhanh với sự thay đổi của tải, có thể sử dụng được trên nhiều phạm vi tốc độ dòng chảy hơn so với các loại tác động trực tiếp.
• Nhược điểm: Kích thước lớn, chi phí tốn kém.

(File gif: PRV Pilot-Operated)

Áp suất hơi đầu ra được điều chỉnh theo cách tương tự van giảm áp tác động trực tiếp nhưng với van giảm áp có cụm điều khiển thì áp suất đầu vào trước tiên còn phải gián tiếp đi qua đầu điều chỉnh. Khi đầu điều chỉnh được kích hoạt, nó tác động xuống van chính làm cho diện tích khoảng mở của van chính mở ra, van chính cung cấp tốc độ dòng chảy cao hơn đáng kể so với đầu điều chỉnh. Sau đó, đầu điều chỉnh sẽ được cân bằng bởi áp suất đầu ra, áp suất này sẽ điều khiển độ mở của van chính.

Khi hoạt động, đầu điều chỉnh được sử dụng để đẩy piston hoặc màng ngăn làm tăng lực đi xuống để mở van chính mở ra lớn hơn. Điều này cho phép dòng chảy có công suất lớn với độ lệch áp suất thấp. Việc đóng và mở van điều khiển được điều chỉnh bởi sự cân bằng lực giữa lò xo điều chỉnh và áp suất đầu ra giống như nguyên lý hoạt động của van tác động trực tiếp. Tuy nhiên đối với van giảm áp vận hành bằng đầu điều khiển, việc đóng và mở đầu điều khiển này chủ ý là để cung cấp áp suất đến piston hoặc màng ngăn của van chính. Áp suất dòng chảy gây ra một lực hướng xuống được khuếch đại bởi diện tích của piston hoặc màng ngăn để cho phép van chính mở lớn hơn. Van có khả năng thích hợp được với dòng chảy có tốc độ rất cao.

Do lực truyền xuống được khuếch đại thông qua piston hoặc màng ngăn, một thay đổi nhỏ của độ mở trên đầu điều khiển có thể dẫn đến sự thay đổi lớn về lưu lượng và áp suất qua van chính. Do đó, chỉ cần rất it tác động cần thiết trong việc điều chỉnh lực lò xo trên đầu điều khiển để đạt được phản ứng nhanh với các tốc độ dòng chảy khác nhau. Sự phản ứng nhanh và kiểm soát áp suất chính xác là những ưu điểm chính của loại van giảm áp này so với loại tác động trực tiếp.

TỔNG KẾT

Từ các đặc điểm trên, có thể thấy rằng chức năng và ứng dụng của van giảm áp tác động trực tiếp không có cụm điều khiển khá khác biệt về cơ bản so với các van giảm áp có cụm điều chỉnh.

Tóm lại:

• Van tác động trực tiếp được sử dụng với đường ống tải nhẹ và sai số áp suất đầu ra có thể được chấp nhận. Van này được sử dụng trong các hệ thống tải nhỏ.
• Van giảm áp có cụm điều khiển có thể đáp ứng nhanh chóng với các điều kiện tải khác nhau trong khi vẫn duy trì áp suất đầu ra ổn định khi cần kiểm soát áp suất chính xác. Chúng thường dành cho các hệ thống tải lớn hơn.

Các ứng dụng điển hình của van giảm áp trong hệ thống nhà máy hơi nước:

• Các hệ thống tải trọng nhỏ như máy tiệt trùng, máy sưởi, máy tạo ẩm và các quy trình nhỏ thường có thể sử dụng van giảm áp tác động trực tiếp đơn giản để giảm áp.
• Trong trường hợp lưu lượng lớn hơn, chẳng hạn như đường ống phân phối hơi, tải có thể dao động rất nhiều tùy thuộc vào tình trạng hoạt động của thiết bị tiếp nhận. Sự thay đổi tải trọng và công suất lớn như vậy sẽ yêu cầu sử dụng van giảm áp có cụm điều khiển để giảm áp suất.
• Hơn nữa, lượng hơi được sử dụng bởi một số thiết bị khi khởi động chênh lệch đáng kể so với lượng hơi cần thiết trong quá trình vận hành bình thường. Các trường hợp biến thể rộng như vậy cũng nên yêu cầu van giảm áp có cụm điều khiển để giảm áp suất.