1. Van an toàn là gì?

Van an toàn (tên tiếng Anh là Pressure Safety Valve – PSV) là một thiết bị quan trọng trong hệ thống công nghiệp và dân dụng, được thiết kế để bảo vệ các thiết bị và đường ống khỏi nguy cơ hư hỏng, thậm chí có thể nổ do áp suất vượt quá giới hạn cho phép.

Đây là giải pháp đảm bảo an toàn tối ưu, giúp bảo vệ hệ thống và nâng cao hiệu quả vận hành.

2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của van an toàn

Dựa vào cấu tạo, van an toàn được chia thành 2 loại chính là van an toàn trực tiếp và van an toàn gián tiếp :

2.1 Van an toàn tác động trực tiếp:

Đây là loại van được sử dụng phổ biến nhất hiện nay, có cấu khá đơn giản, ít chi tiết, phù hợp lắp đặt cho những hệ thống có quy mô trung bình, nhỏ, van có tác động phản ứng khá nhanh và mạnh mẽ.

Cấu tạo: 

• Thân van (Body): Là bộ phận bên ngoài bảo vệ và liên kết các thành phần bên trong của van. Thường được làm từ các loại vật liệu có khả năng chống ăn mòn tốt, chịu lực cao như gang, đồng, inox.
• Nắp van (Bonnet): Bảo vệ lò xo và các chi tiết bên trong van, đảm bảo lưu chất không bị rò rỉ ra môi trường bên ngoài.
• Lò xo (Spring): Điều chỉnh áp suất mở của van, liên kết trực tiếp với đĩa van, tạo nên lực đẩy giữ đĩa van ở trạng thái đóng.
• Đĩa van (Disc): Bộ phận ngăn dòng chảy, được gắn với lò xo. Khi áp suất vượt mức cài đặt, đĩa van sẽ mở để xả áp.
• Trục đĩa van (Stem): Trục van nằm gọn trong lò xo, liên kết đĩa van, nắp van và tay giật, có mục đích định hướng sự di chuyển của đĩa van chỉ trong một hành trình nhất định.
• Vít điều chỉnh( Adjusting Screw): Dùng để cài đặt áp suất xả theo yêu cầu cụ thể của từng hệ thống.
• Tay giật: Được sử dụng để người dùng có thể xả trước lượng lưu chất dư thừa dù áp suất chưa đến ngưỡng giới hạn. Kéo tay giật sẽ giúp mở đĩa van để xả lưu chất ra ngoài.

Nguyên lý hoạt động:
 

Van an toàn tác động trực tiếp hoạt động dựa trên độ đàn hồi của lò xo. Độ nén của lò xo sẽ được thay đổi nhờ một vít điều chỉnh trên đỉnh van. Lực nén của lò xo chính là áp suất cài đặt để xả của hệ thống.

Khi hệ thống đang hoạt động bình thường, áp suất trong hệ thống ổn định. Nhờ lực đẩy của lò xo đang bị nén, đĩa van bị đè chặt xuống, van đóng hoàn toàn, không cho lưu chất đi qua.

Khi áp suất trong hệ thống tăng cao, vượt quá giới hạn được cài đặt trước, áp lực của lưu chất lên đĩa van sẽ thắng lực ép của lò xo, lúc này đĩa van mở ra, cho phép lưu chất thoát qua ống xả, áp suất trong đường ống lúc này giảm xuống.

Khi áp suất đã giảm về mức bình thường, lực của lò xo lại thắng, lò xo sẽ ép đĩa van bịt kín ống, ngăn dòng chảy đi qua.

Ngoài ra, người sử dụng có thể dùng tay giật, để tự xả trước lưu chất nhằm giảm áp suất trong đường ống, dù chưa đạt ngưỡng giới hạn.

Ưu điểm & nhược điểm:

Ưu điểm:

• Van an toàn trực tiếp có cấu tạo đơn giản, tốc độ phản ứng nhanh.
• Phù hợp với hệ thống có kích thước nhỏ.
• Có thể sử dụng được trong hầu hết các hệ thống.
• Giá thành thấp hơn so với các loại van an toàn khác.

Nhược điểm:

• Kích thước van bị giới hạn bởi kích thước lò xo, nên loại van này thường không được sử dụng cho những size lớn.
• Lò xo có thể bị ăn mòn trong trường hợp môi chất có tính ăn mòn.
• Áp suất chảy ngược có thể ảnh hưởng tới chức năng của van.

2.2 Van an toàn tác động gián tiếp.

Khi cần bảo vệ những hệ thống có đường ống lớn, công suất cao, các van an toàn trực tiếp khó có thể sử dụng được. Thay vào đó chúng ta sử dụng van an toàn gián tiếp. 

Cấu tạo:

• Van điều khiển phụ (Pilot valve): Cấu tạo gồm lò xo có độ cứng lớn và đường kính piston nhỏ. Phụ trách nhận tín hiệu khi áp suất tăng vượt quá ngưỡng cho phép, rồi truyền tới van chính để mở Main valve.
• Van chính (Main valve): Cấu tạo gồm một piston có đường kính lớn cùng lò xo có độ cứng nhỏ. Mở ra khi nhận tín hiệu từ Pilot valve.

Nguyên lý hoạt động:

Khi áp suất bình thường, van phụ đóng, áp lực đè lên màng trong van chính giữ nó ở trạng thái đóng.

Khi áp suất vượt ngưỡng cho phép, van phụ mở ra, áp suất trong buồng trên của van chính giảm đi, van chính mở ra, xả dòng lưu chất.

Khi áp suất giảm về mức an toàn, van phụ đóng lại, áp suất trong buồng trên của van chính tăng lên, van chính đóng lại, ngăn dòng lưu chất chảy qua.

Ưu điểm và nhược điểm của van an toàn tác động gián tiếp.

Ưu điểm:

• Xử lý áp suất lớn mà không cần lò xo lớn như van trực tiếp.
• Mở hoàn toàn ở áp suất cụ thể, không bị “rung” như van trực tiếp.
• Điều chỉnh chính xác hơn trong hệ thống áp lực cao, nhạy hơn.

Nhược điểm:

• Tốc độ phản ứng thấp hơn so với van trực tiếp.
• Cấu tạo phức tạp hơn so với van trực tiếp
• Giá thành cao hơn.

3. Một số loại van an toàn khác:

• Van an toàn chân không (Vacuum Safety Valve): Bảo vệ tank, bồn kín khi áp suất âm quá lớn

• Van an toàn vi sinh (Sanitary Safety Valve): Dễ vệ sinh, làm từ inox vi sinh, dùng cho môi trường thực phẩm, đồ uống, dược phẩm.

• Van an toàn trọng lực (Lever Safety Valve): Sử dụng trọng lượng hoặc đòn bẩy để giữ đĩa van ở vị trí đóng.

Ngoài ra còn có các loại van an toàn phân loại theo kiểu thiết kế như van an toàn nối bích, nối ren, tay giật…

Hay phân loại theo vật liệu chế tạo nên như đồng, thép, gang, inox…

Bạn có thể tham khảo các bài viết về van bi, van bướm, van y lọc… trước để tham khảo.

4. Thông số kỹ thuật chung của van an toàn.

Thông số	Giá trị
Kích thước (Size)	DN15 – DN300
Áp suất làm việc	0.5 – 40 bar
Áp suất cài đặt	Theo yêu cầu (1 – 20 bar phổ biến)
Nhiệt độ làm việc	-20°C đến 400°C (tùy vật liệu)
Vật liệu thân van	Gang, đồng, thép, inox
Kiểu kết nối	Nối ren, mặt bích
Môi trường sử dụng	Nước, hơi, khí nén, hóa chất

5. Ứng dụng của van an toàn

Van an toàn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và dân dụng:

• Hệ thống nồi hơi và lò hơi:
  • Đảm bảo an toàn cho hệ thống hơi nước áp suất cao trong các nhà máy nhiệt điện hoặc công nghiệp chế biến.
• Ngành dầu khí:
  • Sử dụng trong các hệ thống dẫn dầu và khí áp suất cao, bảo vệ thiết bị khỏi sự cố nổ áp suất.
• Ngành cấp thoát nước:
  • Bảo vệ hệ thống cấp nước trong các khu công nghiệp, nhà máy xử lý nước, hoặc nhà cao tầng.
• Ngành sản xuất thực phẩm và dược phẩm:
  • Đảm bảo an toàn trong hệ thống xử lý chất lỏng, khí nén sử dụng cho dây chuyền sản xuất.
• Ngành hóa chất:
  • Bảo vệ hệ thống dẫn hóa chất và chất lỏng ăn mòn khỏi áp suất vượt mức.
• Môi trường dễ cháy nổ:
  • Yêu cầu cao về an toàn, dùng cho LPG, xăng dầu

6. Kết luận

Van an toàn là một thành phần không thể thiếu trong các hệ thống công nghiệp hiện đại, giúp bảo vệ thiết bị và đảm bảo an toàn cho người vận hành. Với khả năng ứng dụng đa dạng, cấu tạo bền bỉ và hoạt động hiệu quả, việc lựa chọn đúng loại van an toàn sẽ góp phần tối ưu hóa hiệu suất và tuổi thọ của hệ thống. Đây chính là giải pháp bảo vệ hoàn hảo cho mọi hệ thống đường ống và thiết bị công nghiệp.