Van Giảm Áp cho Hơi Nước

Trong một nhà máy sử dụng hơi nước, hơi thường được tạo ra ở áp suất cao và giảm áp cục bộ để cung cấp nhiệt cho từng thiết bị sử dụng. Việc này thường được thực hiện để giảm thiểu đường kính ống phân phối hơi và giúp việc truyền tải hơi hiệu quả hơn về chi phí.

Giảm Áp Suất Hơi Nước

Một cách phổ biến để giảm áp suất là bằng cách thu hẹp đường đi của hơi. Đối với việc giảm áp cơ bản nhất, có thể sử dụng van cầu thông thường ở vị trí mở một phần cố định hoặc lắp thêm tấm tiết lưu vào dòng hơi. Tuy nhiên, bất kỳ sự dao động nào về lưu lượng đều dẫn đến dao động tương ứng về áp suất. Để tránh tình trạng này, van giảm áp (PRV) có thể được sử dụng để kiểm soát chính xác áp suất đầu ra. Chúng tự động điều chỉnh độ mở van để duy trì áp suất ổn định ngay cả khi lưu lượng thay đổi.

Ưu điểm của Van Giảm Áp

Mặc dù có thể duy trì áp suất không đổi bằng cách kết hợp van điều khiển, cảm biến áp suất và bộ điều khiển, nhưng van giảm áp có ưu điểm là có thể kiểm soát áp suất hoàn toàn tự động mà không cần nguồn điện bên ngoài. Ngoài ra, nó có khả năng phản ứng cực nhanh bằng cách cảm nhận và điều chỉnh ngay lập tức dựa trên áp suất đầu ra.

Hình 1: Các quy trình gia nhiệt thường hoạt động hiệu quả hơn khi sử dụng hơi ở áp suất thấp hơn so với áp suất từ nồi hơi. Do đó, van giảm áp thường được sử dụng để giảm áp suất hơi đến giá trị cài đặt phù hợp với yêu cầu của quy trình.

Các loại Van Giảm Áp cho Hơi Nước

Trong van giảm áp, cơ chế tự động điều chỉnh áp suất đầu ra thường dựa trên sự cân bằng giữa áp suất hơi và lò xo điều chỉnh. Hiện nay, đây là nguyên lý phổ biến trên hầu hết các van giảm áp. Tuy nhiên, có hai cách triển khai cơ chế này để kiểm soát độ mở van:

1. Van Trực Tiếp (Không dùng Pilot): Lò xo điều chỉnh tác động trực tiếp lên van chính.
2. Van Điều Khiển Pilot: Lò xo điều chỉnh tác động lên van pilot (nhỏ hơn và khác với van chính).

Dưới đây là tổng quan về đặc điểm của từng loại PRV.

1. Van Trực Tiếp (Non-piloted)

Dùng cho tải nhỏ, không yêu cầu kiểm soát áp suất quá chính xác.

Ưu điểm:

• Kích thước nhỏ gọn, giá thấp, dễ lắp đặt.

Nhược điểm:

• Độ sụt áp (chênh lệch so với áp suất cài đặt) cao hơn so với van điều khiển pilot.

Hình 2: Áp suất hơi đầu ra được điều chỉnh bằng cách cân bằng lực tác động trực tiếp lên van: lực nén lò xo điều chỉnh (hướng xuống) và lực từ áp suất thứ cấp tác động lên mặt dưới của màng hoặc ống xếp (hướng lên).

Lưu ý: Các chuyển động trong hình minh họa được làm chậm và phóng đại để hiển thị rõ quá trình đóng/mở van.

Trong van giảm áp trực tiếp, độ mở van được xác định trực tiếp bởi chuyển động của lò xo điều chỉnh. Khi lò xo bị nén, nó tạo lực mở van, làm tăng lưu lượng. Khi áp suất đầu ra tăng, áp suất này sẽ tác động ngược lên lò xo (thông qua màng hoặc ống xếp) để cân bằng lực. Do lực lò xo có giới hạn, van này dễ bị sụt áp khi lưu lượng cao.

2. Van Điều Khiển Pilot

Dùng cho tải lớn, yêu cầu kiểm soát áp suất chính xác.

Ưu điểm:

• Kiểm soát áp suất chặt chẽ, phản ứng nhanh với thay đổi tải, có thể sử dụng trong dải lưu lượng rộng hơn so với van trực tiếp.

Nhược điểm:

• Kích thước lớn hơn, giá cao hơn.

Hình 3: Áp suất hơi đầu ra được điều chỉnh tương tự như van trực tiếp, nhưng thông qua van pilot. Khi van pilot hoạt động, nó điều khiển dòng mở van chính, giúp cung cấp lưu lượng lớn hơn nhiều so với van pilot.

Lưu ý: Các chuyển động trong hình minh họa được làm chậm và phóng đại để hiển thị rõ quá trình đóng/mở van.

Trong van giảm áp điều khiển pilot, van pilot được sử dụng để tác động lên piston hoặc màng, tạo lực mạnh hơn để mở van chính. Nhờ đó, van có thể xử lý lưu lượng lớn với độ sụt áp thấp hơn.

Van pilot đóng/mở dựa trên sự cân bằng giữa lò xo điều chỉnh và áp suất đầu ra, tương tự như van trực tiếp. Tuy nhiên, trong van điều khiển pilot, dòng hơi từ van pilot sẽ tác động lên piston/màng của van chính, tạo lực mở mạnh hơn nhiều. Nhờ cơ chế khuếch đại lực này, chỉ cần thay đổi nhỏ ở van pilot cũng có thể điều chỉnh đáng kể lưu lượng và áp suất đầu ra.

Do đó, van điều khiển pilot có khả năng phản ứng nhanh và duy trì áp suất ổn định ngay cả khi lưu lượng thay đổi lớn.

Tổng Kết

Từ các đặc điểm trên, có thể thấy chức năng và ứng dụng của van giảm áp trực tiếp và van điều khiển pilot khác nhau đáng kể:

• Van trực tiếp: Dùng cho tải nhỏ, chấp nhận độ sụt áp nhất định. Thường được sử dụng trong các ứng dụng nhẹ như thiết bị gia nhiệt nhỏ, máy tạo ẩm, hoặc thiết bị tiệt trùng.
• Van điều khiển pilot: Dùng cho tải lớn, yêu cầu kiểm soát áp suất chính xác. Phù hợp với hệ thống phân phối hơi hoặc thiết bị có lưu lượng dao động mạnh.

Ứng dụng điển hình trong nhà máy sử dụng hơi nước:

• Tải nhỏ (máy tiệt trùng, bộ gia nhiệt, máy tạo ẩm, thiết bị quy trình nhỏ) → Sử dụng van giảm áp trực tiếp.
• Tải lớn (đường ống phân phối hơi, thiết bị có lưu lượng thay đổi lớn) → Sử dụng van điều khiển pilot.
• Thiết bị có lưu lượng hơi khi khởi động khác nhiều so với vận hành bình thường → Nên dùng van điều khiển pilot để đảm bảo ổn định áp suất.