Nơi sử dụng van: Mọi nơi!

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 hệ thống định giá 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 khoan 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 carbon 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.