Van đa tạp là gì? Hướng dẫn dành cho kỹ sư về các ống góp van nhỏ gọn

A van đa dạng là một khối được gia công hoặc chế tạo đơn lẻ tích hợp nhiều van, đường dẫn dòng chảy và cổng vào một cụm nhỏ gọn, thay thế mạng lưới các van, phụ kiện riêng lẻ và đường ống hoặc ống nối với nhau. Mục đích chính của nó là kiểm soát, cách ly, thông hơi và cân bằng áp suất chất lỏng hoặc khí trên một hoặc nhiều kết nối thiết bị từ một thiết bị tập trung duy nhất. Đa tạp van là thành phần cơ bản trong thiết bị đo, điều khiển quá trình, thủy lực và khí nén - bất cứ nơi nào cần thực hiện nhiều chức năng dòng chảy trong một không gian hạn chế với các điểm rò rỉ tối thiểu.

Trong thực tế, một ống góp 5 van trên bộ truyền áp suất chênh lệch thay thế tối đa 12 phụ kiện đường ống riêng lẻ và 5 thân van riêng biệt - giảm các điểm rò rỉ tiềm ẩn từ hơn 20 xuống chỉ còn 4 hoặc 6, cải thiện đáng kể tính toàn vẹn của hệ thống và đơn giản hóa việc tiếp cận bảo trì.

Van đa tạp hoạt động như thế nào

Một ống góp van hoạt động bằng cách định tuyến chất lỏng hoặc khí thông qua một loạt các đường dẫn được khoan bên trong bên trong thân rắn. Mỗi lối đi kết nối với một cổng cụ thể - đầu vào, đầu ra, lỗ thông hơi hoặc bộ cân bằng - và được điều khiển bằng thân van, kim hoặc cơ cấu bi đặt trực tiếp trong thân ống góp. Vận hành mỗi van sẽ mở hoặc đóng lối đi bên trong liên quan của nó, điều khiển dòng chảy hoặc áp suất theo yêu cầu của quy trình hoặc thiết bị được kết nối với nó.

Bởi vì tất cả các đường dẫn dòng chảy được chứa trong cùng một khối gia công nên không có ống bên ngoài hoặc kết nối ống giữa các van. Điều này giúp loại bỏ phần lớn các điểm rò rỉ tiềm ẩn tồn tại trong cụm ống nhiều van tương đương. Ống góp gắn trực tiếp vào thiết bị - thường là bộ truyền áp suất, tế bào đo chênh lệch áp suất (DP) hoặc máy đo áp suất - thông qua các mẫu bu lông được tiêu chuẩn hóa như cấu hình mặt bích IEC 61518 hoặc ASME.

Các loại ống góp van chính và chức năng của chúng

Các ống góp van được phân loại chủ yếu theo số lượng van được tích hợp vào thân máy. Mỗi cấu hình phục vụ một bộ chức năng điều khiển quy trình và thiết bị cụ thể. Chọn sai loại là một lỗi phổ biến và tốn kém - ống góp 2 van không thể thực hiện các chức năng cân bằng hoặc hiệu chuẩn mà ống góp 3 van hoặc 5 van cung cấp.

Đa tạp 2 van

Cấu hình đơn giản nhất, một ống góp 2 van chứa một van chặn (cách ly quy trình với thiết bị) và một van thông hơi/xả (giảm áp suất phía thiết bị để bảo trì). Nó được sử dụng riêng với máy đo áp suất hoặc máy phát áp suất tuyệt đối đo một điểm áp suất của quá trình, không phải áp suất chênh lệch. Nó không bao gồm van cân bằng và do đó không thể được sử dụng để về điểm 0 hoặc hiệu chuẩn một cách an toàn một thiết bị đo chênh lệch áp suất.

Đa tạp 3 van

Ống góp 3 van là cấu hình tiêu chuẩn cho máy phát chênh lệch áp suất (DP) và đồng hồ đo lưu lượng. Nó chứa:

• Van chặn phía cao: Cô lập kết nối quá trình áp suất cao từ phía cao của máy phát.
• Van chặn phía thấp: Cô lập kết nối quy trình áp suất thấp khỏi phía thấp của máy phát.
• Van cân bằng: Kết nối trực tiếp các mặt cao và thấp của máy phát, cho phép cả hai mặt cân bằng ở cùng một áp suất - cần thiết để khởi động, hiệu chuẩn và điều chỉnh mức 0 của thiết bị DP một cách an toàn.

Trình tự vận hành chính xác cho ống góp 3 van là rất quan trọng: luôn mở van cân bằng trước khi đóng cả hai van chặn trong quá trình tắt máy và luôn đóng van cân bằng trước khi mở van chặn trong quá trình khởi động . Việc đảo ngược trình tự này sẽ áp dụng toàn bộ áp suất chênh lệch trên một phía của màng ngăn máy phát, điều này có thể gây hư hỏng vĩnh viễn cho các bộ phận cảm biến được định mức cho áp suất chênh lệch thấp tới 0–25 mbar.

Đa tạp 5 van

Ống góp 5 van bổ sung thêm hai van thông hơi (một van ở mỗi bên của bộ phát) vào cấu hình 3 van. Điều này cho phép các mặt cao và thấp của thiết bị được thông hơi hoặc thoát nước độc lập để bảo trì, hiệu chuẩn hoặc thanh lọc mà không cần ngắt kết nối bất kỳ kết nối quy trình nào. Đa tạp 5 van được ưu tiên trong các ứng dụng trong đó hiệu chuẩn thường xuyên, đường ống chứa đầy chất lỏng hoặc dịch vụ ăn mòn làm cho việc thông hơi độc lập trở thành một điều cần thiết về an toàn hoặc vận hành. Đây là tiêu chuẩn được quy định trong hầu hết các thiết bị đo đạc của nhà máy hóa chất và dầu khí ngoài khơi.

Van thủy lực và khí nén

Ngoài thiết bị đo đạc, các ống góp van trong hệ thống thủy lực và khí nén còn có một chức năng chính khác: chúng phân phối chất lỏng hoặc không khí có áp suất từ một đường cung cấp duy nhất đến nhiều bộ truyền động, xi lanh hoặc mạch cùng một lúc. Khối đa dạng van thủy lực có thể kết hợp 4 đến 24 van điều khiển hướng hoạt động bằng điện từ trong một cơ thể duy nhất, mỗi cơ thể điều khiển một bộ truyền động độc lập. Điều này thay thế số lượng tương đương các trạm van có đường ống dẫn nước riêng lẻ, giảm thời gian lắp đặt, tổng khối lượng hệ thống và các điểm rò rỉ tiềm ẩn theo hệ số tỷ lệ với số lượng trạm.

Sơ lược về các loại van đa dạng

Nơi sử dụng ống góp van: Các ngành công nghiệp và ứng dụng chính

Các ống góp van xuất hiện trong hầu hết mọi ngành công nghiệp yêu cầu lưu lượng chất lỏng hoặc khí được kiểm soát và đo lường được. Việc áp dụng chúng được thúc đẩy bởi nhu cầu giảm độ phức tạp của quá trình lắp đặt, giảm thiểu đường dẫn rò rỉ và cải thiện khả năng tiếp cận bảo trì trong các môi trường nơi thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến ​​hoặc rò rỉ quy trình mang lại chi phí vận hành hoặc an toàn cao.

Dầu khí

Các hoạt động dầu khí ở thượng nguồn, trung nguồn và hạ nguồn là thị trường lớn nhất cho các thiết bị phân phối van thiết bị. Trên các nền tảng ngoài khơi, mọi lưu lượng, mức hoặc mật độ giám sát máy phát áp suất chênh lệch thường được phục vụ bởi một ống góp 5 van được xếp hạng cho cấp áp suất lên tới ASME 2500# (420 bar / 6.090 PSI) và các vật liệu tuân thủ NACE MR0175 cho dịch vụ chua. Một nền tảng sản xuất ngoài khơi có thể chứa hàng nghìn cụm ống góp van trên toàn bộ số vòng thiết bị của nó.

Chế biến hóa chất và hóa dầu

Các nhà máy hóa chất yêu cầu các ống góp có khả năng chống lại môi trường xử lý có tính ăn mòn cao. Thép không gỉ song công (UNS S31803), Hastelloy C-276 và Monel 400 thân đa dạng là thông số kỹ thuật tiêu chuẩn cho môi trường dịch vụ axit, clorua và oxy hóa. Trong các cài đặt này, giá trị của ống góp vượt ra ngoài khả năng giảm rò rỉ — nó cũng đơn giản hóa việc thực hiện Phân tích mối nguy trong quy trình (PHA) bằng cách hợp nhất tất cả các chức năng cách ly và thông hơi cho vòng lặp thiết bị thành một điểm lắp ráp duy nhất, có thể kiểm tra được.

Xử lý nước và nước thải

Đo lưu lượng trong xử lý nước chủ yếu dựa vào chênh lệch áp suất giữa các tấm lỗ, lỗ thông hơi và hình nón chữ V - tất cả đều yêu cầu ống góp 3 van hoặc 5 van cho bộ truyền DP của chúng. Trong các ứng dụng áp suất thấp hơn này (thường dưới 16 bar), các ống góp bằng thép carbon hoặc thép không gỉ 316 với ghế EPDM hoặc PTFE là tiêu chuẩn. Ống góp trong dịch vụ nước cũng được sử dụng để kết nối đồng hồ đo áp suất và bộ truyền mức trên bể chứa và thiết bị làm sạch.

Phát điện

Hệ thống hơi nước và nước cấp trong các nhà máy điện hoạt động ở áp suất và nhiệt độ cực cao - lên tới 350 bar và 600°C trong các ứng dụng hơi nước siêu tới hạn . Các thiết bị đo áp suất cao cho các dịch vụ này được rèn từ thép hợp kim (như ASTM A182 F22 hoặc F91) và được thử nghiệm ở áp suất thủy tĩnh 1,5 × áp suất làm việc định mức của chúng. Ở đây, các ống góp van cách ly các thiết bị đo lưu lượng, áp suất và mức quan trọng mà sự cố của chúng có thể ảnh hưởng đến việc bảo vệ tuabin hoặc hệ thống an toàn nồi hơi.

Máy thủy lực và tự động hóa công nghiệp

Van thủy lực đa dạng trong thiết bị di động (máy xúc, cần cẩu, máy ép) và máy móc công nghiệp cố định hợp nhất các van điều khiển hướng, van giảm áp, van kiểm tra và điều khiển dòng chảy thành một khối có cổng tùy chỉnh duy nhất. Ví dụ, một ống góp cho cánh tay robot 6 trục có thể tích hợp 12 van điện từ điều khiển 6 mạch xi lanh độc lập trong một khối có kích thước bằng một cuốn sách bìa mềm - thay thế một mạch thông thường tương đương yêu cầu hàng mét ống thủy lực và hàng chục phụ kiện.

Vật liệu đa dạng van: Lựa chọn điều kiện dịch vụ

Lựa chọn vật liệu là quyết định quan trọng nhất về mặt kỹ thuật trong đặc điểm kỹ thuật của ống góp van. Vật liệu thân máy phải tương thích với chất lỏng xử lý, chịu được nhiệt độ và áp suất vận hành cũng như tuân thủ các tiêu chuẩn ngành hiện hành. Lựa chọn vật liệu sai dẫn đến ăn mòn, nứt do ứng suất hoặc không tương thích với quá trình hóa học - những hư hỏng tốn kém để khắc phục sau khi lắp đặt.

Cấu hình lắp đặt: Cách kết nối các ống góp van với dụng cụ

Các ống góp van được sản xuất theo nhiều kiểu lắp đặt, mỗi kiểu xác định cách ống góp kết nối vật lý với máy phát và đường ống xử lý. Việc chỉ định kiểu lắp sai dẫn đến mẫu bu lông không khớp, miếng đệm mặt không tương thích hoặc tay cầm van không thể tiếp cận sau khi lắp đặt.

• Gắn trực tiếp (Gắn tích hợp): Ống góp bắt bu lông trực tiếp vào thân máy phát bằng cách sử dụng mẫu lỗ bu lông tiêu chuẩn của máy phát (thường là IEC 61518 hoặc tương đương). Điều này tạo ra một cụm lắp ráp chắc chắn, nhỏ gọn, không có đường truyền xung bên ngoài giữa ống góp và thiết bị. Đây là cấu hình ưu tiên cho các lắp đặt mới và giảm tổng chiều cao lắp ráp bằng cách loại bỏ tất cả các kết nối trung gian.
• Gắn kết từ xa: Ống góp được gắn riêng biệt với bộ phát - thường trên giá đỡ ống, giá đỡ hoặc tường - và được kết nối với bộ phát thông qua các ống có chiều dài ngắn. Điều này được sử dụng khi máy phát phải được tách biệt về mặt vật lý khỏi điểm khai thác quy trình do hạn chế về không gian, độ rung hoặc nhiệt độ môi trường cao tại kết nối quy trình.
• Núi đồng phẳng: Một ống góp mặt phẳng được thiết kế để khớp với mặt bích đồng phẳng của máy phát DP (chẳng hạn như dòng Rosemount 3051). Mặt đồng phẳng cung cấp sự sắp xếp cổng buồng kép trong một bề mặt bắt vít phẳng duy nhất, cho phép thực hiện đồng thời cả kết nối bên cao và bên thấp với một bộ đệm và kiểu bu lông duy nhất.
• Gắn trong dòng (ống): Ống góp được lắp đặt trực tiếp trong dây chuyền xử lý hoặc ống xung, với bộ phát được kết nối thông qua các phụ kiện ống tới các cổng thiết bị của ống góp. Phổ biến trong các ứng dụng trang bị thêm trong đó cách bố trí đường ống hiện có không thể được sửa đổi để phù hợp với cụm lắp ráp trực tiếp.

Các tiêu chuẩn và chứng nhận chính cho đa tạp van

Các ống góp van được sử dụng trong các ngành công nghiệp được quản lý hoặc quan trọng về an toàn phải tuân thủ các tiêu chuẩn thiết kế, vật liệu, thử nghiệm và tài liệu cụ thể. Mua đa tạp mà không xác minh việc tuân thủ chứng nhận hiện hành là một lỗi mua sắm phổ biến có thể gây ra sự chậm trễ của dự án ở giai đoạn kiểm tra hoặc vận hành.

• PED 2014/68/EU (Chỉ thị về Thiết bị Áp lực): Quản lý việc thiết kế, sản xuất và đánh giá sự phù hợp của thiết bị chịu áp lực ở Liên minh Châu Âu. Các ống góp trên ngưỡng thể tích áp suất xác định yêu cầu đánh dấu CE theo PED.
• ASME B16.34: Tiêu chuẩn Hoa Kỳ dành cho các loại van được sử dụng ở dạng mặt bích, ren và đầu hàn. Xác định các yêu cầu về xếp hạng áp suất-nhiệt độ, vật liệu, thử nghiệm và đánh dấu cho các ống góp van được sử dụng trong lắp đặt ở Bắc Mỹ.
• NACE MR0175 / ISO 15156: Tiêu chuẩn yêu cầu vật liệu cho thiết bị sử dụng trong môi trường chứa hydro sunfua (H₂S) - bắt buộc đối với các ứng dụng dịch vụ chua dầu khí. Chỉ định giới hạn độ cứng tối đa và hợp kim được phê duyệt cho thân, thân và ghế đa dạng.
• IEC 61518: Xác định kiểu bu lông, kích thước mặt bích và thông số kỹ thuật của miếng đệm cho các kết nối gắn trực tiếp giữa các ống góp thiết bị đo và bộ truyền DP - đảm bảo khả năng thay thế lẫn nhau giữa các sản phẩm của các nhà sản xuất khác nhau.
• SIL (IEC 61511 / IEC 61508): Đối với các ống góp được sử dụng trong Hệ thống thiết bị an toàn (SIS), có thể cần phải đánh giá Mức độ toàn vẹn về an toàn. Các nhà cung cấp ứng dụng SIS phải cung cấp dữ liệu về hiệu ứng và chế độ lỗi (báo cáo FMEDA) để hỗ trợ tính toán xác minh SIL.

Cách chọn ống góp van phù hợp: Hướng dẫn thông số kỹ thuật thực tế

Lựa chọn ống góp chính xác đòi hỏi phải xác định bảy thông số trước khi liên hệ với nhà cung cấp hoặc đặt hàng. Thiếu bất kỳ một trong những điều này sẽ dẫn đến cài đặt không khớp, không an toàn hoặc không tuân thủ.

1. Loại nhạc cụ: Xác định xem ống góp phục vụ máy phát áp suất đo (2 van), máy phát DP hoặc đồng hồ đo lưu lượng (3 van hoặc 5 van) hay mạch truyền động thủy lực/khí nén (khối đa trạm đa trạm).
2. Áp suất làm việc tối đa cho phép (MAWP): Chỉ định áp suất xử lý tối đa mà đa tạp sẽ tiếp xúc. Chọn một ống góp có định mức áp suất cao hơn áp suất vận hành tối đa của hệ thống ít nhất 10–25% để cung cấp giới hạn an toàn.
3. Phạm vi nhiệt độ hoạt động: Bao gồm cả mức tối thiểu (đối với khởi động ở khí hậu lạnh hoặc dịch vụ đông lạnh) và tối đa (đối với dịch vụ xử lý bằng hơi nước hoặc nhiệt độ cao) để xác nhận tính tương thích của vật liệu và phốt.
4. Chất lỏng xử lý: Xác định chất lỏng theo tên và các đặc tính liên quan: độ ăn mòn, độ nhớt, hàm lượng hydro sunfua, nồng độ clorua và liệu đó là hỗn hợp lỏng, khí hay hai pha. Điều này thúc đẩy việc lựa chọn vật liệu cho cả thân và vòng đệm/ghế bên trong.
5. Kiểu lắp: Xác nhận xem có cần gắn trực tiếp, đồng phẳng, từ xa hay gắn nội tuyến hay không dựa trên kiểu máy phát và các ràng buộc lắp đặt vật lý.
6. Kích thước và tiêu chuẩn kết nối quy trình: Chỉ định kích thước ren của cổng đầu vào/đầu ra (ví dụ: ½" NPT, ¼" BSP hoặc mặt bích theo ASME 150# / 300#) để phù hợp với cấu hình đường ống xung hoặc vòi xử lý hiện có.
7. Tiêu chuẩn và chứng nhận áp dụng: Liệt kê mọi tiêu chuẩn bắt buộc (PED, ASME B16.34, NACE MR0175, SIL) và yêu cầu các chứng chỉ liên quan — báo cáo thử nghiệm vật liệu (MTR), chứng chỉ kiểm tra thủy tĩnh và hồ sơ kiểm tra kích thước — như một phần của gói tài liệu đặt hàng.

Bảo trì đa dạng van và các chế độ lỗi thường gặp

Các ống góp van nói chung là các bộ phận ít cần bảo trì nhưng không phải không cần bảo trì. Hiểu được các dạng lỗi thường gặp nhất cho phép nhóm bảo trì xác định các vấn đề trước khi chúng phát triển thành rò rỉ quy trình hoặc lỗi thiết bị.

• Rò rỉ đóng gói ở thân van: Chế độ thất bại phổ biến nhất. Lớp đệm PTFE hoặc than chì xung quanh thân van sẽ bị thoái hóa khi luân chuyển nhiệt và vận hành lặp đi lặp lại. Các triệu chứng bao gồm vết rỉ có thể nhìn thấy xung quanh thân cây hoặc sự sụt giảm đáng kể về tính nhất quán của kết quả đọc trên thiết bị. Biện pháp khắc phục: siết chặt đai ốc đệm kín một phần tư vòng; nếu rò rỉ vẫn tiếp tục, hãy thay thế vòng đệm bằng ống góp được cách ly và giảm áp suất.
• Rò rỉ chỗ ngồi (Đi qua bên trong): Van không thể ngắt hoàn toàn khi đóng, cho phép chất lỏng xử lý đi qua phía thiết bị. Nguyên nhân là do mảnh vụn trên mặt tựa, mòn mặt tựa do vật liệu mài mòn hoặc đầu kim bị hỏng. Chẩn đoán yêu cầu điều áp phía thiết bị và theo dõi mức tăng áp suất khi đóng van chặn.
• Ăn mòn cơ thể hoặc xói mòn: Trong dịch vụ hóa chất mạnh mẽ hoặc các ứng dụng chất lỏng tốc độ cao, thân ống góp có thể bị ăn mòn bên ngoài hoặc ăn mòn bên trong. Kiểm tra trực quan thường xuyên và kiểm tra độ dày thành siêu âm theo các khoảng thời gian xác định là các phương pháp phát hiện tiêu chuẩn. Bất kỳ phép đo độ dày thành nào dưới 87,5% mức tối thiểu thiết kế đều phải thay thế ngay lập tức theo hầu hết các mã kiểm tra thiết bị áp lực trong ngành.
• Thiệt hại trình tự vận hành không chính xác: Như đã lưu ý đối với ống góp 3 van, việc áp dụng toàn bộ áp suất chênh lệch lên một phía của bộ phát DP bằng cách mở van chặn trước khi đóng van cân bằng là một lỗi vận hành phổ biến làm hỏng vĩnh viễn bộ phận cảm biến của bộ phát. Tất cả các quy trình vận hành cho các ống góp van phải được dán tại thiết bị và được đưa vào chương trình đào tạo người vận hành.
• Thân van bị thu giữ hoặc đông lạnh: Khi lắp đặt ngoài trời hoặc ngoài khơi, thân van tiếp xúc với không khí muối, nhiệt độ khắc nghiệt hoặc hoạt động không thường xuyên có thể bị kẹt do ăn mòn hoặc tích tụ cặn. Bảo trì phòng ngừa bao gồm đạp từng van ít nhất mỗi quý và bôi mỡ chống ăn mòn vào các ren thân lộ ra hàng năm.