Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị mài rà chuyên dùng phục vụ công việc bảo dưỡng và sửa chữa các loại van áp suất trong ngành dầu khí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN NGỌC TUẤN

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ MÀI RÀ
CHUYÊN DÙNG PHỤC VỤ CÔNG VIỆC BẢO DƯỠNG
VÀ SỬA CHỮA CÁC LOẠI VAN ÁP SUẤT TRONG
NGÀNH DẦU KHÍ

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204

S KC 0 0 0 2 6 6

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10, năm 2005


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGUYỄN NGỌC TUẤN

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ
MÀI RÀ CHUYÊN DÙNG PHỤC VỤ CÔNG VIỆC
BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA CÁC LOẠI VAN ÁP
SUẤT TRONG NGÀNH DẦU KHÍ

Chuyên ngành:
Mã số ngành:

Công nghệ Chế tạo máy.
605204

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2005


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ
MÀI RÀ CHUYÊN DÙNG PHỤC VỤ CÔNG VIỆC
BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA CÁC LOẠI VAN ÁP
SUẤT TRONG NGÀNH DẦU KHÍ
Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy.
Mã số ngành: 605204

Học viên: KS. Nguyễn Ngọc Tuấn
Người hướng dẫn: PGS. TS Phùng Rân

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2005


LỜI CẢM ƠN
Đề tài này là một đề tài xuất phát từ thực tế sản xuất, để hoàn thành được công trình

này, tác giả đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của các đồng nghiệp trong cùng cơ quan và
các đơn vị trong ngành Dầu khí, sự hướng dẫn tận tình của các thầy cô giáo Trường ĐH.
SPKT Tp HCM.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám Hiệu Trường Đào tạo Nhân lực Dầu
khí đã tạo mọi điều kiện về cơ sở vật chất, nhà xưởng và thiết bị cho tôi hoàn thành đề tài
này, xin cảm ơn Lãnh đạo cơ sở Bà Rịa, tập thể giáo viên Khoa Đo lường - Tự động hoá,
các giáo viên xưởng Hàn, xưởng Cơ khí Trường Đào tạo Nhân lực Dầu khí đã cung cấp
những tư liệu liên quan đến đề tài từ thực tế sản xuất và giúp đỡ chế tạo các chi tiết liên
quan đến đề tài. Nếu không có sự giúp đỡ này thì tôi không thể hoàn thành đề tài này.
Xin cảm ơn Lãnh đạo Xí nghiệp sửa chữa cơ điện, xí nghiệp Khai thác thuộc Liên
doanh Dầu khí Việt xô, Công ty Nhựa và hoá chất Phú Mỹ đã tạo điều kiện cho tôi tham
khảo những tài liệu về quy trình sửa chữa van an toàn, giúp chế tạo một số chi tiết của
thiết bị trong đề tài..
Lời cảm ơn đặc biệt xin được gửi đến giáo viên hướng dẫn, thầy Phùng Rân, người
không những có định hướng quan trọng cho tôi trong khi thực hiện đề tài mà còn tốn
nhiều công sức giúp đỡ tôi chỉnh sửa nội dung của cuốn thuyết minh này.
Cuối cùng xin cảm ơn các thầy cô Khoa Cơ Khí Chế tạo máy, Phòng Quản lí khoa học
và quan hệ quốc tế - Sau đại học Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh,
các bạn cùng khoá học đã giúp đỡ để đề tài thực hiện đúng tiến độ.
Học viên

Nguyễn Ngọc Tuấn

1


TÓM TẮT:
Van an toàn là một thiết bị bảo vệ các hệ thống công nghệ khi quá áp, các chi tiết của
van an toàn được chế tạo với độ chính xác cao. Việc hiệu chỉnh, bảo dưỡng và sửa chữa
chúng đòi hỏi phải có những thiết bị chuyên dùng.

Nghiên cứu chế tạo thành công máy mài rà van an toàn không những đáp ứng được
những đòi hỏi từ thực tế sản xuất tại cơ sở mà còn góp phần giảm chi phí sản xuất. Với ý
tưởng đó, đề tài “ Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị mài rà van an toàn” xuất phát từ
thực tế sản xuất tại Trường Đào tạo Nhân lực Dầu khí, tiến hành thiết kế nguyên lý, chế
tạo thử nghiệm sau đó áp dụng vào thực tế sản xuất kiểm nghiệm lại kết quả.
Tác giả đã tìm hiểu thực trạng tình hình sửa chữa bảo dưỡng van an toàn tại một số cơ
sở trong nước và tham khảo kết cấu của một số loại máy do các hãng nước ngoài chế tạo
để thiết kế nên một thiết bị vừa đáp ứng được những yêu cầu kỹ thuật, vừa phù hợp với
khả năng chế tạo và nguồn kinh phí còn hạn chế tại cơ sở.

ABSTRACT:
Safety relief valves are equipment to protect systems from overpressure. The elements
of these valves are made with extreme precision. The calibrating, maintaining and
repairing them call for specific machines.
To make a sucsess of safety relief valve lapping machine not only meets the demands
of maintenance safety valve, but also reduces production cost. For this reason, the theme
“ Design and manufacture a safety valve lapping machine” which springs from situation
of production at Petrovietnam manpower training college, has been designed principle,
made experiment and applied to production to test the result.
The author have learnt about the facts of production situation at some domestic
companies and refered to some documentations of same kind machines to design this
equipment suitable for manufacture ability and financial resource.

2


MỤC LỤC
- Lời cảm ơn
- Tóm tắt
- Mục lục

1
2
3

CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU

5

1.1. Lý do chọn đề tài
1.2. Giới hạn đề tài.
1.3. Mục tiêu cần đạt
1.4. Phương pháp nghiên cứu
1.5. Ý nghĩa khoa học của đề tài
CHƯƠNG II: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI.
2.1. Thuật ngữ về cấu tạo và hoạt động của van an toàn
2.2. Giới thiệu sản phẩm van an toàn
2.2.1. Nguyên lý hoạt động, vị trí, nhiệm vụ của van an toàn trong hệ thống
2.2.2. Cấu tạo một số van an toàn thường gặp
2.2.3. Kết cấu của đế van (seat) và đĩa van
2.2.4. Yêu cầu kỹ thuật khi làm việc của van an toàn
2.2.5. Các dạng hư hỏng thường gặp
2.3. Tình hình bảo dưỡng sửa chữa van an toàn trong và ngoài nước
2.3.1. Tình hình nước ngoài
2.3.2. Tình hình trong nước
2.3.3. Kết luận rút ra nhiệm vụ của đề tài.
CHƯƠNG III: GIẢI PHÁP BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA VAN AN TOÀN
3.1. Qui trình bảo dưỡng, sửa chữa van an toàn.
3.1.1. Chú ý chung về an toàn:

3.1.2. Tháo van
3.2. Yêu cầu mài rà phục hồi tính năng kỹ thuật
3.3. Thiết kế máy mài nghiền
3.3.1. Cơ sở lý thuyết
3.3.1.1. Vật liệu hạt mài
3.3.1.2. Cơ sở lý thuyết về công nghệ mài nghiền.
3.3.2. Thiết kế chế tạo máy
3.3.2.1. Yêu cầu kỹ thuật
3.3.2.2. Thiết kế nguyên lý
3.3.2.3. Thiết kế sơ bộ máy
3.3.2.4. Thiết kế kỹ thuật

3


3.3.2.5. Thiết kế chế tạo
3.3.2.6. Thiết kế mạch điện điều khiển
3.3.3. Hướng dẫn sử dụng, bảo quản máy
3.3.3.1. Vận hành máy
3.3.3.2. Chú ý về an toàn
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
4.1. Kết quả thử nghiệm
4.2. Kết luận về máy thiết kế
4.3. Những đề nghị tiếp tục nghiên cứu giải quyết các dạng van an toàn khác.
-

Tài liệu tham khảo
Phụ lục 1
Phụ lục 2
Phụ lục 3

4


CHƯƠNG I
MỞ ĐẦU
1.1. Lý do chọn đề tài
Trong những năm gần đây, các dự án thăm dò và khai thác dầu khí phát triển rất nhanh
và thu được những thành tựu đáng kể. Bắt đầu từ những năm 80 của thế kỷ trước, ngành
công nghiệp khai thác dầu ở nước ta khởi đầu với những giếng khoan của Liên doanh dầu
khí Việt – Xô ở ngoài khơi biển Vũng Tàu. Trong giai đoạn đầu, sản phẩm khai thác được
chủ yếu là dầu thô phục vụ xuất khẩu. Một thời gian sau, các dự án thăm dò đã phát hiện
nhiều mỏ dầu với trữ lượng lớn thì các nhà thầu tên tuổi trên thế giới đã có mặt tại Việt
Nam như Petronas của Malaysia, BP của Anh…. Cùng với khai thác dầu thô thì các loại
khí đồng hành cũng đã được thu hồi, việc hoàn thành hàng ngàn kilomet đường ống dẫn
khí từ ngoài khơi về các trạm xử lý và phân phối khí trong đất liền đã tạo tiền đề để các
dự án hạ nguồn phát triển.
Nhà máy xử lý khí Dinh Cố được xây dựng nhằm cung cấp các loại khí hóa lỏng làm
chất đốt dân dụng và công nghiệp. Các khí tự nhiên sau khi xử lý còn được dùng để chạy
các turbin phát điện trong nhà máy điện, sản xuất phân đạm, sản xuất các loại hóa chất và
nhựa tổng hợp. Nói tóm lại một tổ hợp Khí - Điện - Đạm với hàng chục nhà máy đã được
xây dựng tại tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu và các tỉnh lân cận.
Đặc điểm của các nhà máy này là mức độ tự động hóa và an toàn rất cao. Theo qui
định của nhà sản xuất thì định kỳ các thiết bị trong nhà máy cần phải được hiệu chuẩn,
kiểm định và bảo dưỡng. Chủng loại và số lượng của các thiết bị tự động hóa trong các
nhà máy rất đa dạng và rất lớn, các nhà máy nhỏ thì từ vài chục đến vài trăm thiết bị, có
nhà máy lên đến hàng ngàn thiết bị. Các thiết bị này chủ yếu là các loại van điều khiển và
các thiết bị đo lường.
Để đáp ứng được nhu cầu hiệu chuẩn, kiểm định và bảo dưỡng các thiết bị trong các
nhà máy ngày một tăng, nhiều nhà cung cấp dịch vụ ra đời. Trước tình hình đó, Trường

Đào tạo Nhân lực Dầu khí, với ưu thế có đội ngũ giáo viên có trình độ chuyên môn, có
kiến thức chuyên sâu về công nghệ và thiết bị trong các nhà máy, đã trở thành nhà cung
cấp các dịch vụ về hiệu chuẩn và bảo dưỡng các thiết bị tự động hóa và bước đầu tạo
được uy tín với các khách hàng.
Như đã nói ở trên, số lượng cũng như chủng loại các thiết bị rất lớn và đa dạng, cấp
chính xác của các thiết bị cao. Để kiểm định, hiệu chuẩn và bảo dưỡng được các thiết bị
này đòi hỏi phải có những thiết bị chuyên dùng thường phải nhập từ nước ngoài nên giá
thành rất cao. Với kinh phí của một trường đào tạo nghề thì khó có thể một lúc trang bị
được các thiết bị chuyên dùng này.
Cùng với việc phải trang bị những máy móc chuyên dùng, công việc bảo dưỡng và sửa
chữa các thiết bị tự động này cũng cần tuân theo những quy trình công nghệ nghiêm ngặt
của các nhà sản xuất thiết bị.

5


Thực tế cho thấy, trong số các thiết bị cần được hiệu chuẩn định kỳ tại các nhà máy thì
các loại van an toàn (safery valve) và van tràn (relief valve) chiếm số lượng khá lớn. Với
công dụng duy trì áp suất trong các nồi hơi, đường ống bể chứa ở các giá trị áp suất định
trước nhằm bảo vệ các hệ thống công nghệ, với các dung môi làm việc có thể là các chất
lỏng, hơi và khí và nhiệt độ và áp suất cao thì bên cạnh chế độ kiểm định hiệu chuẩn theo
định kỳ (thường thì một lần/1năm) thì van an toàn và van tràn cần phải thường xuyên
được vệ sinh và bảo dưỡng nhằm đảm bảo chúng luôn ở trong tình trạng hoạt động tốt. Cụ
thể là:
- Đảm bảo xả và đóng đúng áp suất thiết định.
- Kín khít tuyệt đối hoặc nằm trong giới hạn cho phép khi van ở chế độ đóng hoàn
toàn.
Thường thì các van rò rỉ khi bề mặt tiếp xúc giữa đĩa van và đế van có dị vật hoặc bị
trầy xước, biến dạng. Để sửa chữa được dạng hư hỏng này thì cần có một thiết bị mài lại
bề mặt làm việc (tiếp xúc) còn gọi là các bề mặt đối tiếp của van.

Từ yêu cầu của thực tiễn công việc đặt ra, được sự đồng ý của Ban Giám hiệu Trường
Đào tạo Nhân lực Dầu khí và của giáo viên hướng dẫn, tác giả đã chọn đề tài luận văn
Cao học của mình là “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị mài rà chuyên dùng phục vụ
công việc bảo dưỡng và sửa chữa các loại van áp suất trong ngành dầu khí” với mong
muốn ứng dụng những kiến thức chuyên môn để giải quyết một vấn đề kỹ thuật từ thực tế
sản xuất.
1.2. Giới hạn đề tài.
Với sự đa dạng của các chủng loại van và quy trình bảo dưỡng sửa chữa rất khác nhau
nên đề tài chỉ giới hạn trong phạm vi sau:
Van áp suất ở đây với ý nghĩa là van an toàn Trong phạm vi của một đề tài luận văn tốt
nghiệp, bước đầu đề tài chỉ nghiên cứu cho một số chủng loại van an toàn thông dụng trên
thị trường sau đó để mở rộng cho các loại van khác thì chỉ cần thiết kế đồ gá và dụng cụ
kèm theo.
- Trong một nhà máy thì chủng loại van an toàn và van tràn rất đa dạng và kết cấu rất
khác nhau tuỳ theo yêu cầu về áp suất, nhiệt độ và môi chất làm việc. Ở chế độ đóng hoàn
toàn van yêu cầu phải kín khít (van hơi hoặc van khí). để đảm bảo yêu cầu này thì kết cấu
của đĩa van và đế van cũng rất khác nhau nhưng đối với các van làm việc ở nhiệt độ và áp
suất cao thì đĩa van và đế van tiếp xúc trực tiếp (metal – to – metal). Trong khuôn khổ đề
tài này tác giả quan tâm đến nghiên cứu thiết bị để mài lại bề mặt tiếp xúc giữa đĩa van và
đế van khi chúng tiếp xúc trực tiếp (không có gioăng làm kín) và mặt tiếp xúc là mặt
phẳng (bề mặt thông dụng của các đĩa van và đế van)
- Kích thước van từ 1 inch đến 6 inch và vật liệu của đĩa van là thép không gỉ
SUS304, SUS316, đồng thau hoặc các thép hợp kim khác.
- Để mài lại các bề mặt đối tiếp này thì tại các xưởng sửa chữa có thể dùng nhiều
biện pháp công nghệ khác nhau như dùng máy mài chuyên dùng kèm theo các phụ tùng
do chính các nhà chế tạo van cung cấp. Tuy nhiên, mỗi thiết bị chuyên dùng thường chỉ

6

được thiết kế cho một số loại van nhất định và chi phí đầu tư lớn. Trong khuôn khổ của
một luận văn tốt nghiệp thì thiết bị được chế tạo trong đề tài này bước đầu nhằm thay thế
những thao tác thủ công của con người khi mài nghiền lại bề mặt của van an toàn và cải
thiện chất lượng của sản phẩm sau khi được phục hồi.
1.3. Mục tiêu cần đạt
- Đưa ra được quy trình công nghệ hợp lý khi bảo dưỡng sửa chữa van.
- Chế tạo thiết bị phục vụ công việc mài lại các bề mặt đối tiếp của một số loại van
an toàn.
1.4. Phương pháp nghiên cứu
Để hoàn thành đề tài này, tác giả sử dụng một số phương pháp nghiên cứu sau:
Phương pháp tham khảo tài liệu:
Hiện nay với mạng Internet, ta có thể tham khảo các tài liệu kỹ thuật liên quan đến
một sản phẩm mà ta quan tâm. Với các loại van an toàn thì có rất nhiều nhà cung cấp và
ta cũng có thể tham khảo, tra cứu các thông số kỹ thuật của thiết bị bằng công cụ Internet.
Khi cung cấp thiết bị cho các dự án, các tài liệu hướng dẫn sử dụng thiết bị luôn được
gửi kèm theo máy và đây là nguồn tài liệu tham khảo chính.
Tham khảo tài liệu từ các nhà chuyên cung cấp dịch vụ hiệu chuẩn, bảo trì công
nghiệp
Phương pháp khảo sát thực tế.
Với đề tài liên quan đến thực tế sản xuất, tác giả đã chọn một số xí nghiệp sau đây để
lấy ý tưởng cho đề tài:
- Xí nghiệp sửa chữa cơ điện thuộc Liên doanh Dầu khí Việt – Xô
- Xí nghiệp khai thác thuộc Liên doanh Dầu khí Việt – Xô
- Nhà máy Điện Bà Rịa.
- Nhà máy nhựa và hoá chất Phú Mỹ
- Nhà máy đạm Phú Mỹ.
Nghiên cứu áp dụng lý thuyết mài nghiền đánh bóng.
Chế tạo máy, thử nghiệm và kiểm chứng
1.5. Ý nghĩa khoa học của đề tài:
Cơ sở khoa học của đề tài là lý thuyết mài nghiền (lapping) để gia công tinh các bề

mặt yêu cầu có độ chính xác và nhẵn bóng cao. Việc ứng dụng lý thuyết này để giải quyết
một vấn đề kỹ thuật nảy sinh từ thực tế sản xuất tại cơ sở chính là ý nghĩa khoa học của
đề tài.

7


Trong điều kiện hiện nay, nhu cầu mài lại bề mặt tiếp xúc của van an toàn là khá lớn.
Ví dụ, chỉ riêng tại nhà máy Nhựa và hoá chất Phú Mỹ có khoảng trên dưới 200 chiếc
van an toàn lớn nhỏ khác nhau và trung bình với định kỳ một năm một lần các van này
phải kiểm định và nều có sự rò rỉ cần phải mài lại. Trung bình mỗi tháng cần phải kiểm
định và bảo dưỡng 10 đến 15 cái van. Trừ những trường hợp các đĩa van và đế bị hư hỏng
nặng không thể phục hồi thì mới tiến hành thay mới chi tiết đó. Giá thành của phụ tùng
kèm theo phụ thuộc vào từng loại van. Sau đây ta có thể tham khảo giá của một số loại
van.
Với loại van Model 20, áp suất từ 1 đến 300psig. nhiệt độ -6 đến 4060 F thì giá thành
theo kích thước của van theo bảng sau:
Cỡ van
(inch)
1/2
3/4
1
1-1/4
1-1/2
2
2-1/2
3

Giá tiền (USD)
162,75

162,75
189,63
244,87
292,65
440,46
698,79
1191,49

Bảng 1.1: Giá thành của van an toàn Model 20
(Tham khảo tại website wwwboilerroomsupplies.com)

Với loại van Model 300, áp suất từ 15 đến 410psig. nhiệt độ đến 8000 F thì giá thành
theo kích thước của van theo bảng sau:
Cỡ van
(inch)
1-1/4
1-1/2
2
2-1/2
3
4
6

Giá tiền (USD)
2200
3127
4400
5630
7000
8173

14000

Bảng 1.2: Giá thành của van an toàn Model 300
(Tham khảo tại website wwwboilerroomsupplies.com)

Qua ví dụ trên cho thấy lợi ích kinh tế mà đề tài mang lại là rất lớn, sự thành công
trong thiết kế chế tạo thiết bị mài rà lại bề mặt của van an toàn đáp ứng được nhu cầu của
khách hàng và nâng cao chất lượng dịch vụ.

8


CHƯƠNG II
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI

2.1. Thuật ngữ về cấu tạo và hoạt động của van an toàn
Van an toàn được lắp đặt trên đường ống và các thiết bị để bảo vệ con người và các
thiết bị khi áp suất của hệ thống vượt quá áp suất cho phép. Điều quan trọng nhất khi vận
hành thiết bị là an toàn và vấn đề được quan tâm hàng đầu là các thiết bị phải luôn làm
việc trong giới hạn áp suất cho phép.
Bình thường, các thiết bị được điều chỉnh và hoạt động trong giới hạn áp suất thiết kế.
Trong trường hợp gặp sự cố thì hệ thống dừng khẩn cấp sẽ ngừng hoạt động các thiết bị
theo trình tự an toàn. Tuy nhiên nếu hệ thống dừng khẩn cấp cũng gặp sự cố thì cần phải
có các van an toàn để xả bớt áp suất tích trữ trong hệ thống.
Van an toàn được sử dụng cho những mục đích sau:
- An toàn cho người vận hành thiết bị khi áp suất hệ thống vượt quá giới hạn cho phép.
- Bảo vệ các thiết bị khi hệ thống quá áp.
- Giảm thời gian ngừng hệ thống do quá áp
Trong quá trình tìm hiểu về van an toàn có những thuật ngữ sau thường được đề cập đến:
- Van an toàn (safety valve): Là thiết bị xả áp suất tự động nhờ áp suất của dòng lưu

chất trong van được đặc trưng bởi tính chất là khi áp suất hệ thống vượt quá giới hạn cho
phép thì cửa van nhanh chóng được mở hoàn toàn. Van an toàn được dùng với các hệ
thống hơi nước, khí gas hoặc các thiết bị bay hơi.
- Van tràn (Relief valve): Là thiết bị xả áp suất tự động nhờ áp suất của dòng lưu chất
trong van được đặc trưng bởi tính chất là khi áp suất hệ thống vượt quá giới hạn cho phép
thì lượng mở cửa van tỉ lệ với áp suất vượt quá. Van tràn được dùng với các hệ thống chất
lỏng.
- Áp suất bắt đầu dò khí (Start-to-leak pressure): Là áp suất tại cửa vào của van mà
hiện tượng rò rỉ bắt đầu xảy ra.
- Áp suất đặt (set pressure) còn gọn là áp suất mở (opening pressure): Là áp suất
tại cửa vào của van mà tại đó hiện tượng xả bắt đầu xảy ra ta có thể cảm nhận được bằng
giác quan nghe hoặc nhìn.
- Áp suất đóng (closing pressure) Là áp suất tại cửa vào của van mà tại đó đĩa van
đóng kín dòng cửa xả.

9


2.2. Giới thiệu sản phẩm van an toàn
2.2.1. Nguyên lý hoạt động, vị trí, nhiệm vụ của van an toàn trong hệ thống
Van an toàn được gắn vào thiết bị cần bảo vệ (bồn bể chứa, nồi hơi, đường ống) bằng
mặt bích hoặc hàn hoặc bằng ren. Khi áp suất tại cửa vào của van vượt quá áp suất thiết
định, lực tác động lên đĩa van truyền theo trục tác dụng lên loxo và thắng được lực căng
của lòxo, đĩa van sẽ nhấc lên khỏi bề mặt của đế van. Dòng khí hoặc hơi theo cửa xả thoát
ra ngoài. Khi áp suất trong bình hạ xuống tới áp suất đóng van, đĩa van sẽ đóng lại.
Thường khi áp suất vượt quá 3% áp suất thiết định thì van mở hoàn toàn. Lúc này lưu
lượng xả là lớn nhất

1. Nồi hơi
2. Tank phân

phối
3. Cửa ra hơi
quá nhiệt
4. Turbine
5. Bình ngưng
6. Bơm ngưng tụ
7. Bơm cấp
nước nồi hơi
8. Đường hơi
hồi về
9. Đường hơi đi

Ký hiệu van an toàn

Hình 2.1: Vị trí lắp van an toàn trong hệ thống công nghệ

10


Van an toàn được gắn tất cả các thiết bị chịu áp lực. Cụ thể:
-

Trên nồi hơi hoặc lò gia nhiệt.
Trên tank phân phối.
Trên các đường ống hơi hoặc khí dẫn tới turbin
Trên các đường hơi hoặc đường khí hồi về.
2.2.2. Cấu tạo một số van an toàn thường gặp
Cấu tạo chung của một van an toàn gồm các bộ phận chính sau:

-

Thân van (body)
Đế van (seat)
Đĩa van (disc)
Thiết bị giữ đĩa van (disc holding)
Trục van
Lò xo
Vít nén
Ống dẫn hướng

Thân van bắt vào bồn chứa bằng ren mặt bích hoặc bằng hàn. Để định vị trí chính xác
của đĩa van khi đóng mở, đĩa van được dẫn hướng chính xác trong ống dẫn hướng. Vòng
điều chỉnh dưới và trên cho phép điều chỉnh áp suất đóng van, sau khi điều chỉnh chúng
được hãm bằng 2 vít hãm.

Cần nâng

Vỏ giữ van
Ổ chặn
Trục van
Lò xo
Lỗ thông hơi
Cữ chặn

Vít hãm

Vít hãm
Đế van (seat)

Thiết bị giữ đĩa van

Vòng điều chỉnh trên
Cửa xả
Đĩa van (disc)
Vòng điều chỉnh dưới
Cửa vào

Hình 2.2: Hình dáng, cấu tạo của van an toàn bắt bằng mặt bích

Kết cấu dạng bắt mặt bích như trên có kích thước cửa vào từ 1-1/2” đến 6” thân van
làm bằng thép đúc, đĩa van và đế van bằng thép không gỉ.

11


Ngoài dạng kết cấu như trên, còn có một số kiểu van như sau:
STT

TÊN CHI TIẾT

1

Nozle (thân van)

2

Vít khoá

3

Gasket (vòng làm kín)

4

Chốt lò xo

5

Ống dẫn hướng

6

Bi

7

Đĩa van

8

Đai ốc hãm

9

Ống hãm

10

Trục van

11

Lò xo

12

Tấm chặn

13

Nắp van

14

Đai ốc khoá

15

Vít nén

16

Nắp chụp

Hình 2.3: Van an toàn model 264 và 265 của hãng Kunkle
Kết cấu buồng lò xo thông với cửa xả
(Tham khảo tại website www.kunklevalve.com)

Kết cấu dạng này dùng cho thiết bị nhỏ, kích thước cửa vào từ 1” trở xuống. Nhiệt độ
làm việc từ -200F đến 5500F. Áp suất từ 4PSI đến 3300PSI. Thân van và đĩa van có thể
bằng đồng hoặc bằng thép không gỉ

17
13
11

16
15
12

14
10
7
9
8

7
6
5

4

3

3

2
1

STT
1
2

3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17

TÊN CHI TIẾT
Nozle (thân van)
Vòng điều chỉnh
Vít hãm
Đĩa van
Ống dẫn hướng
Trục van
Tấm chặn
Nắp van (Bonnet)
Lò xo
Vít nén
Vít khoá nắp chụp
Đai ốc hãm
Đòn bẩy

Chốt
Đai ốc
Nắp chụp
Long đền

Hình 2.4: Van an toàn model 1543-3 của hãng Consolidated
Kết cấu buồng lò xo không thông với của xả

12


Kết cấu dạng này dùng cho thiết bị nhỏ, kích thước cửa vào từ 1/2 ” đến 2-1/2” . Nhiệt
độ làm việc từ -200F đến 4200F. Áp suất từ 5PSI đến 350PSI.
2.2.3. Kết cấu của đế van (seat) và đĩa van.
- Đế van liền với thân van (Nozzle)
Thường dùng cho các van có kích thước từ 1/2 ” đến 2-1/2” . Với dạng kết cấu này, vỏ
van (bonnet) được gắn với thân van bằng ren ống côn và thân van gắn với hệ thống bằng
ren.
Bề mặt làm kín
Phần ren côn
bắt vỏ van

Phần ren côn bắt
vào bồn chứa

Hình 2.5: Kết cấu đế van dạng liền thân

- Đế van rời với thân van
Thường dùng cho các van có kích thước từ 1-1/2 ” đến 6” . Với dạng kết cấu này, vỏ
van (bonnet) được gắn với thân van bằng mặt bích và thân van gắn với bồn chứa cũng

bằng mặt bích.
Mặt bích bắt
vỏ van

Bề mặt làm kín
tiếp xúc với đĩa
van

Cửa xả

Mặt bích bắt vào
bồn chứa

Hình 2.6: Kết cấu đế van rời thân van

13


- Đĩa van dạng phẳng
Bề mặt tiếp xúc với đế van là mặt phẳng. Đĩa van có thể tự lựa do đầu trục van có
dạng chỏm cầu.

Bề mặt làm kín
tiếp xúc với seat

Hình 2.7: Đĩa van dạng phẳng

- Đĩa van dạng không phẳng
Bề mặt tiếp xúc với đế van là mặt phẳng, tuy nhiên phần không tiếp xúc có dạng cầu
lồi Đĩa van có thể tự lựa do đầu trục van có dạng chỏm cầu.

Hình 2.8: Đĩa van dạng không phẳng

2.2.4. Yêu cầu kỹ thuật khi làm việc của van an toàn.
Van an toàn bảo vệ các thiết bị trong nhà máy, giữ an toàn cho thiết bị và con người
do đó van an toàn cần phải đảm bảo một số yêu cầu kỹ thuật sau.
- Đóng mở đúng áp suất thiết định
- Lưu lượng xả đúng thiết kế
- Đảm bảo kín khít theo yêu cầu
2.2.5. Các dạng hư hỏng thường gặp
Do làm việc trong điều kiện áp suất và nhiệt độ cao và thường môi trường là các chất
khí, hơi quá nhiệt có tính ăn mòn hoá học cao nên các chi tiết của van có thể bị mòn. Cụ
thể các dạng hỏng và biện pháp khắc phục của một số chi tiết :

14


STT

Chi tiết hư hỏng

Dạng hỏng

Biện pháp khắc phục

1
2
3
4

Đĩa van (disc)
Đế van (seat)
Vòng điều chỉnh trên và dưới
Lò xo

Trầy xước, rỗ
Trầy xước, rỗ
Mòn
Mỏi

Có thể mài lại hoặc thay thế
Có thể mài lại hoặc thay thế
Thay mới
Thay mới

Bảng 2.1: Các dạng hư hỏng thường gặp của van an toàn

Lò xo sau một thời gian làm việc có thể bị mỏi hoặc nứt gãy làm cho van đóng mở
không đúng áp suất thiết định, dạng hỏng này chỉ có thể thay mới.
Vòng điều chỉnh trên và dưới mòn do dòng khí có áp suất cao.
Đĩa van và đế van hư hỏng thường do trầy xước làm rò rỉ. Để đo độ kín khít của van
dùng thiết bị thử kín (Leakage test).

2.3. Tình hình bảo dưỡng sửa chữa van an toàn trong và ngoài nước
2.3.1. Tình hình ở nước ngoài
Trên thế giới, các nhà sản xuất và cung ứng các dịch vụ bảo dưỡng sửa chữa van
cũng đã chế tạo các thiết bị chuyên dùng để khôi phục bề mặt làm việc của van. Cụ thể:
Hãng Crosby có dụng cụ Reseating Machine dùng để gia công lại bề mặt của đế
van. Với dụng cụ này thì van an toàn không cần tháo ra khỏi hệ thống khi sửa chữa mà
chỉ cần tháo nắp van và gá dụng cụ này trực tiếp vào vị trí của nắp van.

Hình 2.9: Dụng cụ Reseating Machine
(Tham khảo tại website www.tycovalves.com)

15


Hãng chế tạo máy công cụ nhỏ gọn Climax có một vài loại máy dùng để phục hồi
bề mặt làm việc của van an toàn như sau:
ƒ Model VM5000 Bàn mài nghiền dùng để nghiền các bề mặt của đĩa van.

Hình 2.10: Bàn mài nghiền của hãng Climax
(Tham khảo tại website www.cpmt.com)

Các thông số kỹ thuật chủ yếu:
- Kích thước bàn máy: F600
- Khối lượng chi tiết lớn nhất có thể gia công trên máy: 30kg
- Tốc độ bàn máy: 1 – 50 vòng/phút
ƒ Model VM5800 máy để bàn của hãng Climax

Hình 2.11: Máy gia công lại bề mặt van
của hãng Climax
(Tham khảo tại website www.cpmt.com)

16


Các thông số kỹ thuật chủ yếu:
- Kích thước bàn máy quay: ∅500
- Tốc độ bàn máy: 8 – 50 vòng/phút

- Tốc độ trục chính: 10 – 340 vòng/phút
- Kích thước bàn máy cố định 500 x 500
- Khối lượng chi tiết lớn nhất có thể gia công trên máy: 300kg
ƒ Model VM7000 dùng để sửa chữa van an toàn của hãng Consolidated và
Crosby ngay tại chỗ mà không cần tháo van ra khỏi đường ống

Hình 2.12: Máy VM7000 của hãng Climax
(Tham khảo tại website www.cpmt.com)

Các máy móc trên kèm theo các phụ tùng hỗ trợ cho phép phục hồi lại được bề mặt làm
việc của van an toàn.
2.3.2. Tình hình trong nước
Ở nước ta, công việc mài rà lại bề mặt của đĩa van an toàn chưa được quan tâm đúng
mức. Tất cả các nhà cung cấp dịch vụ sửa chữa bảo dưỡng chưa trang bị những loại máy
chuyên dùng như trên. Khi có nhu cầu rà lại bề mặt van thì chủ yếu làm bằng các dụng cụ
cầm tay thô sơ.

Đĩa van
Tấm kính

Hình 2.14: Mài rà đĩa van bằng tay
(Ảnh chụp tại Trường Đào tạo NL Dầu khí)

Hình 2.13: Sơ đồ mài rà đĩa van bằng tay

17


Khi rà đĩa van và đế van dạng liền thân, dùng bột mài trộn dầu nhờn bôi lên bề mặt
tấm kính rồi dùng tay trà bề mặt đĩa van trên mặt tấm kính cho đến khi các vết trầy xước

trên bề mặt không còn thì dừng

Tấm kính

Hình 2.15: Sơ đồ mài rà seat van dạng liền
thân bằng tay
Hình 2.16: Mài rà seat van dạng liền thân
bằng tay
(Ảnh chụp tại Trường Đào tạo NL Dầu khí)

Khi rà đĩa van và seat van dạng rời thân, dùng ngay trục van và đĩa van làm dụng cụ
mài rà, bột mài trộn dầu nhờn bôi lên bề mặt của dụng cụ rồi dùng tay xoáy qua lại 2 bề
mặt với nhau. Trục van được gắn tuỳ động với đĩa van.

Hình 2.17: Sơ đồ mài rà seat van dạng rời thân bằng tay

18