Kích thước, Kiểm tra và Bảo trì Van Giảm Áp trong Nhà máy Quá trình

API 520 sizing, API 576 inspection, ASME overpressure protection, Emerson Anderson Greenwood, pressure relief valve sizing, PRV set pressure, relief valve testing, safety relief valve maintenance
Tháng 6 14, 2026

Pressure Relief Valve Sizing, Testing, and Maintenance in Process Plants

Vai Trò và Các Loại Van Giảm Áp

Van giảm áp (PRV) là thiết bị có lò xo tự động mở khi áp suất phía thượng nguồn vượt quá điểm cài đặt định trước. Nó xả chất lỏng để giảm áp suất quá mức, sau đó đóng lại khi áp suất giảm xuống áp suất đóng. PRV bảo vệ các bình áp lực, thiết bị trao đổi nhiệt, hệ thống ống dẫn và bơm khỏi việc vượt quá giới hạn áp suất thiết kế.

Van giảm áp lò xo truyền thống: Loại phổ biến nhất. Lực lò xo giữ đĩa ép vào ghế vòi. Nhạy cảm với áp suất ngược trong đường xả — áp suất ngược tăng làm giảm áp suất cài đặt hiệu quả và có thể gây hiện tượng rung van.
Van giảm áp chuông cân bằng: Cách ly buồng lò xo khỏi phía xả bằng phần tử chuông linh hoạt. Chịu được áp suất ngược biến đổi hoặc chồng lên đến 50% áp suất cài đặt. Ưu tiên sử dụng cho dịch vụ ăn mòn và các tình huống áp suất ngược tích tụ đáng kể.
Van giảm áp điều khiển bằng pilot (PORV): Sử dụng áp suất hệ thống để giữ piston chính đóng. Có thể cài đặt trong phạm vi ±5% áp suất vận hành mà không bị mở sai hoặc rung nhẹ. Được sử dụng rộng rãi trong dịch vụ khí áp suất cao và công suất lớn.

Việc giám sát áp suất thượng nguồn chính xác là rất quan trọng cho hệ thống bảo vệ PRV. Bộ truyền áp suất đo áp suất Yokogawa EJA530E cung cấp phép đo áp suất chính xác cao cần thiết để theo dõi áp suất vận hành bình so với áp suất cài đặt PRV trong các ứng dụng nhà máy xử lý.

Nguyên Tắc Định Cỡ Theo API 520 và Mã ASME

Van giảm áp có kích thước nhỏ không thể xả áp quá mức thiết kế đủ nhanh. Van quá lớn sẽ bị rung — mở và đóng nhanh liên tục — gây hư hại ghế và đĩa van, dẫn đến rò rỉ sớm. Tiêu chuẩn định cỡ chính là API Tiêu chuẩn 520 (Định cỡ, Lựa chọn và Lắp đặt Thiết bị Giảm Áp). Tiêu chuẩn kèm theo, API 526, quy định cấp bích, ký hiệu lỗ thoát và kích thước đầu vào/ra tiêu chuẩn.

Công thức định cỡ dòng chảy chất lỏng cơ bản xác định diện tích xả hiệu quả A cần thiết:

Đối với dịch vụ chất lỏng: A = Q / (38 × Kd × Kw × Kc × √(ΔP / G))

Trong đó Q là lưu lượng thể tích (gal Mỹ/phút), Kd là hệ số hiệu quả xả (thường là 0,65 cho dịch vụ chất lỏng), Kw là hệ số hiệu chỉnh áp suất ngược, Kc là hệ số hiệu chỉnh kết hợp cho lắp đặt đĩa nổ, ΔP là chênh áp tại điều kiện cài đặt (psi), và G là trọng lượng riêng so với nước. Đối với dịch vụ khí và hơi, hệ số nén Z và tỷ số nhiệt k được đưa vào công thức, đồng thời phải xác định chế độ dòng chảy tới hạn hay không tới hạn trước khi áp dụng công thức định cỡ.

Mã ASME Phần VIII cho phép bảo vệ bình áp lực ở 110% MAWP với một van giảm áp đơn, hoặc 116% cho trường hợp cháy với hai van giảm áp. Các trường hợp quá áp cần xem xét bao gồm: tắc nghẽn đầu ra, hỏng hồi lưu, cháy ngoài, vỡ ống trong thiết bị trao đổi nhiệt, giãn nở nhiệt của chất lỏng bị chặn, và các tình huống mất điện tiện ích. Các dòng sản phẩm Anderson Greenwood và Crosby của Emerson bao phủ đầy đủ các loại van giảm áp truyền thống, chuông cân bằng và điều khiển pilot cho dịch vụ quy trình API.

Điều Chỉnh và Xác Minh Áp Suất Cài Đặt

Mã ASME yêu cầu áp suất thử chênh lệch lạnh thực tế (CDTP) phải nằm trong ±3% áp suất cài đặt trên bảng tên đối với áp suất cài đặt trên 70 psig, và trong ±2 psi đối với áp suất cài đặt bằng hoặc dưới 70 psig. Việc điều chỉnh áp suất cài đặt yêu cầu tháo van ra khỏi hệ thống để thử nghiệm trên bàn thử được chứng nhận.

Bước 1 — Hiệu chỉnh chênh lệch lạnh: Nếu nhiệt độ vận hành quá trình khác biệt đáng kể so với nhiệt độ thử trên bàn, áp dụng hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ để bù cho sự thay đổi lực lò xo theo nhiệt độ.
Bước 2 — Điều chỉnh lò xo: Điều chỉnh áp suất cài đặt bằng cách siết chặt hoặc nới lỏng vít điều chỉnh trên nắp lò xo. Siết chặt làm tăng áp suất cài đặt. Mỗi vòng quay 1/4 thường thay đổi áp suất cài đặt từ 2–15 psi tùy theo dải lò xo.
Bước 3 — Thử mở van (Pop Test): Tăng áp đầu vào từ từ bằng khí nitơ hoặc nước. Ghi lại áp suất tại đó đĩa van nâng lên và áp suất đóng lại. Xác nhận cả hai giá trị nằm trong dung sai của ASME. Đối với van lò xo, áp suất đóng thường thấp hơn áp suất cài đặt 7–10%.
Bước 4 — Thử rò rỉ ghế van: Sau khi đóng lại, áp dụng 90% áp suất cài đặt và xác nhận không có rò rỉ nhìn thấy tại ghế van trong ít nhất một phút. Rò rỉ cho thấy ghế van bị hư hại hoặc bị nhiễm bẩn. Mài lại hoặc thay thế ghế và đĩa van khi cần.
Bước 5 — Niêm phong chống can thiệp và lưu hồ sơ: Dán niêm phong chống can thiệp qua nắp vít điều chỉnh sau khi vượt qua thử nghiệm trên bàn. Cấp chứng chỉ hiệu chuẩn ghi lại áp suất cài đặt, ngày thử, kỹ thuật viên, số seri thiết bị thử và ngày kiểm tra tiếp theo.

Chương Trình Kiểm Tra và Bảo Trì Trong Quá Trình Vận Hành

Thực hành khuyến nghị API 576 (Kiểm tra Thiết bị Giảm Áp) cung cấp khung thời gian kiểm tra và tiêu chí chấp nhận. Phương pháp kiểm tra dựa trên rủi ro (RBI) theo API 580 cho phép nhà máy kéo dài hoặc rút ngắn khoảng thời gian kiểm tra dựa trên tốc độ ăn mòn, mức độ nghiêm trọng dịch vụ và hiệu suất van trong lịch sử. Khoảng thời gian kiểm tra truyền thống cho van giảm áp trong dịch vụ hydrocarbon chung là 5 năm. Dịch vụ ăn mòn hoặc bám bẩn yêu cầu kiểm tra 2–3 năm. Van trong dịch vụ tiện ích sạch có thể đủ điều kiện kiểm tra 10 năm theo chương trình RBI với lý do kỹ thuật được ghi nhận.

Rò rỉ ghế van: Lỗi phổ biến nhất trong quá trình vận hành. Ăn mòn, xói mòn hoặc cặn bám làm hỏng bề mặt ghế van. Hư hại nhẹ có thể sửa bằng mài tay. Hư hại nặng cần thay ghế và đĩa van mới.
Ăn mòn và nứt lò xo: Nứt do ăn mòn ứng suất (SCC) trong dịch vụ H2S hoặc ăn mòn có thể gây hỏng lò xo nghiêm trọng. Lò xo phải được kiểm tra bằng mắt thường để phát hiện vết ăn mòn, pitting và nứt. Thay lò xo nếu phát hiện bất kỳ hư hại nào.
Tắc nghẽn đầu vào: Các chất polymer hóa, cặn vôi hoặc cặn coke làm tắc một phần đầu vào, giảm công suất xả thực tế so với thiết kế. Van trong dịch vụ bám bẩn cần khoảng thời gian kiểm tra ngắn hơn và có thể cần đầu vào có sưởi hoặc duy trì thổi khí.
Van bị kẹt mở: Do cặn bám giữ đĩa van không đóng lại sau sự kiện xả áp. Van giảm áp mở một phần rò rỉ liên tục, gây lãng phí sản phẩm và không bảo vệ đầy đủ cho sự kiện quá áp tiếp theo. Luôn kiểm tra và thử nghiệm trên bàn sau bất kỳ sự kiện xả áp nào đã biết.

Van giảm áp GE Oil and Gas (nay là Baker Hughes) sử dụng trong các ứng dụng khí áp suất cao và ngoài khơi bao gồm các bộ phận thép không gỉ duplex được thiết kế đặc biệt cho dịch vụ khí chứa hydrogen sulfide (H2S) tuân thủ NACE MR0175. Khi chọn van giảm áp cho dịch vụ khí có chứa H2S, cần xác minh tất cả các bộ phận kim loại tiếp xúc đều đáp ứng yêu cầu độ cứng và vật liệu của NACE để ngăn ngừa nứt do ứng suất sulfide.

Kết Luận và Khuyến Nghị Hành Động

Van giảm áp bảo vệ cả con người và tài sản nhà máy, nhưng chỉ khi được định cỡ đúng, cài đặt chính xác và bảo trì thường xuyên. Áp dụng nguyên tắc định cỡ API 520 cho tất cả các tình huống quá áp. Thiết lập chương trình kiểm tra có tài liệu theo API 576 với lý do RBI cho khoảng thời gian kiểm tra kéo dài. Thử nghiệm trên bàn mọi van theo lịch hoặc sau bất kỳ sự kiện xả áp nào đã biết. Ghi lại hiệu chỉnh áp suất thử chênh lệch lạnh cho mọi lắp đặt nhiệt độ cao. Không bao giờ đưa van có rò rỉ ghế trở lại sử dụng — ngay cả rò rỉ nhỏ liên tục cũng làm hư hại ghế nhanh hơn và cuối cùng ngăn van đóng lại sau sự kiện quá áp tiếp theo. Chương trình bảo trì PRV tốt chỉ tốn một phần nhỏ chi phí so với một sự cố vỡ bình áp lực hoặc ngừng hoạt động quy trình không kế hoạch.

Tác giả: Liu Mingzhe là kỹ sư tự động hóa công nghiệp với hơn 10 năm kinh nghiệm về PLC, DCS và hệ thống điều khiển.