Cho đến nay, các kịch bản ứng dụng đông lạnh yêu cầu làm kín van hai chiều chủ yếu sử dụng hai loại van, đó là van cầu và van bi cố định/van bi cố định gắn trên đỉnh. Tuy nhiên, với sự phát triển thành công của van bi đông lạnh hai chiều, các nhà thiết kế hệ thống đã có được một lựa chọn hấp dẫn hơn so với các van bi truyền thống.van bi nổiNó có lưu lượng cao hơn, không bị hạn chế về hướng dòng chảy và hướng làm kín của môi chất, và có thể hoạt động an toàn trong điều kiện nhiệt độ cực thấp. Kích thước nhỏ hơn, trọng lượng nhẹ hơn và cấu trúc đơn giản hơn.
Các trường hợp ứng dụng đông lạnh cần van bao gồm cửa vào/ra của bể chứa để nạp và xả, tạo áp suất cho các đường ống kín rỗng, khí hóa và hóa lỏng, đường ống đa năng cho các hệ thống khác nhau trong các trạm đầu cuối LNG, hệ thống vận chuyển và tàu chở dầu, hệ thống phân phối, trạm bơm và trạm nạp nhiên liệu LNG, cũng như các bộ van khí tự nhiên (GVU) liên quan đến động cơ nhiên liệu kép trên tàu.
Trong các tình huống ứng dụng đã đề cập ở trên, van đóng ngắt hai chiều thường được sử dụng để điều khiển và đóng ngắt dòng chất lỏng. So với các loại van khác như...van biHọ gặp phải một số vấn đề:
Hệ số dòng chảy (Cv) thấp - điều này sẽ ảnh hưởng đến việc lựa chọn tất cả các kích thước ống phù hợp và có thể trở thành điểm nghẽn, hạn chế khả năng lưu lượng của hệ thống.
• Cần cấu hình các bộ truyền động tuyến tính để thực hiện các chức năng đóng và điều khiển - so với các bộ truyền động quay hình chữ nhật được sử dụng để điều khiển và vận hành van bi và các loại van quay hình chữ nhật khác, loại thiết bị này có cấu trúc phức tạp hơn và đắt tiền hơn. Chi phí và độ phức tạp về cấu trúc của một bộ thiết bị van và bộ truyền động hoàn chỉnh là rất đáng kể.
• Nếu van ngắt được sử dụng để thực hiện chức năng dừng khẩn cấp cần thiết cho nhiều hệ thống LNG, độ phức tạp sẽ còn cao hơn nữa.
Đối với các cơ sở LNG quy mô nhỏ (SSLNG), các vấn đề nêu trên sẽ càng rõ rệt hơn, bởi vì các hệ thống này phải nhỏ hơn, tiết kiệm chi phí hơn và có công suất dòng chảy lớn nhất để rút ngắn chu kỳ nạp và xả hàng.
Hệ số lưu lượng của van bi cao hơn so với van cầu cùng kích thước. Nói cách khác, chúng có kích thước nhỏ hơn mà không ảnh hưởng đến lưu lượng. Điều này có nghĩa là kích thước, trọng lượng và chi phí của toàn bộ hệ thống đường ống, thậm chí toàn bộ hệ thống, được giảm đáng kể. Đồng thời, nó có thể làm tăng đáng kể lợi tức đầu tư (ROI) của các hệ thống liên quan.
Dĩ nhiên, van bi phao đông lạnh tiêu chuẩn là loại một chiều, không phù hợp với các trường hợp nêu trên đòi hỏi van hai chiều.
Một chiều so với hai chiều
Như thể hiện trong Hình 1, van bi nổi tiêu chuẩn dùng trong điều kiện nhiệt độ cực thấp có một lỗ xả áp ở phía thượng lưu của bi van để ngăn ngừa sự tích tụ và tăng áp suất khi môi chất chuyển pha. Khi van ở vị trí đóng, khí thiên nhiên hóa lỏng chứa trong khoang thân van sẽ bắt đầu bay hơi và giãn nở, thể tích có thể đạt gấp 600 lần thể tích ban đầu sau khi giãn nở hoàn toàn, điều này có thể gây ra hiện tượng van bị vỡ. Để ngăn chặn tình trạng này, hầu hết các van bi nổi tiêu chuẩn đều sử dụng cơ chế xả áp mở ở phía thượng lưu. Do đó, van bi truyền thống không thể được sử dụng trong các trường hợp yêu cầu làm kín hai chiều.
Và đây là giai đoạn mà van phao hai chiều dùng trong môi trường đông lạnh có thể thể hiện ưu điểm của mình. Sự khác biệt giữa van này và van một chiều tiêu chuẩn dùng trong môi trường đông lạnh là:
• Van bi không có lỗ thoát áp suất.
• Có thể bịt kín chất lỏng theo cả hai hướng
• Van bi không có lỗ thoát áp suất.
• Có thể bịt kín chất lỏng theo cả hai hướng
Trong van bi phao đông lạnh hai chiều, đế van lò xo hai chiều thay thế cơ cấu giảm áp mở phía thượng lưu. Đế van lò xo có thể giải phóng áp suất dư thừa do khí thiên nhiên hóa lỏng chứa trong khoang thân van tạo ra, nhờ đó ngăn van bị vỡ, như thể hiện trong Hình 2.
Ngoài ra, đế van lò xo giúp giữ cho van hoạt động ở mô-men xoắn thấp hơn và đạt được hoạt động trơn tru hơn trong điều kiện nhiệt độ cực thấp.
Van bi phao đông lạnh hai chiều được trang bị vòng đệm graphite hai tầng, giúp van có chức năng an toàn cháy nổ. Trừ khi xảy ra sự cố nghiêm trọng khiến các bộ phận polymer của van bị cháy, vòng đệm thứ cấp sẽ không tiếp xúc với môi chất. Trong trường hợp xảy ra sự cố, vòng đệm cấp hai sẽ thực hiện chức năng bảo vệ an toàn cháy nổ.
Ưu điểm của van hai chiều
So với van cầu, van bi cố định và van bi gắn trên đỉnh, van bi phao hai chiều dùng trong điều kiện nhiệt độ cực thấp có đầy đủ ưu điểm của van bi có hệ số lưu lượng cao, đồng thời không hạn chế hướng dòng chảy và hướng làm kín. Nó có thể được sử dụng an toàn trong điều kiện nhiệt độ cực thấp; kích thước tương đối nhỏ và cấu trúc tương đối đơn giản. Bộ truyền động đi kèm cũng tương đối đơn giản (quay vuông góc) và được thu nhỏ. Những ưu điểm này có nghĩa là toàn bộ hệ thống nhỏ hơn, nhẹ hơn và tiết kiệm chi phí hơn.
So với van cầu, van bi cố định và van bi gắn trên đỉnh, van bi phao hai chiều dùng trong điều kiện nhiệt độ cực thấp có đầy đủ ưu điểm của van bi có hệ số lưu lượng cao, đồng thời không hạn chế hướng dòng chảy và hướng làm kín. Nó có thể được sử dụng an toàn trong điều kiện nhiệt độ cực thấp; kích thước tương đối nhỏ và cấu trúc tương đối đơn giản. Bộ truyền động đi kèm cũng tương đối đơn giản (quay vuông góc) và được thu nhỏ. Những ưu điểm này có nghĩa là toàn bộ hệ thống nhỏ hơn, nhẹ hơn và tiết kiệm chi phí hơn.
Bảng 1 so sánh van bi nổi hai chiều dùng trong môi trường đông lạnh với các loại van khác có chức năng tương tự từ các khía cạnh bảo trì, kích thước, trọng lượng, mức mô-men xoắn, độ khó điều khiển và tổng chi phí, đồng thời tóm tắt một cách toàn diện những ưu điểm và nhược điểm của nó.
Nếu một cơ sở LNG nhỏ phá vỡ quy ước và sử dụng van bi đông lạnh hai chiều, nó có thể phát huy tối đa những ưu điểm độc đáo của van bi, đó là đường kính lớn, lưu lượng cao và tốc độ xả đường ống cao. Nói một cách tương đối, nó có thể hỗ trợ các đường ống có kích thước nhỏ hơn trong khi vẫn duy trì cùng lưu lượng, do đó có thể giảm tổng thể tích, trọng lượng và độ phức tạp của hệ thống, đồng thời cũng giảm chi phí của hệ thống đường ống.
Bài viết trước đã giới thiệu những ưu điểm của việc sử dụng van này như một van đóng ngắt. Nếu được sử dụng như một van điều khiển, những ưu điểm sẽ càng rõ rệt hơn. Nếu sử dụng van bi xoay góc vuông, độ phức tạp của bộ tự động hóa van sẽ giảm đáng kể, do đó nó trở thành một hạng mục tùy chọn cho hệ thống đông lạnh.
Thành phần cơ bản nhất của bộ dụng cụ tự động hóa nêu trên là van bi phao đông lạnh hai chiều đơn giản và thiết thực, cùng với bộ truyền động quay hình chữ nhật có cấu trúc đơn giản và hiệu quả chi phí cao.
Tóm lại, van bi phao đông lạnh hai chiều có ý nghĩa tích cực mang tính "đột phá" đối với hệ thống đường ống đông lạnh. Tại các cơ sở LNG quy mô nhỏ, nó có thể phát huy tối đa ưu điểm của mình.
Trong vài năm qua, sản phẩm mới này đã được kiểm chứng trong các ứng dụng thực tế, chứng minh rằng nó có ý nghĩa tích cực đối với chi phí dự án và hoạt động đáng tin cậy lâu dài của hệ thống.
Thời gian đăng bài: 17/06/2021