Tại sao van bi bị rò rỉ sau nhiều chu kỳ vận hành và cách người vận hành có thể khắc phục

Van bi giữ được áp suất khi mới lắp đặt nhưng bị rò rỉ sau nhiều lần đóng mở hiếm khi hỏng chỉ vì một nguyên nhân đơn giản. Quá trình đóng mở làm thay đổi điều kiện tiếp xúc giữa bi, đế van, phớt trục, bộ chèn làm kín và bộ truyền động. Vị trí rò rỉ rất quan trọng: rò rỉ tại mối nối thân van, rò rỉ ở trục van và rò rỉ qua đế van ở phía hạ lưu cho thấy các lỗi khác nhau và cần những biện pháp khắc phục khác nhau.

Quy tắc quan trọng nhất là xác định vị trí rò rỉ trước khi siết bu lông, thêm vật liệu chèn làm kín hoặc thay toàn bộ van. Van để chất lưu đi qua khi đóng có vấn đề về bề mặt làm kín. Chất lưu rò ra quanh trục van cho thấy hư hỏng ở bộ chèn làm kín, vòng O-ring hoặc bề mặt trục. Rò rỉ tại mặt bích, đầu ren hoặc mối nối thân van thường là vấn đề về lắp đặt, gioăng, bu lông hoặc ranh giới chịu áp, thay vì hỏng bi van.

Vì sao việc đóng mở làm thay đổi hiệu suất làm kín của van

Van bi làm kín khi các đế đàn hồi được ép lên bề mặt hình cầu được đánh bóng của bi van. Trong mỗi chu kỳ, bi van quay trên các đế này. Trong điều kiện làm việc sạch và tương thích, chuyển động này được kiểm soát và ít mài mòn. Trong các hệ thống thực tế, hạt rắn, dao động áp suất, chuyển động do nhiệt độ, mô-men vận hành quá mức và vật liệu không phù hợp có thể dần làm hư hỏng bề mặt tiếp xúc làm kín.

Nhiều trường hợp rò rỉ xuất hiện sau khi đóng mở vì van đã hoạt động dưới áp suất chênh lệch, chứ không chỉ vì đạt đến một số chu kỳ nhất định. Van đóng chống lại áp suất cao phải ép bi van qua tải trọng đế lớn hơn nhiều. Nếu bộ truyền động quá cỡ hoặc tay gạt thủ công được nối dài để tăng đòn bẩy, trục và bi van có thể bị dẫn động vượt quá vị trí cần thiết để làm kín chắc chắn. Điều này có thể làm biến dạng đế mềm, làm xước bi van hoặc quá tải bộ chèn làm kín trục.

Vận hành một phần thường xuyên tạo ra một vấn đề khác. Van bi tiêu chuẩn được thiết kế chủ yếu để đóng/mở cách ly. Giữ bi van mở một phần để điều tiết có thể tạo ra vận tốc cục bộ cao và nhiễu loạn tại mép đế van. Trong chất lỏng có chứa chất rắn, điều này làm tăng tốc độ xói mòn. Trong môi trường khí, độ giảm áp qua van mở một phần có thể tạo ra tiếng ồn, rung động và hư hỏng đế van. Khi mép làm kín bị xói mòn, van có thể vẫn có vẻ đóng bình thường nhưng cho phép dòng chảy rò bên trong.

Đối chiếu dạng rò rỉ với lỗi có khả năng xảy ra

Việc kiểm tra ngắn trong điều kiện an toàn và đã cô lập có thể ngăn ngừa thay thế không cần thiết. Xả áp, xả chất lỏng hoặc thông hơi đường ống theo yêu cầu của điều kiện vận hành, đồng thời xác nhận năng lượng tích trữ trong bộ truyền động đã được giải phóng trước khi tháo bất kỳ bộ phận nào chứa áp suất.

• Rò rỉ qua van khi đóng: Các nguyên nhân thường gặp là đế van bị mòn hoặc trương nở do hóa chất, bề mặt bi van bị xước, cặn bẩn mắc giữa bi và đế, hướng lắp van không phù hợp với điều kiện làm việc, hoặc hư hỏng do đóng van với mô-men quá lớn.
• Rò rỉ quanh trục van khi vận hành: Điều này thường cho thấy việc điều chỉnh bộ chèn làm kín bị lỏng, bộ chèn bị mòn, vòng O-ring trục bị hỏng, trục bị xước hoặc trục bị lệch do bộ truyền động không đồng tâm.
• Rò rỉ tại mối nối thân van: Đối với thiết kế hai mảnh hoặc ba mảnh, hãy kiểm tra phớt thân van, tình trạng chi tiết liên kết, trình tự siết bu lông, sự ăn mòn tại mối nối và liệu chu kỳ nhiệt có làm giảm độ nén của gioăng hay không.
• Rò rỉ tại các đầu nối: Hư hỏng gioăng mặt bích, tải bu lông không đều, ứng suất đường ống, làm kín ren kém, ảnh hưởng nhiệt hàn hoặc sai lệch căn chỉnh có khả năng xảy ra cao hơn lỗi bên trong van.

Không nên cho rằng rò rỉ nhỏ bên ngoài là vô hại. Rò rỉ trục van có thể nhanh chóng trở nên nghiêm trọng nếu bộ chèn làm kín bị mài mòn sau mỗi lần van đóng mở. Rò rỉ bên trong cũng có thể gây rủi ro vận hành khi người ta giả định đã cách ly dòng trước khi bảo trì, lấy mẫu hoặc làm việc với thiết bị phía hạ lưu.

Mòn đế van thường là nguyên nhân thực sự của rò rỉ bên trong

Các đế mềm như PTFE và những vật liệu gốc polymer khác cung cấp khả năng đóng kín đáng tin cậy trong nhiều điều kiện làm việc, nhưng hiệu suất của chúng phụ thuộc vào tính tương thích hóa học, áp suất, nhiệt độ và độ sạch của môi chất. Đế van có thể trở nên quá mềm ở nhiệt độ cao, cứng lại hoặc mất độ đàn hồi sau khi tiếp xúc hóa chất, hoặc bị chảy nguội dưới tải trọng kéo dài. Không phải lúc nào những thay đổi này cũng dễ nhận thấy từ bên ngoài van.

Chất rắn có tính mài mòn đặc biệt gây hại. Cáu cặn, xỉ hàn, gỉ sét, cát, hạt mịn chất xúc tác và mảnh vỡ từ gioăng phía thượng lưu có thể mắc giữa bi van đang quay và đế van. Một hạt cứng có thể để lại vết xước theo chu vi trên bi van. Vì bi van quay qua cùng vùng làm kín trong mỗi lần vận hành, vết xước sẽ trở thành đường rò mà không lực tác động nào lên tay gạt có thể khắc phục.

Khi kiểm tra cho thấy bi van sạch, không có vết xước nhìn thấy được nhưng van vẫn bị rò qua, hãy kiểm tra biên dạng đế van và hốc đế. Đế van bị làm phẳng, đùn ép, nứt hoặc nén vĩnh viễn sẽ không còn duy trì tiếp xúc đồng đều. Với van có thể sửa chữa, việc thay đế van và phớt thân van có thể khôi phục hiệu suất. Với thiết kế không thể sửa chữa, thay thế thường đáng tin cậy hơn việc cố bù lại bằng mô-men lớn hơn.

Rò rỉ trục van: siết chặt không phải lúc nào cũng là cách sửa chữa

Bộ chèn làm kín trục được thiết kế để tạo độ nén có kiểm soát quanh trục mà vẫn cho phép trục quay. Nếu đai ốc chèn hoặc vòng ép chèn có thể điều chỉnh, việc điều chỉnh nhẹ và đồng đều có thể ngăn rò rỉ nhỏ. Việc siết chặt phải được thực hiện từ từ và giới hạn theo hướng dẫn của nhà sản xuất. Nén quá mức làm tăng mô-men vận hành, đẩy nhanh mài mòn bộ chèn và có thể khiến bộ truyền động trông như không đủ công suất.

Nếu rò rỉ vẫn tiếp diễn sau một lần điều chỉnh vừa phải, hãy kiểm tra tình trạng trục thay vì tiếp tục siết chặt. Trục bị xước, ăn mòn, bám cặn hoặc cong sẽ nhanh chóng làm hỏng bộ chèn mới. Độ lệch trục đặc biệt quan trọng đối với van tự động. Giá lắp đặt căn chỉnh kém, khớp nối lỏng hoặc tải bên từ bộ truyền động có thể gây tải không đều khi van quay. Kết quả có thể là rò rỉ gián đoạn chỉ xuất hiện ở một số vị trí nhất định.

Đối với van làm việc trong điều kiện nhiệt, bộ chèn làm kín có thể bị giãn sau thay đổi nhiệt độ. Kiểm tra lại tải chèn trong quá trình bảo trì định kỳ là hợp lý, nhưng điều chỉnh lặp lại mà không xác định nguyên nhân về nhiệt độ và vật liệu chỉ làm trì hoãn hỏng hóc.

Vấn đề mô-men có thể làm hỏng một van bi vốn phù hợp

Mô-men vận hành không nên được xem chỉ là vấn đề thuận tiện. Sự gia tăng đột ngột lực tác động lên tay gạt hoặc dòng điện bộ truyền động có thể báo hiệu tình trạng bám bẩn, đế van trương nở, thiếu bôi trơn trong hệ truyền động khi cần thiết, sai lệch căn chỉnh hoặc tải liên quan đến áp suất. Cưỡng bức van qua một chu kỳ vận hành khó có thể làm xoắn trục, hư hỏng liên kết giữa trục và bi van hoặc làm biến dạng đế van.

Các cụm van tự động cần được chú ý đặc biệt. Bộ truyền động quá nhỏ có thể dừng trước khi van đạt vị trí đóng kín hoàn toàn, để lại một đường rò nhỏ bên trong. Bộ truyền động quá cỡ có thể tạo mô-men gây hư hỏng nếu các điểm dừng hành trình không được cài đặt đúng cách. Bộ truyền động cũng phải cung cấp đủ mô-men tại áp suất chênh lệch và nhiệt độ thực tế, không chỉ trong điều kiện thử nghiệm không tải.

Trước khi thay đổi cài đặt bộ truyền động, hãy xác nhận van là loại toàn lưu hay lưu lượng giảm, hướng áp suất, môi chất và nhiệm vụ đóng kín. Van bi được sử dụng như thiết bị điều khiển có thể cần một loại van khác hoặc bố trí điều khiển được thiết kế chuyên dụng. Trong các hệ thống chủ yếu cần cách ly gọn nhẹ với tổn thất áp suất thấp nhưng không cần dòng chảy toàn lỗ, có thể đánh giá riêng Van bướm; không nên coi đây là giải pháp trực tiếp cho tình trạng nhiễm bẩn, ứng suất đường ống hoặc sai lệch bộ truyền động.

Tương thích môi chất là vấn đề bảo trì, không chỉ là vấn đề lựa chọn

Khi van bi bắt đầu rò rỉ sau khi tiếp xúc với hóa chất làm sạch, dung môi, chất ức chế hoặc chất lưu công nghệ mới, hãy xem xét lại mọi vật liệu làm kín tiếp xúc với môi chất. Thân van có thể vẫn nguyên vẹn trong khi đế van, vòng O-ring và bộ chèn làm kín mất độ bền, trương nở, co ngót hoặc trở nên giòn. Nhiệt độ có thể thay đổi kết quả tương thích, vì vậy vật liệu hoạt động tốt trong điều kiện nhiệt độ môi trường có thể không hoạt động tốt trong điều kiện gia nhiệt.

Chu kỳ áp suất cũng rất quan trọng. Thay đổi áp suất nhanh có thể đẩy vật liệu đế van vào các khe hở hoặc tạo ứng suất lặp lại tại mép đế. Trong điều kiện khí, áp suất khoang bị giữ lại trong van đóng có thể yêu cầu thiết kế xả áp khoang tùy thuộc vào cấu tạo van và điều kiện vận hành. Đây là vấn đề về thiết kế và an toàn cần được kiểm tra theo tài liệu van thay vì xử lý bằng cải tạo tại hiện trường.

Trình tự khắc phục thực tế

Bắt đầu với hồ sơ vận hành. Ghi nhận liệu rò rỉ có xuất hiện sau bảo trì, thay đổi quy trình, thay bộ truyền động, tiếp xúc nhiệt độ bất thường hoặc sự kiện làm sạch đường ống hay không. Sau đó xác minh vị trí đóng thực tế của van và xác nhận rằng tay gạt, bộ truyền động bánh răng hoặc điểm dừng hành trình của bộ truyền động không ngăn van đóng hoàn toàn.

Đối với rò rỉ bên trong, chỉ súc rửa đường ống khi quy trình và giới hạn của nhà sản xuất van cho phép. Việc súc rửa có kiểm soát có thể loại bỏ cặn bẩn rời, nhưng không thể sửa bi van bị xước hoặc đế van biến dạng. Nếu rò rỉ vẫn còn, hãy cô lập van và kiểm tra bi van, đế van, trục và phớt thân van. Thay các bộ phận hư hỏng bằng vật liệu phù hợp với tổ hợp áp suất-nhiệt độ-môi chất thực tế, không chỉ đơn giản là dùng vật liệu ban đầu nếu điều kiện làm việc đã thay đổi.

Đối với rò rỉ bên ngoài, hãy kiểm tra bu lông mặt bích, việc điều chỉnh bộ chèn làm kín, chi tiết liên kết thân van và giá đỡ đường ống trước khi tháo van. Ứng suất đường ống có thể làm biến dạng thân van hoặc mối nối và liên tục làm hỏng các gioăng mới. Việc khắc phục căn chỉnh và giá đỡ là cần thiết; nếu không, cùng tình trạng rò rỉ có thể tái diễn ngay sau khi lắp lại.

Sau khi sửa chữa hoặc thay thế, hãy vận hành van theo chu kỳ trong điều kiện kiểm soát và kiểm tra cả rò rỉ bên ngoài lẫn hiệu suất đóng kín tại áp suất liên quan. Kết quả hữu ích không chỉ là van khô khi không vận hành, mà là khả năng làm kín ổn định sau nhiều lần hoạt động. Khi xác định được nguyên nhân gốc rễ—hư hỏng đế van, môi chất nhiễm bẩn, hỏng bộ chèn làm kín, mô-men quá mức, vật liệu không tương thích hoặc ứng suất lắp đặt—biện pháp khắc phục sẽ trở nên cụ thể và có thể lặp lại thay vì chỉ là một điều chỉnh tạm thời khác.