ỨNG DỤNG MẠNG NƠ RON ĐỂ XÂY DỰNG GIẢI PHÁP CHẨN ĐOÁN LỖI RÒ RỈ CỦA VAN ĐIỀU KHIỂN TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT
Nhà máy lọc dầu Dung Quất nói riêng và nhà máy chế biến, sản xuất hóa – dầu nói chung ngày nay đều sử dụng các thiết bị đo lường điều khiển tự động một cách rộng rãi và phổ biến với số lượng tối thiểu nhân viên vận hành và bảo dưỡng, với việc ngày càng ít người tham gia vào các công việc bảo dưỡng, thay vào đó nhân lực sẽ được sử dụng vào các công việc có hàm lượng kỹ thuật và đem lại giá trị gia tăng cao như công tác nghiên cứu, chế tạo; ngược lại các nhà máy với tính cạnh tranh khắc nghiệt thì việc giảm thiểu chi phí, tăng độ tin cậy là bài toán và chiến lược luôn đặc lên hàng đầu với các doanh nghiệp trong nền kinh tế thị trường ngày nay. Trong khoảng hơn 20.000 đầu mục thiết bị đo lường và điều khiển trong nhà máy thì có khoảng hơn 1500 cơ cấu chấp hành là van điều khiển được sử dụng trong các điều khiển công nghệ, phụ trợ, xuất/ nhập dầu thô sản phẩm. nếu các đối tượng này họat động thiếu ổn định, hư hỏng xảy ra ngoài mong muốn thì ngoài việc ảnh hưởng đến sản xuất vì không thể đảm bảo hê thống được đặt ở chế độ vận hành tự động mà phải chuyển sang chế độ vận hành bằng tay cho các lỗi không ảnh hưởng đến thân van, nếu các lối ảnh hưởng đến thân van thì thậm chí không thể vận hành bằng tay mà phải cách ly cả dòng công nghệ để sửa chữa nếu van quan trọng không được thiết kế dòng by-pass, ngoài ra một số van quan trọng thì không chấp nhận cho họat động bằng tay có nghĩa là phải giám sát đảm bảo van luôn ở trong tình trạng tốt nhất. Đó là đối với các điều khiển về công nghệ còn đối với các dòng xuất sản phẩm thì có thể ảnh hưởng đến quá trình tiêu thụ sản phẩm không kịp thời sẽ dẫn đến tồn kho làm phát sinh chi phí và ảnh hưởng đến công suất của nhà máy; nếu đối với các van trong đường nhập dầu thô thì tương tự có thể làm gián đọan quá trình nhập dầu từ tàu dẫn đến chờ đợi quá qui định sẽ gây nên phát sinh chi phí đợi tàu, hoặc thậm chí nghiêm trọng hơn là không đủ dầu cho vận hành liên tục của nhà máy; đối với một số van trong các vòng điều khiển quan trọng và tối quan trọng thì khi van bị sự cố có thể dẫn đến mất dòng nguyên liệu đến các thiết bị chưng cất, phản ứng, tái sinh,… thì có thể dẫn đến dừng dây chuyền công nghệ thì thiệt hại là hàng chục tỉ đồng. Bên cạnh các thiết bị van chấp hành này thì hàng ngàn thiết bị đo lường khác cũng đóng vai trò quan trọng trong công tác giám sát và vận hành an toàn cho nhà máy, tuy nhiên trong phạm vi khuôn khổ nghiên cứu này tôi chỉ tập trung vào việc nghiên cứu và đưa ra giải pháp để hỗ trợ cho công tác quản lí, bảo dưỡng nhằm duy trì cơ cấu chấp hành phổ biến nhất trong nhà máy là van điều khiển được họat động một cách an toàn ổn định nhất với chi phí bảo dưỡng sữa chửa là thấp nhất.
Để có thể đáp ứng được yêu cầu duy trì tính ổn định thì trong các nhà máy, đặc biệt là các dây chuyền công nghịêp lọc hóa dầu, các nhà máy luôn đầu tư một nguồn kinh phí không nhỏ để triển khai nhiều biện pháp duy tu, bảo trì cho các cơ cấu chấp hành này mà phổ biến là phương pháp bảo dưỡng phòng ngừa theo thời gian và bảo dưỡng đại tu theo chu kì; cho dù đã có được các chu kì bảo dưỡng định kì nhưng vẫn không thể tránh khỏi các trường hợp thiết bị hư hỏng ngoài kế hoạch ảnh hưởng đến an toàn và ổn định sản xuất, cũng như chi phí bảo dưỡng tăng lên do các công việc sửa chữa ngoài kế hoạch, chưa kể đến các rủi ro ảnh hưởng đến nhà máy, quá trình công nghệ do cơ cấu chấp hành hư hỏng mà không được phát hiện kịp thời vì số lượng thiết bị rất lớn, nhân lực vận hành không thể đảm bảo giám sát 100% thời gian.
Bên cạnh đó tính cạnh tranh ngày càng khắc nghiệt của thị trường cung cấp các sản phẩm lọc hóa dầu thì việc tối ưu hóa các chi phí sản xuất để giảm giá thành sản phẩm được ưu tiên hàng đầu; một trong các phương án để có thể giúp làm giảm cấu thành giá sản phẩm đó là giảm đến mức tối thiểu chi phí bảo dưỡng sửa chữa nhưng vẫn đảm bảo duy trì được các thiết bị họat động trong điều kiện tốt nhất và an toàn. Do đó với mong muốn có được giải pháp đưa ra được phương án bảo dưỡng cho các thiết bị một cách tối ưu đó là giải pháp dự báo tình hình của thiết bị để đưa ra được các cảnh báo sớm trước khi thiết bị hư hỏng gây ảnh hưởng sản xuất; một trong các giải pháp là áp dụng mạng Nơron nhân tạo (Artificial Neural Network – ANN) để dự báo khả năng hư hỏng, rò rỉ của các van điều khiển và đưa ra cảnh báo cho nhà máy để có kế hoạch bảo trì, sửa chữa kịp thời tránh được hư hỏng bất ngờ dẫn đến dừng hay gây ra sự cố bất ngờ cho quá trình sản xuất.
3. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu
3.1. Mục tiêu của đề tài
a. Mục tiêu tổng quát
Giải pháp phục vụ công tác giám sát và kiểm soát cơ cấu chấp hành trong nhà máy góp phần nâng cao độ tin cậy và an toàn, ổn định cho nhà máy
b. Mục tiêu cụ thể
Xây dựng thuật toán chẩn đoán dấu hiệu rò rỉ cho hệ thống van chấp hành trong nhà máy Lọc dầu bằng mạng Nơ ron, sử dụng phần mềm để mô phỏng và phân tích kết quả, đưa ra giải pháp phát triển lâu dài và ứng dụng thực tế trong nhà máy
b. Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu các đối lượng là van điều khiển để triển khai áp dụng cho hơn 1500 van hiện đang dùng trong nhà máy được sản xuất từ các hãng như Masoneilan, Fisher, Tyco, Metso, ABB, Bettis, Schuff,…
Nghiên cứu cấu trúc mạng nơ ron, các đặc tính và ứng dụng của mạng nơ ron có lan truyền ngược để chuẩn đoán lỗi
Ứng dụng MATLAB để xây dựng thuật toán và mô phỏng kết quả
4. Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu
a. Phương pháp luận
Nghiên cứu lý thuyết xây dựng mô hình toán học hoặc ứng dụng các mô hình toán sẵn có tương đương đã được xây dựng trong MATLAB của đối tượng và hệ thống, tiến hành mô phỏng và áp dụng vào thực tế.
b. Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp giữa thông tin từ nhà sản xuất, thông tin thực tiễn của nhà máy để cung cấp cho quá trình nghiên cứu xây dựng ra mô hình để có thể áp dụng rộng rãi và thực tiễn. Xây dựng quan hệ giữa các kiểu van, bao gồm van tuyến tính, van mở nhanh và van có phần trăm lưu lượng thay đổi tương ứng với phần trăm thay đổi của độ mở van với lưu lượng của dòng công nghệ di qua van có xét đến ảnh hưởng của áp suất vận hành, tỉ trọng, nhiệt độ của môi chất,…
Trên cơ sở bảng thiết lập các quan hệ các thống số vào/ra sẽ sử dụng phần mềm mô phỏng MATLAB simulink để xây dựng mô hình và sử dụng thuật toán phản hồi ngược back-propagation để tiến hành dạy cho hệ thống theo quan hệ đã được thiết lập và đưa vào chẩn đoán lỗi; Mô hình sẽ được phát triển và trong tương lai sẽ kết nối với hệ thống dữ liệu thực của nhà máy để đưa ra các cảnh báo tức thời đối với tất cả các van.
Ngoài phần mở đầu, kết luận, luận văn gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về nhà máy lọc dầu, van điều khiển và các đề tài nghiên cứu ứng dụng mạng nơ ron trong nước và quốc tế
Chương 2: Cơ sở lý thuyết về mạng nơ ron
Chương 3: Quan hệ vào/ra của van, nguyên lý phát hiện sai số và thiết kế bộ chẩn đoán dùng ann cho đối tượng
Chương 4: Kết quả mô phỏng và phân tích
6. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU, VAN ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MẠNG
1.1. TỔNG QUAN NHÀ MÁY LỌC DẦU
Nhà máy lọc dầu Dung Quất là công trình trọng điểm quốc gia có tổng vốn đầu tư trên 3 tỷ USD, công suất chế biến 6,5 triệu tấn dầu thô/năm. Việc xây dựng thành công và đưa Nhà máy lọc dầu Dung Quất vào vận hành mang ý nghĩa cực kỳ quan trọng đối với việc đảm bảo an ninh năng lượng, góp phần đẩy mạnh tiến trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Công ty TNHH Một thành viên Lọc – Hóa Dầu Bình Sơn (BSR) có trọng trách tiếp nhận, quản lý, vận hành sản xuất kinh doanh Nhà máy lọc dầu Dung Quất, giữ vai trò tiên phong và đặt nền móng cho sự phát triển ngành công nghiệp lọc hóa dầu Việt Nam, đồng thời là nơi đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao trong lĩnh vực này. Tổng quan chiến lược phát triển bền vững của Công ty là: “Sản xuất an toàn – Kinh doanh hiệu quả – Công nghệ hiện đại – Nhân sự chuyên nghiệp – Sản phẩm chất lượng – Dịch vụ đa dạng – Môi trường thân thiện – Hợp tác uy tín – Cơ hội rộng mở – Ứng xử văn hóa”.
Hình 1.1. Tổng quan khu công nghệ nhà máy lọc dầu Dung Quất
Công ty trách nhiệm hữu hạn Một thành viên Lọc – Hoá dầu Bình Sơn:
+ Thành lập vào ngày 09/05/2008 (theo Quyết định số 1018/QĐ-DKVN)
+ Giấy phép số: 3404000189 do Sở kế hoạch và đầu tư tỉnh Quảng Ngãi cấp.
+ Tên đầy đủ: Công ty Trách nhiệm hữu hạn Một thành viên Lọc – Hoá dầu Bình Sơn
+ Tên giao dịch quốc tế: Binh Son Refining and Petrochemical Company Limited
+ Tên viết tắt tiếng Anh: BSR Co, Ltd.
+ Trụ sở chính: 208 – đại lộ Hùng Vương, thành phố Quảng Ngãi, tỉnh Quảng Ngãi
+ Văn phòng điều hành: Khu nhà hành chính NMLD Dung Quất, xã Bình Trị, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi
Nhà máy lọc dầu Dung Quất:
+ Địa điểm: Đặt tại Khu kinh tế Dung Quất, thuộc địa bàn các xã Bình Thuận và Bình Trị, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi
+ Diện tích sử dụng: Khoảng 956 ha (bao gồm cả 140 ha mở rộng trong tương lai) trong đó có 485 ha mặt đất và 471 ha mặt biển.
Hình 1.2. Sơ đồ mặt bằng tổng thể NMLD Dung Quất
+ Công suất chế biến: 6,5 triệu tấn dầu thô/năm ( tương đương 148.000 thùng/ngày), đang thực hiện nâng cấp mở rộng đến 8,5 triệu tấn dầu thô/năm.
+ Nguyên liệu:
– Hiện tại: Chế biến 100% dầu thô Bạch Hổ – Việt Nam (hoặc dầu thô tương đương).
– Giai đoạn sau khi nâng cấp: Chế biến dầu chua.
+ Cơ cấu sản phẩm:
| Tên sản phẩm | Nghìn tấn/năm |
| Propylene | 136 – 150 |
| Khí hóa lỏng (LPG) | 400 – 420 |
| Xăng RON 92 | 1.400 – 1.800 |
| Xăng RON A95 | 600 – 700 |
| Dầu hỏa/nhiên liệu bay Jet A1 | 80 – 400 |
| Dầu động cơ Diesel ôtô | 2.900 – 3.200 |
| Dầu nhiên liệu (FO) | 60 – 100 |
| Polypropylene | 135 – 150 |
Các chứng chỉ, chứng nhận:
– Tiêu chuẩn quản lý chất lượng: ISO 9001:2008
– Hệ thống quản lý môi trường: ISO 14001: 2004
– Hệ thống quản lý an toàn sức khỏe nghề nghiệp: OHSAS 18001: 2007
– Phòng thí nghiệm: ISO/IEC 17025: 2005
– 3 năm liền đạt Huy chương vàng Hội chợ thương mại Quốc tế Việt Nam Expo 2010, 2011, 2012
– Cúp vàng chất lượng sản phẩm xăng dầu “Hội chợ tôn vinh sản phẩm doanh nghiệp Việt 2013”
– 3 năm liên tiếp (2013, 2014 và 2015) được vinh danh “Doanh nghiệp thực hiện tốt trách nhiệm an sinh xã hội và phát triển cộng đồng”
– Doanh nghiệp xuất sắc châu Á – Thái Bình Dương 2014
– “Cúp vàng Top 10 Thương hiệu Việt ứng dụng khoa học và công nghệ” lần thứ 2 năm 2014
– Top 10 Sản phẩm Vàng Thương hiệu Việt hội nhập WTO 2015
– Huân chương lao động hạng Nhì.
Van là một thiết bị cơ khí được thiết kế chuyên để trực tiếp đóng, mở, pha trộn, hoặc điều chỉnh dòng, áp suất, nhiệt độ của lưu chất.
Van điều khiển là van điều chỉnh lưu lượng, được sử dụng trong hệ thống điều khiển, nhận tín hiệu điều khiển để thay đổi lưu lượng của lưu chất. Trong nội dung đồ án, từ nay về sau khi nhắc đến van cũng có nghĩa là van điều khiển.
Van được thiết kế phong phú về kiểu dáng, kích cỡ, lớp áp suất để đáp ứng hầu hết yêu cầu của ngành công nghiệp điều khiển quá trình ví dụ như, điều khiển dòng chảy, điều khiển mức, điều khiển nhiệt độ, điều khiển áp suất, điều khiển nồng độ… Van điều khiển trong công nghiệp nhỏ nhất nặng khoảng 0.45 kg kích cỡ nằm vừa bàn tay con người.
Trong khí đó van lớn nhất nặng khoảng 10 tấn, cao tầm 6.1m. Van điều khiển đóng một vai trò rất quan trọng trong hệ thống điều khiển quá trình. Nó là cơ cấu chấp hành phổ biến nhất, nhận tín hiệu điều khiển để điều khiển lưu lượng môi chất đi qua. Môi chất bao gồm:
– Chất lỏng: nước, dung dịch, …
– Chất khí: khí đốt, hơi nước, bụi bẩn…
– Chất rắn: dạng bột, than,…
Hình 1.3. Vị trí van điều khiển trong hệ thống điều khiển quá trình
Van điều khiển được ứng dụng trong các bài toán điều khiển mức, lưu lượng, nhiệt độ và áp suất. Dưới đây là hình vẽ minh họa cho các ứng dụng của van điều khiển
Điều khiển mức
Điều khiển áp suất, mức
Hình 1.4. Hệ thống điều khiển áp suất
Hình 1.5. Hệ thống điều khiển nhiệt độ
1.2.2. Cấu tạo và phân loại van
Van điều khiển cấu tạo bao gồm 2 phần chính: thân van nối với một cơ chế chấp hành có khả năng thay đổi độ mở van theo tín hiệu từ bộ điều khiển. Chính cơ cấu chấp hành này giúp ta phân biệt được van điều khiển và van thông thường.
Hình 1.6. Cấu tạo của van cầu khí nén với cơ chế truyền động
b. Thân van
Thân van là nơi cho phép dòng môi chất đi qua khi có thay đổi hoặc tín hiệu đến từ cơ chế chấp hành. Thân van dễ dàng bít với các kết nối đường ống liền kề. Thân van đặc biệt quan trọng, nó cho phép cơ chế chấp hành thúc đẩy quá trình truyền dẫn, chống hóa chất và các hiệu ứng vật lý. Thân van bao gồm: cổng lưu chất vào ra, chốt van và chân van. Chốt van được nối trực tiếp với trục van. Khi trục van dịch chuyển cũng kéo théo chốt van dịch chuyển làm thay đổi tiết diện dẫn đến thay đổi lưu lượng. Dựa vào kiểu dịch chuyển cũng như hình dáng của thân van và chốt van ta có thể chia van làm nhiều loại khác nhau sẽ được đề cập kĩ lưỡng ở phần phân loại.
Hình 1.7. Một số kiểu chốt van thông dụng
c. Cơ cấu chấp hành
Cơ cấu chấp hành là thiết bị được gắn trên thân van, có tác dụng chuyển tín hiệu điều khiển thành vị trí của trục van phù hợp. Đây điểm quan trọng giúp ta phân biệt van điều khiển với van thông thường.
Cơ cấu chấp hành van có rất nhiều loại như: khí nén, điện cơ, điện từ, thủy lực nhưng thông dụng nhất vẫn là cơ cấu chấp hành sử dụng khí nén vì độ tiện dụng và giá thành rẻ hơn cùng loại. Việc lựa chọn cơ cấu chấp hành cho van hết sức quan trọng, nó quyết định khả năng tích hợp của van vào trong hệ thống ví dụ như ta không thể mang chọn van khí nén khi hệ thống không có nguồn cấp không khí, hoặc là số lượng van sử dụng khí nén quá ít dẫn đến không hiệu quả khi sử dụng nguồn khí nén. Ngoài ra cơ cấu chấp hành cũng phân thành 2 kiểu tác động: tác động đơn và tác động kép. Đối với kiểu tác động đơn thì nguồn cấp chỉ tác động vào 1 mặt của màng chắn mặt còn lại chịu tác động của lo xo. Đối với kiểu tác động kép 2 mặt của màng chắn điều được tác động bởi nguồn cấp và sự dịch chuyển phụ thuộc vào sự chênh áp giữa 2 bên. Tín hiệu điều khiển đưa vào van trong công nghiệp thường sử dụng làm 2 dạng: tín hiệu điện, tín hiệu áp suất khí. Thông thường với tín hiệu khí nén khoảng 3 đến 15 psi (0.2 đến 1 bar, với tín hiệu điện 4 – 20 mA ) tương đương với độ mở van từ 0 – 100%. Hiện nay để tích hợp với hệ điêu khiển trong nhà máy.
Hình 1.8. Các bộ phận và phụ kiện van
d. Các phụ kiện van
– Khâu chuyển đổi (transducer)
– Bộ định vị (positioner)
– Rơ le tăng áp (booster relay)
– Cảm biến giới hạn (limit switches)
– Van cuộn hút (solenoid valve)
Đối với van sử dụng cơ cấu chấp hành có nguồn cấp là khí nén, khi tín hiệu vào dạng điện từ 4 – 20 mA cần bộ chuyển đổi tín hiệu điện thành khí nén để mở van. Ngoài bộ chuyển đổi, bộ định vị cũng thường được sử dụng rộng rãi ở những bài toán điều khiển yêu cầu chính xác cao. Cơ cấu truyền động và bộ định vị phải được xem xét cùng nhau, sự kết hợp của hai thành phần này ảnh hưởng độ chính xác khi van vận hành. Thông thường van điều khiển có độ chính xác không cao, sai số vị trí có thể trên 5%, nguyên nhân do:
– Dải chết (Deadband), độ trễ (Hysteresis)
– Ma sát tăng
– Áp suất lưu chất thay đổi
Bộ định vị sử dụng tín hiệu đo vị trí mở van thực và tác động tới cơ chế chấp hành để điều chỉnh độ mở van chính xác hơn theo tín hiệu điều khiển.
– Thực chất là một bộ điều khiển vòng trong, trong cấu trúc điều khiển tầng
– Thông thường chỉ sử dụng luật tỉ lệ với hệ số khuếch đại tương đối lớn (10-200)
– Có thể giảm sai số vị trí xuống tới 0.5%
• Sử dụng bộ định vị khi
– Cần độ chính xác cao hoặc tăng tốc độ tác động
– Động học của quá trình chậm hơn đáng kể so với của van (hằng số thời gian lớn hơn 3 lần so với của van), ví dụ quá trình phản ứng, quá trình nhiệt, quá trình trộn…
• Không nên sử dụng khi
– Quá trình tương đối nhanh (hằng số thời gian không lớn hơn 3 lần so với của van): bộ định vị có thể làm chậm và giảm chất lượng điều khiển vòng ngoài.
– Đã sử dụng một vòng điều khiển lưu lượng tích hợp vào hệ thống.
Như đã nói ở trên, thiết kế cơ cấu truyền động và bộ định vị phải được xem xét cùng nhau. Sự kết hợp của hai thành phần này ảnh hưởng lớn đến đặc tính động học của van. Do đó thông thường được các hãng bán rời và được hướng dẫn cẩn thận khi lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng. Một vấn đề lớn khi sử dụng bộ định vị là giá thành của bộ định vị rất cao, đôi khi còn hơn giá trị của van. Do đó trong bài toán kinh tế cần phải xem xét việc cần thiết trang bị bộ định vị hay sử dụng phương án khác nhằm đảm bảo độ chính xác khi van vận hành.
1.2.3. Phân loại van điều khiển
a. Phân loại theo tính chất chuyển động cơ học
Cơ cấu chấp hành van có nhiệm vụ tạo ra chuyển động cho chốt van thông qua cần van (đối với chuyển động trượt) hoặc trục van (chuyển động xoay).
– Van trượt (linear valve) Cần van (stem) chuyển động thẳng, trượt làm thay đổi độ mở van. Đây là thiết kế van phổ biến hiện nay với thiết kế đơn giản, dễ bảo trì, linh hoạt với nhiều kích cỡ, áp lực. Thường được sử dụng để điều khiển lưu lượng của lưu chất có khối lượng riêng ít thay đổi trong quá trình lưu thông. Do chịu được cáp suất cao lên cũng thường sử dụng trong bài toán điều khiển áp suất.
– Van xoay (rotary valve) Bên cạnh chuyển động thẳng thì trục van cũng có thể chuyển động xoay. Trục van (shaft) chuyển động xoay, làm thay đổi độ mở van. Loại van này có phạm vi xoay khoảng 450. So với van trượt, thì van xoay nhỏ hơn về kích cỡ. Về phạm vi ứng dụng, van xoay thường bị hạn chế bởi sự sụt áp lực, dễ xảy sự cố do khe hở. Tuy nhiên, việc thiết kế van xoay ngày càng hoàn thiện, những hạn chế cố hữu của nó ngày càng khác phúc. Điểm mạnh của van xoay là góc mở rộng, độ sụt áp trên van thấp, có thể cho nhiều loại lưu chất chảy qua.
Hình 1.9. Van trượt và van xoay
b. Phân loại theo thiết kế chốt van
– Van cầu (globe valve) Trong tất cả các loại van điều khiển, van cầu là loại thông dụng nhất do sự thiết kế đơn giản, ứng dụng đa dạng, dễ dàng bảo dưỡng, có khả năng hoạt động trong dải nhiệt độ và áp suất cao. Van cầu có đặc điểm, đâu chốt van có đầu hình cầu/hình nón, chuyển động lên xuống.
Ưu điểm chính khi sử dụng van cầu là có thể hoạt động ở trong những quá trình khác nghiệt. Van cầu được thiết kế để làm việc trong độ sụt áp cực cao, độ chênh áp có thể lên tới vài trăm kilogam trên cm2.
Nhược điểm của van cầu là kích thước và giá thành của nó đòi hỏi khá cao so với van xoay. Đối với ứng dụng cần lưu lượng dòng chảy rất lớn thì van cầu thường không đáp ứng được vì giới hạn kích thước của nó nên phải sử dụng van xoay.
– Van bướm (butterfly valve) Van bướm xuất hiện khá sớm khoảng những năm 1930, nhưng ban đầu nó thường được sử dụng cho các ứng dụng on – off cho đến 2 thập niên cuối của thể kỉ 20 nó bắt đầu được sử dụng với mục đích điều chỉnh lưu lượng. Van bướm bản chất là van xoay và được chia làm 2 loại: van bướm đồng tâm và van bướm lệch tâm. Van bướm đồng tâm có trục van nằm ở chính giữa thân van, độ chính xác thấp nên dải điều chỉnh kém, thường được sử dụng trong các ứng dụng đóng cắt. Ngược lại van bướm lệch tâm được thiết kế đặc biệt phục vụ cho các ứng dụng điều chỉnh lưu lượng có độ chính xác cao.
Ưu điểm của van bướm là kích cỡ và có thể cho lưu lượng lớn đi qua so với các loại van khác. Bên cạnh đó do chuyển động của trục van là xoay lên ít bị ảnh hưởng của lực ma sát. Đối với các ứng dụng yêu cầu độ sụt áp thấp thì van bướm thường được sử dụng phổ biến.
– Van bi (ball valve)
Tương tự van bướm ban bị được xếp vào loại van xoay. Van bị có dải điều chỉnh rộng, đặc tính điều chỉnh tốt hơn so với van bướm. So với van cầu, van bị có kích thước nhỏ hơn do không phải chuyển động trượt của trục van. Điểm bất lợi của van bi là tạo ra khe hở tương đối lớn. Van bi có chốt xoay hình cầu hoặc một phần hình cầu. Loại van này rất thích hợp điều chỉnh môi chất như bột gỗ, giấy, đá …
– Van chốt (plug valve)
Phần điều chỉnh dòng chảy (cửa van) của loại van này có dạng nút, hình trụ hoặc một phần hình trụ. Cửa van được chế tạo bằng kim loại và có khe hở xuyên suốt cửa van cho dòng chảy đi qua. Vị trí của van được điều chỉnh bằng việc vặn tay quay.
c. Phân loại dựa theo cơ cấu chấp hành
– Van khí nén
Cơ cấu chấp hành sử dụng khí nén là loại phổ biến nhất trong công nghiệp. Khoảng 90% loại van trong công nghiệp hiện nay sử dụng cơ cấu chấp hành khí nén. Tín hiệu đầu vào có thể là khí nén, dòng điện hoặc tín hiệu số ( bus trường). Nếu tín hiệu điều khiển là dòng điện, ta cần bộ chuyển đổi điện – khí nén (I/P) tích hợp bên trong hoặc tách riêng bên ngoài.
Cơ cấu chấp hành sử dụng khí nén nhìn chung là rẻ hơn so với điện và thủy lực, nhưng yêu cầu nguồn cung cấp lẫn nguồn truyền tải. Đối với nhà máy nào đã trang bị nguồn cấp khí nén thì việc sử dụng van khí nén là rất thích hợp. Ngoài ra cơ cấu khí nén còn rất dễ sàng bảo dưỡng, sửa chữa và thay thế. Cơ cấu chấp hành khí nén thường đi kèm với hệ thống màng chắn với lo xo.
Hình 1.14. Cơ cấu chấp hành khí nén
Nhược điểm lớn nhất của cơ cấu chấp hành sử dụng khí nén là do không bị nén dẫnđến đáp ứng sẽ chậm với những chuyển động yêu cầu lực tác động lớn.
– Van điện Động cơ điện được sử dụng trong cơ cấu chấp hành van điều khiển từ khá sớm khoảng năm 1920 và ngày càng được phát triển về độ tin cậy lẫn kích thước. Cơ cấu chấp hành bao gồm động cơ điện có thể đảo chiều, hộp điều khiển, hộp số, khóa dưới hạn. Tín hiệu điều khiển được yêu câu là tín hiệu điện 4 – 20 mA.
Hình 1.15. Cơ cấu chấp hành điện
Ứng dụng chính của van điện là trong ngành công nghiệp năng lượng. Những nơi yêu cầu làm việc với áp suất nước rất cao đòi hỏi quá trình hoạt động trơn chu, ổn định, chậm dãi trong di chuyển. Nhược điểm lớn nhất của van điện là giá thành đắt đỏ của chúng so với các loại van có cơ cấu chấp hành khác. Ngoài ra cấu tạo của nó rất phức tạp liên quan đến động cơ điện, bộ điều khiển, hộp số… dẫn đến kích thước lớn, rất dễ bị hỏng hóc và khó khăn trong bảo dưỡng.
– Van thủy lực
Hình 1.16. Cơ cấu chấp hành thủy lực
Cơ cấu chấp hành của van thủy lực thường sử dụng hệ thống piston. Áp suất thủy lực cấp cho piston có thể do bơm đi kèm hoặc là hệ thống bên ngoài cấp. Van thủy lực được sử dụng cho những ứng dụng công suất lớn, yêu cầu lực tác động cao. Van thủy lực có nhược điểm là nó rất đắt, rất lớn và phức tạp yêu cầu kĩ thuật vận hành đặc biệt.
– Van từ
Cơ cấu chấp hành là cuộn hút kết hợp lò xo, lực tác động yếu do chỉ sử dụng cuộn hút.
Ngoài ra đặc tính điều chỉnh rất kém chính xác, độ bền cơ cấu kém, dễ hỏng hóc lên van từ thường dùng cho bài toàn đơn giản như on – off. Van từ thường được sử dụng khi van có kích thước nhỏ và rất nhỏ. Khi đó, cơ cấu cuộn hút lò xo phát huy ưu điểm nhỏ gọn.
d. Phân loại theo đặc tính lưu lượng của van.
Sự dịch chuyển của trục van dẫn đến sự thay đổi của độ mở van. Đặc tính lưu lựng của van là mối quan hệ giữa góc mở van với lưu lượng chảy qua van. Tùy thuộc và đặc tính lưu lượng của van mà người ta chia làm 3 loại chính:
E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\TU DONG HOA\TRAN TAN CHUC
