Hướng Dẫn Chọn Van Điều Khiển Khí Nén An Toàn Cho Hệ Thống Van Công Nghiệp

Trong các hệ thống xử lý nước thải, hóa chất, hơi nóng, gas hoặc các quy trình tự động hóa, việc lựa chọn bộ truyền động khí nén (pneumatic actuator) phù hợp đóng vai trò quyết định đến độ an toàn, độ tin cậy và chi phí vận hành của toàn bộ nhà máy.

Một trong những thông số đầu tiên và quan trọng nhất cần xác định là: Bộ truyền động Tác Động Đơn (Single Acting – SA/Spring Return) hay Tác Động Kép (Double Acting – DA)?

Mặc dù hai loại actuator này có hình dạng khá giống nhau, nhưng nguyên lý hoạt động, hành vi khi mất khí (fail-safe) và mức độ an toàn lại hoàn toàn khác biệt.

Van Khí Nén Tác Động Kép (Double Acting – DA)

Đây là loại bộ truyền động khí nén cơ bản và phổ biến nhất.

• Bộ truyền động Tác Động Kép có 2 cổng (port) cấp khí nén là Port A và Port B.
• Khi bạn cấp khí nén vào Port A, khí sẽ đẩy 2 piston đi ra xa, làm trục van xoay 90 độ (Mở van).
• Khi bạn muốn đóng van, bạn ngắt khí ở Port A và cấp khí nén vào Port B. Khí sẽ đẩy 2 piston đi vào trong, làm trục van xoay 90 độ ngược lại (Đóng van).

Ưu điểm:

• Giá rẻ: Cấu tạo đơn giản, không có lò xo, nên chi phí sản xuất thấp hơn.
• Mạnh mẽ: Toàn bộ lực của khí nén được dùng để tạo ra mô-men xoắn. Cùng một kích thước, Tác Động Kép luôn tạo ra mô-men xoắn lớn hơn Tác Động Đơn. Khí nén đẩy 2 chiều nên lực đóng mở rất mạnh. Phù hợp cho các van size lớn hoặc áp suất dòng chảy cao.
• Gọn nhẹ: Không cần không gian cho lò xo nên kích thước nhỏ gọn hơn.

Nhược điểm:

• Không có cơ chế “Fail-Safe”: Đây là nhược điểm lớn nhất. Khi mất khí nén (ví dụ: mất điện làm máy nén khí dừng lại), van không thể tự động quay về vị trí an toàn.
• Về tiêu thụ khí: Van Tác động kép tốn khí nén hơn gấp đôi (vì tốn khí cho cả chiều đi và chiều về), trong khi Single Acting chỉ tốn khí cho 1 chiều.

Van Khí Nén Tác Động Đơn (Single Acting – SA/Spring Return)

Đây là bộ truyền động được thiết kế cho mục đích an toàn.

• Nguyên lý hoạt động: “Khí để Di Chuyển, Lò Xo để Trở Về” (Air to Move, Spring to Return).
• Cấu tạo: Bộ truyền động Tác Động Đơn chỉ có 1 cổng cấp khí. Bên trong thân của nó là một loạt các lò xo nén cực mạnh.
• Trạng thái khi mất khí: Khi khí nén bị mất, lực ép của khí nén = 0, các lò xo bên trong sẽ tự động bung ra, đẩy piston quay trở lại vị trí ban đầu. Đây được gọi là cơ chế “Fail-Safe” (An Toàn Khi Hỏng Hóc).

Có 2 loại Tác Động Đơn:

• Mặc định (không có khí): Lò xo giữ cho van ở trạng thái Đóng.
• Hoạt động: Cấp khí nén để thắng lực lò xo -> Van Mở.
• Khi mất khí: Lò xo bung ra -> Van tự động Đóng Lại.
• Ứng dụng: Van xả hóa chất (để khi mất điện nó tự đóng lại, không cho hóa chất tràn ra).

• Mặc định (không có khí): Lò xo giữ cho van ở trạng thái Mở.
• Hoạt động: Cấp khí nén để thắng lực lò xo -> Van Đóng.
• Khi mất khí: Lò xo bung ra -> Van tự động Mở Ra.
• Ứng dụng: Van nước làm mát cho lò hơi (khi sự cố, van phải mở để nước chảy vào làm mát, tránh nổ lò).

Ưu điểm:

• Tuyệt đối an toàn: Tự động đưa hệ thống về trạng thái an toàn (Đóng hoặc Mở) khi có sự cố mất khí/mất điện.

Nhược điểm:

• Giá cao: Phức tạp hơn do có hệ thống lò xo.
• Cồng kềnh: Cần thân van dài hơn để chứa lò xo.
• Yếu hơn: Một phần lực khí nén bị tiêu tốn để nén lò xo, nên mô-men xoắn thực tế tạo ra sẽ yếu hơn loại Tác Động Kép cùng kích cỡ.
• Tuổi thọ: Van Tác động đơn (Single Acting) có lò xo hoạt động liên tục nên lò xo có thể bị mỏi theo thời gian, cần bảo trì kỹ hơn.

Tại Sao yếu tố An toàn sự cố “Fail-Safe” cực kỳ quan trọng Trong hệ thống Xử Lý Nước Thải?

Môi trường xử lý nước thải là một môi trường khắc nghiệt, thường xuyên có hóa chất ăn mòn và nguy cơ mất điện. Hãy xét 2 kịch bản tại một trạm xử lý nước thải:

Kịch bản 1: Van châm hóa chất (Bơm định lượng PAC, Clo…)

• Mục tiêu: Van này mở ra để châm một lượng hóa chất chính xác vào bể phản ứng.
• Sự cố: Mất điện đột ngột. Máy nén khí dừng, hệ thống mất áp lực khí nén.
• Nếu dùng Tác Động Kép (DA): Van sẽ “đứng im” tại vị trí nó đang mở (ví dụ 60%). Hóa chất từ bồn chứa (thường đặt trên cao) sẽ tiếp tục tự chảy vào bể, gây quá liều, giết chết vi sinh và làm hỏng cả mẻ nước.
• Nếu dùng Tác Động Đơn (SA – Thường Đóng): Ngay khi mất khí, lò xo bung ra, van đóng sập lại ngay lập tức. Dòng hóa chất bị ngắt. Hệ thống được bảo vệ an toàn.

Kịch bản 2: Van xả đáy khẩn cấp (Hồ chứa sự cố)

• Mục tiêu: Van này bình thường luôn đóng, chỉ mở ra để xả nước khi hồ chứa bị đầy, tránh tràn.
• Sự cố: Mất điện, hệ thống điều khiển tê liệt.
• Nếu dùng Tác Động Đơn (SA – Thường Mở): Loại van này sẽ dùng khí để giữ đóng. Khi mất khí, lò xo sẽ tự động mở van ra, cho phép nước xả an toàn, tránh vỡ đê/tràn hồ.

Vì những lý do an toàn này, Tác Động Đơn (Single Acting) là lựa chọn gần như bắt buộc cho các vị trí quan trọng trong nhà máy xử lý nước thải, hóa chất và gas.

Bảng So Sánh Nhanh: Tác Động Đơn vs. Tác Động Kép

Nên chọn van điều khiển khí nén tác động đơn (Pneumatic Actuator Spring Return) hay tác động kép cho hệ thống của bạn?

• Hãy chọn Tác Động Kép (Double Acting) nếu: Hệ thống của bạn là các đường nước sạch, khí nén… và việc van “đứng im” khi mất khí không gây ra bất kỳ nguy hiểm hay lãng phí nào. Đây là lựa chọn tối ưu về chi phí.
• Hãy chọn Tác Động Đơn (Single Acting) nếu: Hệ thống của bạn liên quan đến hóa chất, hơi nóng, gas, hoặc bất kỳ ứng dụng nào mà việc van không tự đóng/mở khi có sự cố sẽ gây nguy hiểm cho con người, thiết bị hoặc môi trường (như xử lý nước thải).

Việc chọn đúng bộ truyền động khí nén là bước đầu tiên để đảm bảo an toàn vận hành.

• Đối với các đường ống hóa chất hoặc đường ống nhỏ, dòng Van Bi Điều Khiển Khí Nén (thường là Inox 304/316) với bộ truyền động Tác Động Đơn là giải pháp tuyệt vời.

Van Bi Điều Khiển Khí Nén: Cấu Tạo, Ưu Điểm và Ứng Dụng Toàn Diện

• Đối với các đường ống nước thải, bùn… có kích thước lớn, dòng Van Bướm Điều Khiển Khí Nén Tác Động Đơn sẽ đảm bảo an toàn mà vẫn tối ưu chi phí.

Van Bướm Điều Khiển Khí Nén: Cấu Tạo, Ưu Điểm và Ứng Dụng Toàn Diện

Hãy liên hệ với đội ngũ kỹ sư của chúng tôi để được tư vấn chính xác loại van và kiểu tác động phù hợp nhất với yêu cầu an toàn của nhà máy bạn.

Bài viết liên quan:

Bộ Định Vị Van Khí Nén (Pneumatic Positioner) Là Gì?

Cách Chọn Actuator (Xi Lanh) Khí Nén: Tính Toán Mô-men Xoắn Theo Áp Suất