An toàn khi vận hành: áp suất cho phép, van an toàn, quy trình xả áp

Khi vận hành nồi hơi, bình khí nén hay đường ống áp lực, áp suất luôn cần được kiểm soát trong giới hạn cho phép. Nếu áp suất tăng quá mức hoặc xả áp không đúng cách, thiết bị có thể bị hư hỏng và gây mất an toàn cho người vận hành. Vậy áp suất cho phép được xác định như thế nào? Van an toàn hoạt động ra sao và cần thực hiện quy trình xả áp theo các bước nào? Cùng Kỷ Nguyên Máy khám phá những nội dung này để hiểu rõ hơn về an toàn vận hành thiết bị áp lực và cách hạn chế rủi ro trong thực tế.

Ảnh An toàn khi vận hành: áp suất cho phép, van an toàn, quy trình xả áp

Vì sao vận hành thiết bị áp lực đòi hỏi sự nghiêm ngặt?

Bình khí nén, nồi hơi, bình tích áp hay đường ống dẫn hơi đều làm việc dưới áp suất cao. Nếu áp suất vượt giới hạn cho phép hoặc thao tác sai, sự cố có thể xảy ra bất ngờ. Vì vậy, an toàn vận hành thiết bị áp lực cần được kiểm soát từ những thao tác cơ bản nhất. Một số vấn đề cần đặc biệt lưu ý:

• Vượt áp suất cho phép: Làm tăng áp lực lên kết cấu và nguy cơ hư hỏng thiết bị.
• Van an toàn không hoạt động: Van bị kẹt, thiếu bảo trì hoặc vô hiệu hóa sẽ ảnh hưởng đến khả năng xả áp khi quá áp.
• Xả áp sai cách: Mở van không đúng trình tự hoặc quá nhanh có thể gây nguy hiểm.
• Không theo dõi thông số: Người vận hành cần đọc đúng áp suất và phát hiện bất thường để xử lý kịp thời.

Áp suất cho phép trong vận hành hệ thống áp lực là gì?

Áp suất cho phép là mức áp suất tối đa mà thiết bị được phép vận hành an toàn trong thực tế, do cơ quan kiểm định độc lập cấp phép dựa trên tình trạng hiện tại của bình.

Tiêu chuẩn xác định áp suất cho phép

Tại Việt Nam, việc xác định áp suất cho phép phải tuân thủ nghiêm ngặt theo QCVN 01:2008/BLĐTBXH (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về an toàn lao động nồi hơi và bình chịu áp lực) cùng tiêu chuẩn TCVN 8366:2010.

Tất cả các bình chịu áp lực đạt chuẩn bắt buộc phải có mác kim loại (Nameplate) đính trên thân bình và hồ sơ kiểm định còn hiệu lực. Trên tem kiểm định sẽ ghi rõ:

• Áp suất làm việc cho phép.
• Ngày kiểm định và hạn kiểm định tiếp theo.
• Tem niêm phong của đơn vị chức năng.

Ảnh áp suất cho phép và tiêu chuẩn xác định áp suất

Rủi ro nguy hiểm khi vận hành vượt quá áp suất cho phép

Khi áp suất bên trong vượt quá ngưỡng MAWP mà các cơ cấu bảo vệ không hoạt động, ứng suất nén trên thành bình sẽ vượt quá giới hạn bền của vật liệu. Kim loại sẽ bắt đầu biến dạng phồng rộp, nứt các mối hàn. 

Nghiêm trọng hơn, sự gia tăng áp suất đột ngột sẽ dẫn đến nổ áp lực cơ học. Khác với nổ hóa học, nổ cơ học là sự giải phóng năng lượng cực lớn từ khí nén hoặc hơi nước bị nén chặt, tạo ra sóng xung kích xé rách vỏ bình và hất văng các mảnh kim loại ra xung quanh với tốc độ cực cao, gây nguy hiểm trực tiếp đến tính mạng con người và nhà xưởng.

Van toàn là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Khi áp suất trong hệ thống vô tình tăng cao do lỗi điều khiển hoặc máy nén không ngắt, ta không thể trông chờ hoàn toàn vào việc con người phát hiện kịp thời. Lúc này, van an toàn chính là thiết bị bảo vệ cuối cùng.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động thực tế

Van an toàn (loại lò xo phổ biến nhất) có cấu tạo gồm 7 bộ phận chính: thân van, bộ phận kết nối, đĩa van, lò xo, trục van, vít điều chỉnh, tay giật

Nguyên lý làm việc diễn ra theo cơ chế cân bằng lực:

• Trạng thái bình thường: Lò xo bị co nén bởi vít điều chỉnh, tạo ra một lực ép xuống giữ chặt đĩa van đè lên đế van. Lực này lớn hơn lực đẩy của áp suất khí/hơi bên dưới bình đẩy lên, giữ cho van đóng kín.
• Trạng thái quá áp: Khi áp suất trong bình tăng đột ngột vượt qua ngưỡng cài đặt của lò xo, lực đẩy từ bên dưới sẽ thắng lực ép của lò xo. Đĩa van bị đẩy nâng lên, tạo ra khoảng hở để khí hoặc hơi nóng thoát ra ngoài không khí.
• Trạng thái phục hồi: Khi lưu lượng xả bớt làm áp suất trong bình hạ xuống dưới mức an toàn, lực lò xo lại đẩy đĩa van đóng chặt trở lại vị trí ban đầu.

Ảnh cấu tạo của van an toàn

Phân biệt các loại van an toàn trong công nghiệp

Tùy theo môi chất làm việc trong nhà máy, loại van an toàn được lựa chọn sẽ khác nhau:

• Van an toàn tác động trực tiếp (Direct-acting): Dùng lực lò xo đè trực tiếp lên đĩa van. Loại này phổ biến cho các hệ thống khí nén nhỏ và vừa, lò hơi công suất thấp vì cấu tạo đơn giản, phản ứng nhanh.
• Van an toàn tác động gián tiếp (Pilot-operated): Sử dụng một van phụ (pilot) để điều khiển van chính. Loại này thích hợp cho các hệ thống đường ống lớn, áp suất rất cao như đường ống dẫn khí gas, hóa chất, nơi lực lò xo thông thường không đủ để giữ đĩa van.
• Van dùng cho chất lỏng vs. Khí/Hơi: Van dùng cho khí/hơi có cơ chế mở "phụt" (Pop action) – tức là xả tức thì toàn bộ lưu lượng khi cán mốc áp suất. Ngược lại, van dùng cho chất lỏng (Relief Valve) sẽ mở từ từ tương ứng với mức độ quá áp.
  

Quy trình áp xả van an toàn chuẩn kỹ thuật

Dưới đây là quy trình thao tác chuẩn (SOP) áp dụng cho các hệ thống bình khí nén và bình chịu áp lực thông thường:

Bước 1: Trang bị đầy đủ bảo hộ lao động (PPE)

Người thao tác bắt buộc phải đeo kính bảo hộ (tránh bụi bẩn, cặn kim loại bắn vào mắt khi dòng khí tốc độ cao xả ra), găng tay bảo hộ (găng tay chịu nhiệt nếu xả hơi nóng), và nút tai chống ồn vì tiếng động khi xả áp lớn có thể gây tổn thương thính giác.

Bước 2: Kiểm tra khu vực xả áp

Quan sát vị trí đầu ra của ống xả. Đảm bảo ống xả hướng về nơi an toàn, không chĩa vào luồng đi lại của con người, không nằm gần tủ điện hay các vật liệu dễ cháy nổ.

Bước 3: Ngắt nguồn cấp năng lượng

Tắt máy nén khí, ngắt nguồn nhiệt cung cấp cho lò hơi, hoặc khóa chặt van cấp đầu vào (Inlet Valve) để ngăn không cho dòng lưu chất tiếp tục nạp thêm vào bình.

Bước 4: Tiến hành xả áp từ từ

Từ từ xoay mở van xả phụ hoặc van xả đáy. Quy tắc vàng: Không bao giờ được mở đột ngột 100% tay van.

Việc mở van quá nhanh gây ra sự sụt giảm áp suất đùng một cái (Pressure drop), sinh ra hiện tượng giãn nở nhiệt đột ngột làm lạnh băng đường ống (với khí nén) hoặc hiện tượng xáo động mạnh (với hơi nước), tạo ra lực giật kéo có thể làm xé rách đường ống yếu.

Khi sử dụng tay giật của van an toàn để xả áp thử, hãy kéo nhẹ nhàng tay giật, giữ nguyên trong vài giây rồi thả ra từ từ.

Bước 5: Xác nhận áp suất về 0

Theo dõi kim đồng hồ áp kế hạ dần về vạch 0 bar. Tuy nhiên, không được tin tưởng hoàn toàn vào đồng hồ vì áp kế có thể bị kẹt kim. Hãy chờ cho đến khi không còn tiếng khí xì ra ở đầu ống xả, sau đó kiểm tra kỹ lại một lần nữa trước khi tiến hành tháo lắp cơ khí.

Ảnh Quy trình áp xả van an toàn chuẩn kỹ thuật

Những lưu ý qua trọng khi vận hành và xả áp

Trong môi trường sản xuất công nghiệp, không ít sự cố nổ bình khí nén hay lò hơi xuất phát từ thói quen thao tác sai hoặc sự chủ quan của người vận hành. Để ngăn ngừa nguy cơ thảm họa lao động, người kỹ thuật bắt buộc phải tuân thủ nghiêm ngặt các điều cấm sau đây:

• Nghiêm cấm chèn hãm van an toàn: Tuyệt đối không dùng dây thép buộc chặt tay giật, hoặc đè vật nặng lên đĩa van an toàn với mục đích "ép" bình chạy quá áp để tăng năng suất.
• Nghiêm cấm đục đẽo, hàn cắt khi bình đang có áp suất: Mọi thao tác cơ khí gõ vào thành bình hoặc hàn sửa chữa rò rỉ khi bên trong chưa xả hết áp suất đều có thể gây nổ tức thì do biến dạng nhiệt và ứng suất cục bộ.
• Nghiêm cấm tự ý nâng áp suất cài đặt: Việc tự chỉnh vít lò xo van an toàn lên cao hơn mức ghi trong biên bản kiểm định là hành vi vi phạm pháp luật an toàn lao động.

An toàn trong vận hành hệ thống áp lực không nằm ở những lý thuyết phức tạp, mà bắt đầu từ sự hiểu biết chuẩn xác về áp suất cho phép, độ tin cậy của thiết bị và tính kỷ luật trong từng quy trình xả áp. Tuân thủ đúng nguyên tắc kỹ thuật, không tự ý tháo bỏ kẹp chì bảo vệ và chủ động nâng cấp thiết bị cùng Kỷ Nguyên Máy chính là cách tốt nhất giúp doanh nghiệp chủ động kiểm soát rủi ro, bảo vệ tài sản nhà xưởng và trên hết là bảo vệ an toàn cho người lao động.