Ngăn ngừa hiện tượng búa nước trong đường ống bằng cách sử dụng các thiết kế van xả khí khác nhau.

Xin chào và chào mừng bạn đến với Controlling Water, không gian để chúng ta cùng trò chuyện về đồng hồ nước và những góc nhìn thú vị về ngành nước. Mỗi tập, chúng tôi sẽ có cuộc trò chuyện với các chuyên gia trong ngành, những người am hiểu về van, đồng hồ đo và các kiến thức thực tiễn tốt nhất trong lĩnh vực nước. Hôm nay, chúng tôi có mặt cùng Colin Kirkland, đến từ Bermad Water Technologies, một trong những kỹ sư của BERMAD AU.

Anh ấy có hơn 30 năm kinh nghiệm trong ngành, làm việc với các hệ thống đường ống có thể gặp phải hiện tượng búa nước. Colin, tôi rất háo hức được trò chuyện với anh về búa nước hôm nay. Đây là một thuật ngữ mà chúng ta thường nghe đến. Đó là một vấn đề rất phổ biến và có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng trên toàn bộ hệ thống đường ống trong nhiều tình huống khác nhau, vì vậy thật tuyệt khi chúng ta có cơ hội bàn luận sâu về chủ đề này hôm nay.

Trước khi đi vào một số tình huống cụ thể, và tôi cũng có một câu chuyện về búa nước muốn kể cho anh nghe, thực chất búa nước là gì? Anh sẽ mô tả nó như thế nào?

Hiện tượng búa nước là một hiện tượng xảy ra trong bất kỳ đường ống cấp nước nào, khi bạn thấy áp suất nước tăng đột ngột, vượt xa mức bình thường, thường do sự thay đổi lưu lượng đột ngột gây ra. Nếu có sự thay đổi lưu lượng nhanh, chẳng hạn như ai đó đóng van rất nhanh, chúng ta thường thấy áp suất tăng vọt, sau đó phản hồi trở lại hệ thống.

Hiện tượng búa nước này có thể di chuyển với tốc độ đáng kinh ngạc. Nếu một đường ống được bơm đầy nước và chúng ta đang nói về, ví dụ, một đường ống thép, hiện tượng này có thể lan truyền với tốc độ lên đến một kilomet mỗi giây, tức là một nghìn mét mỗi giây.

Wow.

Nhưng nếu đó là một loại ống linh hoạt hơn, áp suất thấp hơn, như ống polly, thì sóng áp suất có thể di chuyển với tốc độ từ ba đến 400 mét mỗi giây, nhưng đó vẫn là một sóng áp suất di chuyển rất nhanh trong mạng lưới, gây ra bởi ai đó đóng van. Vậy, hiện tượng búa nước là gì? Đó là sự thay đổi nhanh hoặc tăng áp suất đột ngột vượt quá điều kiện vận hành bình thường, được tạo ra bởi sự thay đổi nhanh của lưu lượng.

Thật thú vị. Thật thú vị. Và nó cũng tạo ra, với sự thay đổi áp suất đó, một âm thanh tuyệt vời nữa.

Có thể, đúng vậy. Nó cũng hơi đáng sợ nữa.

Đúng vậy, nó có thể xảy ra, thật sự có thể! Tôi nhớ hồi trước tôi từng sống trong một tòa nhà chung cư và chúng tôi đã gặp hiện tượng búa nước. Đó là một tòa nhà rất cũ, rất đẹp, nhưng hệ thống ống nước cũng đã cũ. Hiện tượng búa nước xuất hiện và nó gây xáo trộn rất nhiều, có thể xảy ra bất cứ lúc nào trong ngày hay đêm, hoàn toàn không thể đoán trước được, bạn nghĩ mọi thứ đã yên tĩnh rồi thì lại bắt đầu nghe tiếng gõ và nghĩ, không, lại nữa rồi.

Vâng. Đó là tình huống thường xuyên xảy ra. Tôi vẫn còn nhớ con trai tôi từng làm ca đêm, về nhà tắm vào ban đêm, tắt vòi sen xong thì đêm nào cũng nghe tiếng “bùm, bùm, bùm”, bạn biết đấy? Vậy nên đúng là chuyện này xảy ra cả ở gia đình và như trong trường hợp của bạn, có lẽ Sarah là người mở và đóng van rất nhanh. Nếu bạn nghĩ lại nhiều năm trước, chúng ta không có loại vòi gạt. Khi rửa tay ở bồn, chúng ta dùng loại vòi phải vặn, mất thời gian hơn để đóng lại. Ngày xưa hiện tượng búa nước không nghiêm trọng như bây giờ, nhưng ngày nay chúng ta sử dụng nhiều thiết bị tạo ra sự thay đổi dòng chảy đột ngột. Đó chính xác là nguyên nhân. Vậy nên trong trường hợp của bạn, có thể ai đó đã mở hoặc đóng van quá nhanh. Cũng có thể trong hệ thống nước nóng có không khí bị nén lại. Có thể có nhiều nguyên nhân khác nhau, nhưng đây là hiện tượng phổ biến, ở đâu cũng có. Nó sẽ không bao giờ biến mất, nhưng chúng ta có thể xử lý và khắc phục được.

Tôi rất vui khi nghe điều đó. Vậy van xả khí trong đường ống giúp giảm tác động của hiện tượng búa nước như thế nào?

Vâng. Câu hỏi hay đấy. Ngay cả khi tôi quay lại câu hỏi bạn đặt ra về tòa nhà chung cư của bạn, hầu như mọi kỹ sư thủy lực đều luôn cố gắng thiết kế một hệ thống mà nếu có nguồn cấp nước thì chỉ có nước thôi, chúng ta không muốn có không khí trong đó vì nếu có không khí trong đường ống nước thì nó sẽ bị nén được. Khi bị nén và chúng ta mở van cho nước chảy, rồi đóng lại ngay lập tức, nó có thể tạo ra hiệu ứng dội lại khiến đường ống rung lắc và mọi thứ xảy ra.

Điều tương tự cũng xảy ra ở các công trình thương mại lớn, trong mỏ hoặc hệ thống tưới tiêu, tất cả đều hoạt động giống nhau. Vậy van xả khí mới sẽ đóng vai trò gì? Van xả khí được thiết kế để tự động xả bất kỳ lượng không khí nào bị mắc kẹt nếu có trong sản phẩm hoặc trong đường ống, để trong đó chỉ còn nước, điều này có thể tạo ra ảnh hưởng lớn.

Đó chỉ là một khía cạnh. Khía cạnh khác là bạn có thể sử dụng van xả khí để ngăn ngừa hiện tượng búa nước. Ví dụ, nếu tôi bơm nước vào đường ống quá nhanh, tôi có thể tạo ra hiện tượng búa nước. Nếu tôi lắp van chống va đập, tôi có thể kiểm soát tốc độ bơm nước vào, để nước vào với tốc độ kiểm soát và tránh được hiện tượng búa nước.

Vì vậy, van xả khí có thể được sử dụng trong rất nhiều ứng dụng khác nhau trong bất kỳ mạng lưới cấp nước nào để đảm bảo chúng ta giảm thiểu hiện tượng búa nước.

Tôi sẽ hỏi bạn về chống va đập trong chốc lát, nhưng trước đó, bạn có nhắc đến loại chân không này khi có không khí trong đường ống. Việc phá vỡ chân không có gây ra vấn đề gì không?

Vâng. Như tôi đã nói trước đó, lý tưởng nhất là chúng ta không muốn có không khí trong đường ống. Nhưng trong một số điều kiện, nếu tôi lấy ví dụ ứng dụng cơ bản nhất, hãy tưởng tượng chúng ta có một máy bơm đặt ở điểm thấp, bơm nước lên đồi và khi xuống phía bên kia của đồi, nước chảy vào một bể chứa. Nếu chúng ta tắt máy bơm, nước đang di chuyển lên đỉnh đồi sẽ dừng lại, nhưng nước ở đỉnh đồi sẽ chảy xuống bể chứa. Lúc đó, hiện tượng tách cột nước xảy ra. Đây là hiện tượng áp suất trong ống giảm xuống dưới áp suất khí quyển và không khí bị hút vào trong ống.

Khi không khí bị hút vào và cột nước sau đó hợp lại, nếu không khí thoát ra quá nhanh, nó sẽ tạo ra hiện tượng búa nước. Đó chính là vấn đề tách cột nước. Vì vậy, chúng ta có thể lắp một van xả khí cho phép không khí vào rất nhanh, nhưng xả ra rất chậm với tốc độ kiểm soát để tránh hiện tượng búa nước. Và như bạn đã đề cập trước đó, đó chính là chức năng của van chống va đập.

Ừm. Thú vị đấy. Rất thú vị. Vậy nghe có vẻ như, van xả khí thực sự có thể gây ra hiện tượng búa nước theo một số cách.

Tôi thật sự rất buồn khi phải nói rằng… nên đúng là họ có thể, đúng vậy.

Hiện nay có rất nhiều phần mềm mô phỏng mà các kỹ sư sử dụng để thiết kế đường ống và xem xét các khía cạnh về hiện tượng búa nước, và họ thực sự có thể mô phỏng các tình huống xảy ra hiện tượng tách cột nước. Việc sử dụng một loại van được thiết kế chuyên biệt cho hiện tượng tách cột nước, như Fox RFP mà chúng tôi gọi là van ngăn ngừa làm đầy nhanh hoặc van xả khí chống va đập, như tôi đã nói, cho phép không khí vào rất nhanh nhưng ở tốc độ được kiểm soát, rồi cho phép xả ra. Và chúng tôi biết điều đó rất hiệu quả. Ngày nay, có rất nhiều thông tin về cách chúng ta có thể tận dụng những thiết bị này, và nếu bạn có các tiêu chí phù hợp, bạn nhập vào phần mềm mô phỏng và có thể thấy kết quả rất, rất tốt.

Vì vậy, nó an toàn và đã được chứng minh ngày nay. 15-20 năm trước, điều này gần như chưa từng được biết đến. Nhưng ngày nay, khi mọi thứ phát triển, công nghệ cũng phát triển, đây là một cách rất tốt để tận dụng sản phẩm nhằm giảm thiểu hiện tượng búa nước, và van xả khí trong toàn bộ hệ thống chỉ là một thành phần rất nhỏ. Thông thường, nó chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ trong tổng chi phí của cả mạng lưới, nhưng lại có thể mang lại hiệu quả to lớn. Một số người nghĩ rằng, ừ, nó không đủ đắt, nhưng nếu bạn đưa nó vào phần mềm và xem kết quả, thì đã được chứng minh.

Thú vị thật. Thú vị thật. Và phần mềm này thực sự có vẻ như bạn có thể giảm bớt một số rủi ro và giảm bớt một số sự cố có thể xảy ra với hiện tượng búa nước, đồng thời thực sự hiểu rõ tình huống của mình sẽ như thế nào khi được mô phỏng.

Bạn đang xem trực tiếp đấy, Sarah.

Những gì bạn đang thấy là, chúng ta sẽ tắt bơm sau năm giây, rồi tắt sau mười giây, sau đó tắt sau hai mươi giây và quan sát xem sóng áp suất thực sự hoạt động như thế nào. Hãy xem các thành phần vận hành ra sao trong tình huống đó. Và đúng vậy, điều này giúp loại bỏ hoặc giảm thiểu rủi ro, đó là điều then chốt, vì nó mô phỏng, hy vọng, những gì sẽ xảy ra, miễn là bạn nhập đúng thông tin. Và đó cũng là điều mà chúng tôi tại Bermad rất am hiểu: cách hỗ trợ người dùng các sản phẩm đó để đảm bảo chúng được mô hình hóa chính xác, nhằm đạt được kết quả đúng.

Thật quý giá.

Vâng.

Chúng ta hãy nghỉ giải lao một chút trước khi quay lại trò chuyện về cách giảm thiểu hiện tượng va đập nước trong các hệ thống lắp đặt phức tạp với địa hình thay đổi.

Bạn đang lắng nghe chương trình “Kiểm soát nước”, podcast của Bermad. Nguồn thông tin chính của bạn về mọi thứ liên quan đến công nghệ nước, van và đồng hồ đo. Để biết thêm thông tin về bất kỳ sản phẩm hoặc chủ đề nào được đề cập trong tập này, cùng với nhiều tài nguyên và bài viết hỗ trợ dành cho các chuyên gia ngành nước, hãy truy cập https://www.bermad.com.au.

Bây giờ, chúng ta quay lại với chương trình.

Tôi nhận thấy rằng chúng ta đã nói về một số phần mềm mô phỏng trong một tập khác về hiện tượng va đập nước. Chúng tôi sẽ bổ sung các thông tin đó vào ghi chú của tập này, thật thú vị.

Tuyệt vời!

Tuyệt vời.

Vậy, tôi muốn đưa ra cho bạn một tình huống, Colin, giả sử thiết kế đường ống của bạn rất phức tạp, hoặc nằm trên địa hình dốc. Những giải pháp nào bạn có thể nghĩ ra để giảm thiểu hiện tượng búa nước trong trường hợp này?

Chính xác. Vì vậy, có rất nhiều giải pháp khác nhau, có thể có, Sarah. Trong địa hình dốc, thường sẽ có áp suất tĩnh cao. Nghĩa là khi các máy bơm không hoạt động, trong đường ống vẫn có áp suất rất cao, nhưng khi máy bơm bắt đầu chạy thì áp suất đó sẽ tăng lên để nước có thể chảy. Một số giải pháp tiềm năng, tùy thuộc vào kết quả thực tế, có thể là bình giảm áp hoặc bồn giảm áp một chiều. Đây là những bình chứa rất lớn với kích thước nhất định, bên trong có màng ngăn hoặc áp suất khí, giúp hấp thụ sóng hồi lưu và đảm bảo không có không khí lọt vào mạng lưới. Chúng lấp đầy khoảng trống nếu xảy ra hiện tượng tách cột nước, là công nghệ đã được kiểm chứng, rất hiệu quả, nhưng cũng đắt đỏ và kích thước lớn, thực sự là giải pháp tốt nhưng trong một số trường hợp thực tế thì không khả thi.

Ví dụ, nếu chúng ta ở một thành phố lớn và có một trạm chuyển tải lớn, phải đặt hai bồn 20.000 lít cạnh đường thì điều đó không thực tế. Vậy còn những giải pháp nào khác? Có thể là van xả áp suất. Nói cách khác, là các van xả áp suất hoạt động cực kỳ nhanh, có thể loại bỏ ngay lập tức sóng áp suất tăng đột ngột. Hoặc có thể là van xả khí, cho phép không khí vào và kiểm soát việc xả khí ra ngoài. Hoặc thậm chí có thể có một thiết bị gắn vào máy bơm để kiểm soát việc máy bơm ngừng hoạt động quá nhanh; gọi là điều khiển bơm. Về cơ bản, khi máy bơm bắt đầu chạy, chúng ta sẽ cho van mở ra từ từ, dần dần để nước từ từ đi vào mạng lưới. Và khi tắt máy bơm, trước khi tắt, chúng ta sẽ đóng van này lại thật chậm và từ từ, rồi mới tắt máy bơm khi lưu lượng gần như bằng không. Như vậy, có rất nhiều giải pháp cho các ứng dụng khác nhau, cho các chất lượng nước khác nhau, các phân khúc thị trường khác nhau, nhằm tạo ra giải pháp phù hợp về giá cả, hiệu quả và thực tiễn cho vấn đề có thể xảy ra.

Thật thú vị, vậy hãy thử đảo ngược tình huống một chút.

Chắc chắn.

Giả sử bạn có một địa hình bằng phẳng. Những giải pháp nào sẽ phù hợp?

Vâng. Vậy nên có hai tình huống rất khác nhau. Hãy lấy một ví dụ thực tế về một trang trại ở vùng nông thôn rất bằng phẳng, nơi có một mạng lưới ống rất dài dẫn nước ra các vòi phun, chẳng hạn. Khi bạn không có nhiều áp suất tĩnh, tức là áp suất khi máy bơm đã tắt, thì khả năng xảy ra hiện tượng tách cột nước là rất cao. Đó là khi áp suất trong ống giảm xuống dưới 0, không khí bị hút vào với số lượng lớn. Và tất nhiên, khi không khí đã vào trong đường ống, nó có thể bị nén lại và gây ra hiện tượng búa nước. Vì vậy, chúng ta cần những sản phẩm có thể thực sự giảm thiểu điều đó và xả không khí ra ngoài với tốc độ kiểm soát được.

Vì vậy, mặc dù những thiết bị như bình giảm chấn sẽ là lý tưởng trong tình huống này, nhưng chúng có thể quá lớn và quá đắt đối với một người trồng trọt sử dụng hệ thống tưới tiêu để mua. Điều đó không thực tế.

Đúng.

Nhưng nếu đó là một cơ quan quản lý nước, họ có thể quyết định, không, chúng tôi có đất, chúng tôi có không gian. Chúng tôi có thể quyết định làm như vậy. Vì vậy, điều quan trọng là xem giải pháp nào phù hợp với từng công trình lắp đặt. Không phải là ủng hộ bên nào, mà là chọn giải pháp phù hợp cho công việc phù hợp.

Chắc chắn rồi. Chắc chắn rồi. Và có các lựa chọn giá rẻ không?

Vâng.

Điều đó có tồn tại không?

Chắc chắn rồi. Van xả khí thực sự là một ví dụ kinh điển về điều đó, bởi vì một van xả khí trong một hệ thống ống dài năm kilomet có thể chỉ là một khoản đầu tư 5.000 đô la trong tổng số 10 triệu đô la cho hạ tầng. Nhưng hiệu quả của sản phẩm đó trong việc vận hành và kiểm soát xả khí có thể rất ấn tượng và đã được chứng minh. Nó có thể được mô phỏng, có thể quan sát được. Ngày nay, công nghệ phát triển đã thực sự chứng minh các sản phẩm này hoạt động tốt và hiệu quả. Vì vậy, chúng tôi rất tự hào khi được liên kết với loại sản phẩm này, nhưng không chỉ đơn giản là có sản phẩm, mà còn phải biết lắp đặt đúng ứng dụng, đúng vị trí và có thể mô phỏng chính xác để đảm bảo vận hành đúng như thiết kế, phù hợp với mục đích sử dụng.

Chắc chắn rồi. Có vẻ như việc cân nhắc và hiểu rõ tất cả các yếu tố liên quan là vô cùng quan trọng để tìm ra giải pháp phù hợp. Vì vậy, tôi muốn nói về các van chống va đập.

Những thiết kế van khí nào trong van chống va đập giúp ngăn ngừa hiện tượng búa nước?

Chắc chắn rồi. Ở Úc, Sarah, có một phần riêng biệt mô tả các chức năng khác nhau là gì. Và có khoảng bốn hoặc năm kiểu thiết kế chính mà nhiều nhà sản xuất áp dụng, nhưng thông thường chúng đều tập trung vào hai chức năng chính. Một trong số đó, thường được gọi trong ngành là RFP, tức là ngăn ngừa làm đầy nhanh. Điều này có nghĩa là: tôi sẽ cho phép không khí xả ra với tốc độ kiểm soát ở mức an toàn, nhưng nếu nó vượt quá mức kiểm soát, tức là vận tốc không khí thoát ra khỏi van quá lớn và có nguy cơ gây ra hiện tượng búa nước, thì tôi sẽ làm chậm lại.

Đúng.

Vậy nên nó được cho là phù hợp với mục đích sử dụng. Tốt. Tôi để van nạp đầy và điều đó thực sự tuyệt vời. Và cho phép một lượng lớn không khí quay trở lại đường ống, nhưng vẫn an toàn. Tình huống khác mà chúng ta gặp phải là chúng ta có cái gọi là van xả khí chống va đập, được thiết kế để xử lý vấn đề búa nước. Đây là khi xảy ra hiện tượng tách cột nước. Khi đó, một lượng lớn không khí sẽ đi vào đường ống rất nhanh để ngăn hiện tượng chân không. Sau đó, chúng ta có một lỗ thoát khí rất nhỏ để xả không khí ra ngoài với tốc độ cực kỳ chậm và được kiểm soát. Như vậy, nó sử dụng túi khí bên trong đường ống để nén và giúp hai phần nước hợp lại với nhau một cách nhẹ nhàng.

Do đó có thuật ngữ chống va đập.

Chống va đập! Đúng chính xác như vậy, bởi vì dù tôi không muốn thừa nhận, van xả khí cũng có thể gây ra hiện tượng búa nước. Nhưng các van chống va đập được thiết kế để ngăn chặn điều đó.

Tuyệt vời. Thật thú vị. Vậy nếu thiết kế lỗ xả cố định, như loại chống va đập là tốt nhất, thì chúng ta có nên sử dụng loại van xả khí này dọc theo toàn bộ đường ống không?

Nhìn xem, điều này có thể thực hiện được, Sarah, nhìn chung thì tốt nhưng không thực tế vì hầu hết các đường ống đều được nạp đầy trong phần lớn thời gian sử dụng của chúng. Chúng chỉ thực sự được xả hết khi bảo trì hoặc khi xảy ra một sự cố lớn nào đó. Tuy nhiên, cũng có nhiều đường ống, ví dụ như các tuyến ống nước thải áp lực, bắt đầu và dừng lại tới 300 lần mỗi ngày và sẽ được nạp đầy rồi xả một phần mỗi ngày.

Vì vậy, nếu chúng ta lắp van chống va đập ở mọi vị trí, do chúng chỉ có lỗ thoát khí nhỏ nên có thể mất quá nhiều thời gian để đường ống được nạp đầy. Do đó, việc lắp đặt ở tất cả các vị trí thường không thực tế, trừ khi đường ống luôn được nạp đầy trong suốt thời gian hoạt động. Thông thường, chúng tôi sẽ xem xét lắp van chống va đập với lỗ cố định tại các vị trí chiến lược, nơi thực sự quan trọng, như tại trạm bơm, tại điểm mà bạn đã mô phỏng hiện tượng tách cột nước, hoặc có thể trước một van chính lớn mà khi đóng lại, chúng ta chỉ muốn đảm bảo rằng các cột nước hợp lại với nhau một cách từ từ. Vì vậy, đây là loại van chiến lược được thiết kế để giải quyết vấn đề búa nước.

Và có vẻ như, khi nhắc lại kinh nghiệm mà Bermad có cũng như phần mềm mô phỏng mà chúng ta đã đề cập, việc có thể đưa ra những quyết định chiến lược về vị trí lắp đặt loại van cụ thể này trở nên rất quan trọng.

Và đó là điều mà phần mềm mô phỏng có thể làm chính xác, còn tôi thì không. Tôi có linh cảm khá tốt về nơi điều đó sẽ xảy ra, nhưng phần mềm sẽ cho bạn biết chính xác tại vị trí đó. Đôi khi bạn xem báo cáo và nghĩ rằng nó có vẻ không đúng, nhưng thực tế là như vậy. Đó cũng là lý do đôi khi khi lắp đặt, mọi người sẽ thắc mắc và nói không hiểu tại sao lại không lắp ở đây, nhưng dù sao thì đó là những gì chúng ta sẽ làm. Tuy nhiên, phần mềm thực sự xác định được điều đó.

Tuyệt vời, thật thú vị. Colin, cảm ơn bạn đã tham gia cùng tôi hôm nay. Đây là một cuộc trò chuyện tuyệt vời về hiện tượng búa nước. Tôi đã học được rất nhiều.

Rất hân hạnh. Cảm ơn bạn.

Để tìm hiểu thêm về ngành nước, bao gồm sản phẩm, mẹo, lắp đặt, vận hành và kỹ thuật bảo trì, hãy truy cập Bermad.com ngay hôm nay. Bạn cũng có thể đăng ký nhận bản tin ngành của chúng tôi. Bạn sẽ gia nhập cộng đồng hơn 3000 chuyên gia trong ngành và học hỏi từ đội ngũ chuyên gia giàu kinh nghiệm của Bermad.

Cảm ơn bạn đã theo dõi tập này của Controlling Water. Để xem thêm các tập khác, tài nguyên và hướng dẫn, hãy truy cập https://www.bermad.com.au ngay hôm nay.