Giảm áp suất & Xâm thực – Giải đáp thắc mắc của bạn

Trong hội thảo trực tuyến của BERMAD, “Giảm áp suất và phòng ngừa hiện tượng xâm thực trong hệ thống tưới tiêu”, Quản lý Đơn vị Tưới tiêu Toàn cầu của chúng tôi, ông Yiftah Enav, đã trình bày về các nguyên tắc, phương pháp, hệ thống và giải pháp giảm áp suất và phòng ngừa xâm thực của BERMAD. Yiftah đã chia sẻ những hiểu biết hữu ích về việc lựa chọn van điều khiển giảm áp suất (PRV) hiệu quả nhất để đảm bảo hiệu suất lâu dài và tiết kiệm chi phí. 

Trong hội thảo trực tuyến, các câu hỏi liên quan đến lý thuyết về hiện tượng xâm thực, ăn mòn, vận tốc, ΔP và thực tiễn sàng lọc hiệu quả, kết hợp và phân bổ van điều áp đã được giải đáp:

Hỏi: Sự khác biệt giữa van giảm áp và van giảm áp tỉ lệ là gì?

A: Van giảm áp (PRV) có thể điều chỉnh được và được cài đặt để liên tục giảm áp suất đầu vào cao xuống áp suất đầu ra thấp hơn một cách ổn định, bất kể sự thay đổi của áp suất đầu vào và/hoặc lưu lượng yêu cầu.

Van giảm áp tỷ lệ (PPRV) không bao gồm bộ điều khiển phụ nên không thể điều chỉnh được. Dựa trên tỷ lệ giữa diện tích hiệu dụng của màng ngăn và bộ phận đóng, PPRV liên tục giảm áp suất đầu vào cao xuống áp suất đầu ra thấp hơn theo một tỷ lệ không đổi.

Chỉ van hai buồng mới có thể dùng làm PPRV.

Hỏi: Đối với tất cả các kích cỡ, hệ số giảm PD có phải là 2.5 không?

A: Hệ số giảm PD là 2,5 đối với hầu hết các dòng và kích cỡ; tuy nhiên, hệ số giảm có thể thay đổi và có thể được tìm thấy trên trang web của chúng tôi, bảng giá và các trang sản phẩm liên quan. Vui lòng tham khảo bảng tỷ lệ giảm tương ứng cho từng kích cỡ van và từng dòng van (100, 700).

Hỏi: Chúng ta có thể sử dụng van giảm áp để giảm áp suất tĩnh không? Van giảm áp có hoạt động trong điều kiện không có dòng chảy không?

A: Có. Khi lưu lượng nhu cầu giảm về 0, trong chốc lát, lưu lượng đến đường ống qua van giảm áp (PRV) sẽ lớn hơn lưu lượng ra khỏi đường ống (lúc này là 0). Kết quả là áp suất sẽ tích tụ và tăng nhẹ trong đường ống phía hạ lưu của PRV. Bộ điều khiển của PRV cảm nhận áp suất vượt quá mức cài đặt và đóng PRV lại, “cố gắng” giảm áp suất về mức cài đặt. Vì lưu lượng là 0 (cuối đường), ngay cả khi van đóng kín hoàn toàn, áp suất vẫn sẽ duy trì cao hơn mức cài đặt một chút (giả sử không có rò rỉ), đảm bảo PRV vẫn đóng kín.

Hỏi: Có ý kiến cho rằng van giảm áp (PRV) không phải lúc nào cũng duy trì được áp suất P2 khi dòng chảy dừng đột ngột, so với van giảm áp tác động trực tiếp. Vì lý do này, cần lắp thêm van xả áp ở phía hạ lưu của PRV. Phản hồi của bạn về ý kiến này như thế nào?

A: Van giảm áp tác động trực tiếp có thể phản ứng nhanh hơn van giảm áp thủy lực, nhưng rõ ràng kém hơn về tổn thất áp suất, các tính năng bổ sung (ngay cả đóng/mở), độ nhạy, độ chính xác, bảo trì và vẫn cần một van xả áp để bảo vệ hệ thống trong trường hợp van giảm áp tác động trực tiếp bị kẹt hoặc không kín.

Để tăng tốc độ phản hồi, có thể thêm bộ điều khiển áp suất hạ lưu dạng bầu hoặc, tốt hơn, sử dụng van giảm áp hai buồng.

Hỏi: Chúng tôi đặt van giảm áp (PRV) tại P1 để duy trì áp suất P2 yêu cầu. Trong điều kiện này, P1 theo thiết kế (về lý thuyết) nhưng thực tế P1 thay đổi do khu vực chỉ hoạt động một phần, biến động nhu cầu, hoạt động của bơm hoặc rò rỉ. Áp suất P2 trong điều kiện này là bao nhiêu? Nó có thay đổi (tăng) không? Chúng ta có cần đến hiện trường để điều chỉnh lại áp suất hay nó tự động duy trì áp suất P2? Ngoài ra, lưu lượng sẽ thay đổi như thế nào khi P1 thay đổi?

A: Van giảm áp suất được điều khiển liên tục bởi một bộ điều khiển giảm áp chỉ cảm nhận P2. Những thay đổi về nhu cầu và/hoặc P1 ảnh hưởng đến P2 sẽ ngay lập tức được bộ điều khiển cảm nhận và khiến các thiết bị bên trong của nó thay đổi vị trí, lập tức điều chỉnh van đóng lại (khi P2 tăng) hoặc mở ra (khi P2 giảm) để đạt đến mức cài đặt của bộ điều khiển.

Lưu lượng được xác định bởi các đầu phun và cửa xả của hệ thống, không phải bởi van giảm áp (PRV). Thực tế, PRV tự động điều chỉnh mức độ mở của nó theo nhu cầu thực tế (& P1) để đảm bảo không “mở quá nhiều” hoặc “đóng quá chặt”, luôn duy trì áp suất P2 đã cài đặt.

H: Những khác biệt thực tiễn giữa van giảm áp (PRV) với điều khiển hai ngả và ba ngả là gì?Vì vòng ba ngả được thông khí ra ngoài, điều này có ảnh hưởng đến độ ổn định điều chỉnh của van điều khiển bằng màng ngăn không?

A: Một mạch ba chiều được đặc trưng bởi việc bộ điều khiển “chọn” đường đi của nước: P1 đến điều khiển (đóng) hoặc điều khiển đến xả (mở). Điều này dẫn đến việc sử dụng một lượng nước điều khiển rất nhỏ và tạo ra hai hành vi khác nhau:

• Độ trễ (vì một sự thay đổi nhất định cần phải “tích lũy” trước khi các van điều khiển chuyển trạng thái), được xem là kém nhạy hơn nhưng ở các van điều khiển chất lượng cao thì độ trễ này đủ nhỏ. Bản thân độ trễ đôi khi là cần thiết để loại bỏ hiện tượng dao động áp suất đường ống bằng cách “ngắt” chuỗi phản ứng trong hệ thống.
• Mở hoàn toàn khi giảm áp suất (khi van điều khiển xả khí, “hủy bỏ” tất cả các lực đóng), giúp tiết kiệm năng lượng. Xả khí ra môi trường đôi khi dẫn đến mở quá nhanh, gây mất ổn định. Điều này có thể dễ dàng khắc phục bằng cách lắp một bộ nhỏ giọt hoặc thiết bị hạn chế khác ở đầu ống xả khí.

<>

Hỏi: Mất áp suất +/- qua một vòng điều khiển hai chiều là bao nhiêu?

A: Một mạch hai chiều được đặc trưng bởi dòng chảy liên tục từ P1 qua một chỗ thắt vào buồng điều khiển trong khi pilot “kết nối” buồng điều khiển với phía hạ lưu van, giải phóng áp suất buồng khi van mở. Điều này dẫn đến lưu lượng nước điều khiển tương đối lớn (0,2-0,5m³/h; 0,9-2,2gpm) và làm cho hệ thống nhạy cảm với nước bẩn với các đặc tính thủy lực như sau:

• Gần như không có hiện tượng trễ vì hành trình cần thiết của van điều khiển để tăng (mở) hoặc giảm (đóng) lưu lượng xả là không đáng kể và do đó diễn ra ngay lập tức. Mặc dù đây là một lợi ích, nhưng đôi khi lại quá nhạy và dẫn đến hiện tượng dao động.
• Tổn thất áp suất bổ sung (3-5m; 4.4-7psi) được tạo ra do lực lò xo + P2 trong buồng điều khiển. Tổn thất áp suất bổ sung này sẽ biến mất khi vận tốc dòng chảy qua van vượt quá ~2m/s; 6.6f/s và lực mở van (do ΔP) vượt quá lực lò xo của van chính.

Hỏi: Tiêu chí kích thước cho giới hạn đầu vào mạch trong điều khiển hai chiều là gì?

A: Hạn chế điều khiển hai chiều nên nhỏ hơn đường dẫn nước của bộ điều khiển để cho phép điều chỉnh ổn định và chính xác, đồng thời giảm thiểu tổn thất áp suất bổ sung và đảm bảo thời gian phản ứng đủ. Có thể nói tiêu chí là kích thước của đường dẫn nước trong bộ điều khiển, liên quan đến kích thước van.

H: Van giảm áp suất tỉ lệ có thể được sử dụng cho những loại ứng dụng nào?

A: Trọng lực theo đường dốc xuống và/hoặc khi yêu cầu ΔP cao và cần giảm áp hai giai đoạn để bảo vệ van khỏi xói mòn và hiện tượng xâm thực, đồng thời cung cấp bảo vệ dự phòng cho hệ thống.

H: Khi cung cấp nước từ một hồ chứa cân bằng xuống dốc đến nhiều hồ tưới tiêu nhỏ (tức là xả trực tiếp ra khí quyển như đã giải thích trong trường hợp các bể giảm áp), có thể sử dụng những loại van giảm áp nào? Bạn có thể giải thích thêm về vấn đề này không?

A: Giải pháp được khuyến nghị để thay thế các bể giảm áp (PBT) là áp dụng van giảm áp PPRV với các lợi ích sau:

• Không có van điều khiển mức
• Cơ sở hạ tầng tiết kiệm chi phí
• Không có áp suất “0” ở phía hạ lưu
• Phản ứng tức thì – hai buồng
• Không cần bảo trì – không có bộ đốt phụ, giới hạn hay bộ lọc
• Không ô nhiễm

Tuy nhiên, vì tỷ lệ giảm áp của van giảm áp PPRV là cố định, nên khi áp suất đầu vào giảm do tổn thất ma sát trong đường ống, áp suất đầu ra cũng giảm theo. Do lưu lượng tưới thay đổi, chúng ta cần xác định vị trí lắp đặt các van PPRV dựa trên sự chênh lệch cao độ (áp suất đầu vào lớn nhất) và trên cột áp thực tế tại lưu lượng/tổn thất ma sát lớn nhất (áp suất đầu vào nhỏ nhất). Vì mỗi van PPRV xác định áp suất cho van PPRV tiếp theo – nên việc tính toán thiết kế khá phức tạp. BERMAD đã phát triển một tệp Excel để xem xét tất cả các thông số như một công cụ hỗ trợ thiết kế.

Hỏi: Nên áp dụng những hạn chế nào cho PPRV?
Đáp: PPRV không yêu cầu bất kỳ hạn chế nào.

Hỏi: Có thể thiết kế van giảm áp dựa trên lưu lượng làm biến số thay vì áp suất đầu ra làm biến số không? Chúng ta có thể sử dụng van giới hạn/điều khiển lưu lượng như một lựa chọn thay thế cho van giảm áp trong một số trường hợp, chẳng hạn như đường ống chảy tự do không?

A: Một số vấn đề cần được xem xét liên quan đến áp suất và lưu lượng trong van giảm áp:

• Van giảm áp chỉ cảm nhận áp suất phía hạ lưu (P2). Lưu lượng được xác định bởi lượng nước tiêu thụ của hệ thống ở phía hạ lưu van giảm áp (các thiết bị tưới, bể chứa, khu dân cư, v.v.). Nếu lưu lượng tiêu thụ tăng và P2 giảm, van giảm áp sẽ “cố gắng” tăng P2 trở lại mức cài đặt bằng cách mở ra (cho phép lưu lượng lớn hơn). Nếu lưu lượng tiêu thụ giảm và P2 tăng, van giảm áp sẽ đóng lại để giảm P2 về mức cài đặt (cho phép lưu lượng nhỏ hơn).
• Có thể chuyển đổi van giảm áp (PRV) thành van điều khiển lưu lượng (FCV) hoặc thêm tính năng điều khiển lưu lượng vào PRV để biến nó thành van giảm áp & điều khiển lưu lượng.
• FCV rất giống với PRV nhưng thay vì cảm nhận P2, bộ điều khiển FCV cảm nhận ΔP hoặc ΔF (là “biểu hiện” thủy lực của lưu lượng) qua một tấm orifice, một ống pitot hoặc một cánh gạt đặt bên trong dòng chảy. Nếu nhu cầu tăng vượt mức cài đặt (ngay cả khi áp suất thấp), vận tốc dòng chảy tăng sẽ làm tăng ΔP hoặc ΔF và FCV sẽ đóng lại để giới hạn lưu lượng về mức cài đặt.
  

  

• Việc thêm tính năng kiểm soát lưu lượng vào van giảm áp PRV, biến nó thành van giảm áp & kiểm soát lưu lượng, đồng nghĩa với việc chúng ta có hai bộ điều khiển khác nhau trên cùng một van. Một bộ điều khiển lưu lượng dựa trên việc cảm nhận ΔP hoặc ΔF qua van
• một tấm chắn lỗ, một ống Pitot hoặc cánh gạt; cảm biến còn lại đo P2 và điều khiển van tương ứng.
  

  Nếu nhu cầu tăng và P2 giảm, bộ điều khiển lưu lượng sẽ kiểm soát để giới hạn lưu lượng trở về mức cài đặt. Nếu nhu cầu giảm, bộ điều khiển lưu lượng cho phép van mở ra. Nếu P2 tăng, do P1 tăng hoặc nhu cầu giảm, bộ điều khiển giảm áp sẽ kiểm soát và điều chỉnh van đóng lại.

  
  

<>

• Khi bộ điều khiển lưu lượng kiểm soát, van sẽ đóng lại, dẫn đến áp suất P2 đôi khi giảm xuống dưới mức cài đặt của bộ điều áp, khiến bộ điều áp không thể kiểm soát van và không thể tăng P2 khi nhu cầu vẫn cao hơn mức cài đặt của bộ điều khiển lưu lượng. Vì lý do đó, nên cài đặt bộ điều khiển lưu lượng cao hơn 15-20% so với lưu lượng danh định của đường ống.

Hỏi: Chúng tôi đã lắp đặt bốn van tại đầu vào chak (khối chính) nơi áp suất đầu vào (P1) là 60m và bốn van sub-chak (lô đất) có yêu cầu áp suất (P2) khác nhau (tức là P2 của Van 1 = 35m, Van 2 = 25m, Van 3 = 45m, Van 4 = 50m). Chiều dài, đường kính và cao độ của ống phân phối sub-chak thay đổi, nhưng yêu cầu lưu lượng giống nhau tại cuối mỗi đầu ra sub-chak. Vậy, chúng ta có thể duy trì lưu lượng giống nhau tại cuối đầu ra sub-chak khi P1 không đổi nhưng P2 thay đổi không?

A: Câu trả lời phụ thuộc vào việc tưới có được áp lực và thực hiện bằng nhỏ giọt/vòi phun/béc phun (bất kỳ thiết bị phát nước nào có lưu lượng xác định) hay chúng ta đang xử lý tưới tràn, nơi đầu ống phân phối mở ra không khí.

• Trong hệ thống tưới MIS có áp suất, lưu lượng được xác định bởi tổng lưu lượng của tất cả các đầu nhỏ giọt phụ và được duy trì miễn là P2 đúng theo thiết kế và không xảy ra sự cố vỡ đường ống.
• Trong tưới ngập, việc giảm áp suất không liên quan vì đầu đường ống mở. Giải pháp đúng là sử dụng van điều tiết lưu lượng, giúp duy trì áp suất thấp trong đường phân phối (tổn thất ma sát tại lưu lượng nhất định + độ cao).

<>  

Hỏi: Chúng ta có thể thay đổi cài đặt PRV cho áp suất và lưu lượng từ xa không?

A: Van giảm áp (và tất cả các van điều khiển thủy lực) có thể chấp nhận hai bộ điều khiển áp suất được cài đặt ở các mức áp suất khác nhau. Việc lắp đặt một van điện từ để “chọn” giữa các bộ điều khiển sẽ cho phép chuyển đổi từ xa giữa các chế độ áp suất.

Các tùy chọn khác yêu cầu lắp thêm thiết bị trên bộ điều khiển để cho phép thiết lập từ xa động. Điều này cũng sẽ cần các bộ điều khiển đặc biệt để cho phép điều khiển tương tự.

H: Dải tối ưu cho hành trình van trong van giảm áp thủy lực là bao nhiêu?

A: Khoảng từ 15%-30% tùy thuộc vào loại van, áp suất & điều kiện dòng chảy, thời gian vận hành hàng năm và các yếu tố khác. Việc sử dụng nút V-port buộc van giảm áp mở rộng hơn để xử lý tốt hơn các lưu lượng thấp. Điều này cho phép van giảm áp mở khoảng ~15% ngay cả khi vận tốc dòng chảy giảm xuống còn ~0,5m/s.

Hỏi: Trong một mạng lưới phân phối bơm trực tiếp, van giảm áp (PRV) sẽ phản ứng như thế nào khi xảy ra mất điện và áp suất phía thượng lưu tăng đột ngột? Liệu nó có thể duy trì áp suất P2 ở phía hạ lưu không?

A: Đây là một vấn đề phức tạp, vì sự cố mất điện có thể xảy ra trong nhiều tình huống khác nhau. Giả sử câu hỏi đề cập đến một van giảm áp (PRV) ở một trong các cửa ra từ đường ống chính nối máy bơm với bể chứa, chúng ta có thể dự đoán PRV sẽ mở khi áp suất giảm do sóng âm. Trong trường hợp này, có thể van sẽ không đóng kịp để duy trì P2 nếu xuất hiện sóng dương.

Hỏi: Van dòng 400 (buồng đơn, dạng cầu) có thể được sử dụng cho các ứng dụng giảm áp không? Nếu có, liệu van này có dễ bị hiện tượng xâm thực hơn so với van dạng chữ Y (dòng 100 và 700) không?

A: Dòng 400 có thể được sử dụng cho các ứng dụng giảm áp suất. Thực tế, hầu hết các ứng dụng van giảm áp bằng kim loại trong tưới tiêu đều được thực hiện bởi Dòng IR-400 hoặc các loại van buồng đơn khác. Dòng IR-400 không có ghế van nâng, điều này khiến chúng kém chống chịu với hiện tượng xâm thực hơn so với Dòng IR-100, do được làm từ vật liệu tổng hợp, và Dòng IR-700 có ghế van nâng bằng thép không gỉ. Thiết kế dạng chữ Y cũng giúp tăng khả năng chống xâm thực và cải thiện hiệu suất dòng chảy khoảng 25% so với các loại van cầu tiêu chuẩn.