Các điểm chính của việc kiểm tra ở môi trường nhiệt độ cực thấp đối với van an toàn cryogenic theo tiêu chuẩn API

Van an toàn cryogenic API được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực có nguy cơ cao như trạm tiếp nhận LNG và nhà máy tách không khí, và hiệu suất của chúng trong điều kiện nhiệt độ cực thấp trực tiếp ảnh hưởng đến độ an toàn của toàn bộ hệ thống. Việc kiểm tra bằng môi chất cryogenic — phương pháp cốt lõi nhằm xác minh hiệu suất của van an toàn cryogenic API — đặt ra những yêu cầu nghiêm ngặt đối với tiêu chuẩn thử nghiệm, thiết bị và quy trình. Bài viết này tập trung vào các điểm then chốt trong kiểm tra bằng môi chất cryogenic đối với van an toàn cryogenic API, giúp các đồng nghiệp trong ngành nắm vững trọng tâm của công tác thử nghiệm và tránh những sai lầm phổ biến.

1. Tiêu chuẩn thử nghiệm đối với van an toàn cryogenic API

Việc thử nghiệm van an toàn cryogenic theo tiêu chuẩn API phải tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn API 527 (Tiêu chuẩn hiệu suất kín của van xả áp lực) và API 526 (Tiêu chuẩn kích thước của van xả áp lực), đồng thời đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn quốc gia Trung Quốc GB/T 29026-2012 và JB/T 7248, cũng như GB/T 24925-2019 (Điều kiện kỹ thuật đối với van cryogenic). Trong đó, API 527 quy định rõ ràng tiêu chuẩn tốc độ rò rỉ của van an toàn cryogenic: đối với van có DN ≤ 16 mm, tốc độ rò rỉ cho phép tối đa là ≤ 12 cm³/phút; đối với van có DN > 16 mm, tốc độ rò rỉ cho phép tối đa là ≤ 36 cm³/phút. Ngoài ra, nhiệt độ thử nghiệm phải bao quát toàn bộ dải nhiệt độ làm việc thực tế của van, thường từ -196°C (môi chất nitơ lỏng) đến -50°C (môi chất hydrocarbon nhiệt độ thấp). Đối với van an toàn tại trạm đầu cuối LNG, nhiệt độ thử nghiệm phải được thiết lập ở mức -162°C, phù hợp với nhiệt độ làm việc thực tế của LNG.

2. Các mục thử nghiệm chính và yêu cầu

Việc kiểm tra van an toàn cryogenic theo tiêu chuẩn API chủ yếu bao gồm bốn mục kiểm tra then chốt, mỗi mục đều có các yêu cầu kỹ thuật rõ ràng:

2.1 Kiểm tra độ dai vật liệu ở nhiệt độ thấp

Thân van, đĩa van, trục van và các thành phần lõi khác của Van an toàn cryogenic API phải sử dụng các vật liệu chịu được nhiệt độ cryogenic như thép không gỉ austenit (CF3/CF3M) hoặc thép hợp kim chịu nhiệt độ thấp (LC3/LCB). Yêu cầu kiểm tra là các thành phần phải đạt yêu cầu trong thử nghiệm độ dai va đập theo phương pháp Charpy V-notch ở nhiệt độ -196°C, với giá trị độ dai va đập không nhỏ hơn 27 J/cm² nhằm tránh hiện tượng gãy giòn trong điều kiện nhiệt độ cực thấp. Đây là thử nghiệm nền tảng để đảm bảo tính toàn vẹn cấu trúc của van. Tỷ lệ đạt yêu cầu của thử nghiệm độ dai vật liệu đối với các van an toàn cryogenic theo tiêu chuẩn API đạt chuẩn là 100%.

2.2 Kiểm tra hiệu năng kín khí ở nhiệt độ cryogenic

Hiệu suất niêm phong là chỉ tiêu hiệu suất cốt lõi của van an toàn cryogenic theo tiêu chuẩn API. Thử nghiệm được thực hiện trong điều kiện nhiệt độ cực thấp đã thiết lập. Van được tăng áp lên 90% áp suất đặt, và tốc độ rò rỉ được phát hiện bằng hệ thống dò rò rỉ dựa trên phổ khối heli độ chính xác cao. Yêu cầu tốc độ rò rỉ không được vượt quá tiêu chuẩn quy định trong API 527. Đồng thời, hiệu suất niêm phong của phần làm kín trục van và mối nối giữa thân van cũng phải được kiểm tra nhằm tránh rò rỉ do co ngót nhiệt của vật liệu làm kín khi ở nhiệt độ thấp. Tỷ lệ đạt yêu cầu trong thử nghiệm hiệu suất niêm phong cryogenic đối với van an toàn cryogenic theo tiêu chuẩn API phải ≥99%.

2.3 Thử nghiệm độ tin cậy vận hành ở nhiệt độ cryogenic

Kiểm tra này xác minh độ tin cậy của các chức năng mở van, xả áp và tự động đóng lại dưới điều kiện nhiệt độ cực thấp. Nhiệt độ kiểm tra được thiết lập ở mức nhiệt độ làm việc thực tế của van, và áp suất được tăng dần đến áp suất đặt cho đến khi đĩa van nâng lên và xả áp. Áp suất mở và thời gian xả áp được ghi lại, đồng thời chu kỳ mở – đóng được lặp lại ít nhất 3 lần. Yêu cầu sai số áp suất mở nằm trong phạm vi ±3% so với áp suất đặt, quá trình xả áp diễn ra êm ái, và chức năng tự động đóng lại phải đảm bảo độ tin cậy cao, không rò rỉ. Thời gian xả áp trung bình của các van đạt tiêu chuẩn là ≤5 giây, và tốc độ rò rỉ khi đóng lại là ≤5 cm³/phút.

2.4 Kiểm tra độ đồng đều nhiệt độ

Trong quá trình thử nghiệm ở nhiệt độ cryogenic, phân bố nhiệt độ của van phải đồng đều để tránh hiện tượng làm lạnh cục bộ quá mức hoặc không đủ, từ đó ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm. Thử nghiệm sử dụng một mảng cặp nhiệt điện độ chính xác cao để bố trí 8–12 cặp nhiệt điện trên thân van, ghế van và trục van nhằm giám sát nhiệt độ theo thời gian thực. Yêu cầu chênh lệch nhiệt độ giữa đầu vào van và cửa sổ thử nghiệm không vượt quá 30°C, đảm bảo toàn bộ van nằm trong môi trường nhiệt độ cực thấp đồng nhất. Sai số đồng nhất nhiệt độ của môi trường thử nghiệm là ≤ ±2°C.

3. Những sai lầm phổ biến trong thử nghiệm môi chất cryogenic và các phương pháp phòng tránh

Trong quá trình thử nghiệm thực tế, nhiều doanh nghiệp gặp phải sai lệch thử nghiệm do thao tác không đúng, dẫn đến ảnh hưởng tới độ chính xác của kết quả thử nghiệm. Theo khảo sát ngành, 68% các lỗi thử nghiệm bắt nguồn từ ba sai lầm phổ biến sau:

● Sai lầm 1: Làm sạch dầu mỡ và sấy khô van không đủ, dẫn đến hình thành băng trong quá trình kiểm tra, gây kẹt các bộ phận van. Biện pháp phòng tránh: Sử dụng chất tẩy dầu mỡ chuyên dụng và lò sấy nhiệt độ cao để loại bỏ hoàn toàn dầu mỡ và độ ẩm; đồng thời kiểm tra hiệu quả sấy trước khi tiến hành kiểm tra nhằm đảm bảo hàm lượng độ ẩm ≤0,05%.
● Sai lầm 2: Môi chất kiểm tra không phù hợp với môi chất làm việc thực tế, dẫn đến kết quả kiểm tra không tương thích với điều kiện sử dụng thực tế. Biện pháp phòng tránh: Căn cứ vào môi chất làm việc thực tế của van, lựa chọn môi chất kiểm tra tương ứng (ví dụ: nitơ lỏng đối với van LNG, heli đối với van hydrocarbon ở nhiệt độ thấp).
● Sai lầm 3: Thiết bị kiểm tra chưa được hiệu chuẩn, dẫn đến việc đo áp suất và nhiệt độ không chính xác. Phương pháp phòng tránh: Hiệu chuẩn toàn bộ thiết bị kiểm tra trước khi tiến hành thử nghiệm và cấp giấy chứng nhận hiệu chuẩn để đảm bảo độ chính xác của dữ liệu đo. Chu kỳ hiệu chuẩn đối với thiết bị đo áp suất và nhiệt độ không được vượt quá 6 tháng.

4. Kết luận

Việc kiểm tra môi chất cryogenic của Van an toàn cryogenic API là một công việc nghiêm ngặt và chuyên nghiệp, đòi hỏi tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn API, sử dụng thiết bị kiểm tra tiên tiến và quy trình thao tác chuẩn hóa. Chỉ khi nắm vững các điểm then chốt trong quá trình kiểm tra và tránh được những sai lầm phổ biến, chúng ta mới có thể đảm bảo độ chính xác của kết quả thử nghiệm, xác minh hiệu năng của van và cung cấp sự đảm bảo đáng tin cậy cho hoạt động an toàn của hệ thống cryogenic. Các van an toàn cryogenic theo tiêu chuẩn API đã trải qua quá trình kiểm tra cryogenic nghiêm ngặt có thể giảm tỷ lệ hỏng hóc xuống 92% trong quá trình vận hành thực tế, đồng thời tuổi thọ sử dụng của chúng có thể đạt trên 8.000 giờ.