Water hammer là gì? Búa nước là gì?

Water hammer là gì?

Búa nước hay water hammer xảy ra khi dòng chảy của nước bị chặn lại đột ngột. Tại điểm nước bị chặn sẽ tạo ra một áp lực cực mạnh. Nó giống những con đập xả nước khi lũ đổ về vì nếu không xả áp lực nước rất mạnh sẽ khiến con đập nổ tung.

Đối với hệ thống hơi nước trong nhà máy, hiện tượng búa nước xảy ra khi bẫy hơi không hoạt động đúng như thiết kế như là không xả nước ngưng tụ, lắp ngược. Nước trong ống di chuyển với vận tốc cao trong đường ống dễ dẫn đến hiện tượng búa nước. Bên cạnh áp lực của nước đường ống phải ghánh thêm áp lực cao của hơi nước. Chính những điều này cộng hưởng rủi ro đường ống hơi nước nổ tung là rất cao.

Bắt đầu là dòng nước chảy qua đường ống một cách đều đăn. Sau đó đột ngột bị chặn lại khiến tuy nhiên dòng nước vẫn còn quán tính chảy trong đường ống. Chính điều này tạo ra một lực được gọi là sóng xung kích. Trong các hệ thống đường ống công nghiệp hiện tượng này có thể gây ra một tiếng nổ lớn trong đường ống như tiếng búa đập. Kết quả của hiện tượng này có thể gây vỡ đường ống nếu áp lực đủ lớn.

Sự nguy hiểm của hiện tượng búa nước

Khi hơi nước lần đầu được cung cấp vào hệ thống đường ống phân phối hay thiết bị sử dụng, ta sẽ nghe thấy những âm thanh nhỏ hoặc có thể lớn hơn. Điều này hấu hết những người vận hành hệ thống hơi nước đều được trải nghiệm.

Khi áp suất trong đường ống thay đổi đột ngột trên 10MPa (100bar) thì xảy ra hiện tượng búa hơi, búa hơi có thể làm hư hỏng đường ống, các thiết bị sử dụng hơi và thậm chí là các van hơi trên đường ống.

Việc vỡ hoặc rò rỉ do búa hơi sẽ gây thất thoát hơi nóng, thậm chí có thể gây thiệt hại về người đối với người vận hành. Với nước thì có loại van búa nước dùng để hấp thụ lực chấn động do nước va, nhưng với hơi nóng thì chưa có bất kỳ sự hướng dẫn hay tài liệu nào nhắc về điều này.

Cách nhận biết búa nước

Thông thường khi chất lỏng trong hệ thống được đẩy nhanh hơn hoặc chậm lại thì chắc chắn áp suất sẽ tăng lên. Nguyên nhân của hiện tượng này chính là sự thay đổi trạng thái của van hay bơm.

Thông thường, áp suất này không lớn, tỉ lệ áp sẽ thay đổi nên chúng ta không phát hiện ra hiện tượng búa nước.

Ở những hệ thống lớn, áp lực tạo ra lớn hơn chục bar, lực trên giá đỡ hàng tấn trở lên thì chúng ta có thể phát hiện ra búa nước thông qua cách di chuyển đường ống hoặc qua tiếng ồn, tiếng đập. Nếu hiện tượng búa nước nghiêm trọng thì nó sẽ gây ra hậu quả rất nặng nề.

Trong các nhà máy, nếu hệ thống ống dẫn có các đặc điểm và tính chất có thể xảy ra búa nước ví dụ nhưng đường ống vận chuyển hóa chất thì thường người ta sẽ phân tích bằng phần mềm máy tính cụ thể. Phát hiện búa nước có thể thông qua việc mở bất ngờ 1 trong các van cứu hộ.

Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ thì với các chương trình máy tính thì người ta sẽ mô hình hóa hệ thống đường ống 1 cách dễ dàng. Và bất kỳ các nguy cơ nào dẫn đến hiện tượng búa nước cũng được phát hiện. Điều mà các nhà máy, xưởng sản xuất cần có là có 1 hệ thống máy tính hiệu quả để có thể tính toán những giả thiết nhằm phát hiện ra hiện tượng này.

Nguyên nhân xảy ra hiện tượng búa nước trong đường ống

Hiện tượng thủy kích trong hệ thống thu hồi hơi nước và nước ngưng thường được chia thành 2 loại:

Do nước ngưng tụ tốc độ cao

Quá trình truyền hơi nóng đi trong đường ống sẽ bị ảnh hưởng mất nhiệt và tạo nên nước ngưng. Nước ngưng bị đẩy đi theo áp suất của hơi nóng và tạo ra những cơn sóng.

Các hố nước ngưng lớn được hình thành trong đường ống và khi nó di chuyển với tốc độ cao đến những vị trí cong hoặc gặp phải các van thì nó sẽ dễ gây nên hiện tượng búa nước.

Do sự ngưng tụ nước đột ngột tạo ra các dòng nước ngưng tụ va vào nhau

Hiện thương thủy kích trong đường ống này xảy ra ở hệ thống thu hồi nước ngưng nó cũng có thể xảy ra trong hệ thống phân phối hơi và thiết bị sử dụng hơi nước khi nước ngưng không được rút hút nhanh chóng.

Khi hơi nước mất nhiệt nó tạo thành nước ngưng, nước ngưng có thể tích riêng nhỏ hơn 1000 lần so với hơi nước. Vì vậy khi hơi nước gặp nước ngưng và tạo sự ngưng tụ, lúc này thể tích hơi nước lập tức giảm xuống. Không gian hơi nước dần bị chiếm bởi nước ngưng và các dòng nước ngưng va vào nhau tạo nên búa nước.

Cách khắc phục hiện tượng búa nước

Lắp đặt đường ống hơi với đầu vào phải cao hơn đầu ra để tạo điều kiện thuận lợi cho nước ngưng thoát ra ngoài dễ dàng.

Tại các điểm giao nhau của đường ống hơi nên lắp đặt bộ góp để nước ngưng bên trong được thu hồi và xả ra ngoài.

Lắp đặt thiết bị tách ẩm (Separator dạng ly tâm) cho đường ống để tăng độ khô và loại bỏ nước ngưng sinh ra trước khi đi vào thiết bị

Lắp đặt bẫy hơi (steam trap) cho đường ống chính theo quy định cứ 30-50m nên lắp đặt 01 bẫy hơi để xả nước ngưng ra bên ngoài.

Van búa nước là gì?

Van búa nước hay còn gọi là van chống va, tên tiếng anh là Water Hammer Arrister đây là 1 loại van công nghiệp. Chức năng chính của nó là chống lại hiện tượng búa nước. Ngoài ra, nó còn tham gia làm giảm tiếng ồn cũng như sự rung lắc của hệ thống đường ống khi làm việc. Van sẽ giúp tránh áp lực gây hiện tượng sốc nước khi van 1 chiều đóng. Trong 1 số hệ thống, van chống búa nước còn giúp hấp thụ các lực được sinh ra bởi dòng chất lỏng hồi lại khi ta ngắt bơm đột ngột.

Tùy theo cấu trúc của hệ thống, lưu lượng và kích thước đường ống mà người dùng có thể lựa chọn van búa nước có kích thước phù hợp để sử dụng và lắp tại nhiều vị trí khác nhau.

Cấu tạo van chống búa nước

Một van chống búa nước hoàn chỉnh sẽ có rất các bộ phận như:

+ Bốn van 2 chiều: Dùng để đóng mở dẫn nước.

+ Nắp van: Nó làm nhiệm vụ bịt kín, nó có thể tháo lắp để làm nhiệm vụ bảo dưỡng.

+ Thân van: Chất liệu sản xuất thân van thường là gang dẻo nên có thể dùng cho các hệ thống nước sạch.

+ Màng van: Màng van làm bằng cao su nên đàn hồi và dẻo dai nhằm làm kín khít để tránh rò rỉ nước.

+ Hai van kim.

+ Lọc tự xả: Bộ phận này giúp xả áp lực nước qua van.

+ 2 ốc điều chỉnh áp lực.

+ 2 Pilot 2 chiều.

Nguyên lý hoạt động của van chống va đập nước

Hoạt động của van chống va đập nước được hình thành dựa trên nguyên tắc áp suất đường ống chính bị kiểm soát bởi cụm van điều khiển mà chúng ta hay gọi là pilot. Trong cụm này sẽ có màng có lò xo điều khiển.

Nếu bạn mở van 1 cách từ từ để tránh áp lực khi áp suất ở đường ống chính bị giảm khoảng 1bar hoặc tụt 10 mét so với mức áp làm việc bình thường thì cụm điều khiển áp thấp phải được cài đặt trước.

Cụm điều khiển áp cao sẽ cài đặt trước khi muốn mở van để chống dòng nước va đập nếu áp lực ở trong đường ống chính tăng cao hơn bình thường khoảng 1 bar hoặc 10 mét.

Van chống búa nước chỉ đóng kín khi áp suất của đường ống chính tụt xuống hoặc tăng cao hơn mức đã được cài đặt. Van búa nước sẽ tự động mở ra khi áp suất ở trạng thái bình thường.

Đơn giản hơn đó là: Khi có sụt áp trong đường ống chính, van chống búa nước sẽ mở ra nên khi cột sóng áp lực quay ngược trở lại van mở và xả dòng làm giảm áp lực nhanh nên tác động của cột sóng này giảm đi đáng kể.

Ứng dụng van búa nước

Ngày nay, Water Hammer Arrister đã bắt đầu thông dụng hơn khi nó sử dụng cho các tuyến mạng lưới ống cấp nước cho đô thị, khu chung cư và tòa nhà cao tầng. Một số van chống va còn được lắp trong hệ thống phòng cháy chữa cháy tại bệnh viện, trường học, trung tâm thương mại hay các nhà máy, xưởng sản xuất.

Van này nếu lắp tại các khúc cua, khúc cần bẻ ngoặc hoặc những vị trí cần rẽ nhánh từ ngang qua dọc thì sẽ đạt hiệu quả cao nhất.

Cấu tạo của van búa nước là gì?

Cấu tạo của van búa nước phần thân được làm bằng thép SS400 và được gắn với đường ống thông qua mặt bích tiêu chuẩn JIS10K, JIS20K. Nhưng hiện nay do mặt bích phổ biến là JIS 10k nên hầu như mặt bích trên thị trường được dùng loại 10k. Hệ thống lò xo được dùng để hấp thụ một cọc áp lực.

Thường thì mỗi tòa nhà cũng chỉ lắp đặt 1 hoặc 2 van búa nước là đảm bảo an toàn cho hệ thống đường ống của bạn. Mục đích đơn giản của búa nước cũng chỉ để giảm chấn cho đường ống cũng như tránh hiện tượng áp lực nước va đập vào đường ống gây vỡ đường ống.

Cách lắp đặt van chống nước va

Việc lắp đặt van chống nước va cũng cần phải được các kỹ sư thực hiện cẩn thận và nên chú ý đến những điều như sau:

+ Vệ sinh đường ống dẫn lưu chất để loại bỏ các vật thể lạ hoặc tạp chất bám bên trong thành ống để tránh tắc nghẽn, ảnh hưởng đến hoạt động ổn định của van.

+ Quan sát kỹ mũi tên trên nắp van và lắp sao cho đúng theo chiều mũi tên chỉ. Đó chính là chiều đường nước.

+ Để có hiệu quả sử dụng tốt nhất thì nên lắp thêm 1 van cổng ở sau van búa nước.

+ Đóng mở linh hoạt các van 2 chiều để điều khiển dòng nước qua van.

+ Nên nối cổng tín hiệu của van chống nước va vào đường ống dẫn sao cho khoảng cách với van chống va ở phía trước đó khoảng 2 mét nước.

+ Trước khi vận hành van thì nên kiểm tra 1 lần hệ thống, kiểm tra các mối nối để đảm bảo kín khít và không có rò rỉ.

+ Đóng cấp nước cho van búa nước.

+ Đối với các đường ống không có nước thì cần 1 số ngày nhất định để xả khí trong ống ra ngoài.

+ Trong đường ống chính, không được có khí và nó phải luôn luôn đầy nước.

********************