Lựa chọn vật liệu thân van

Lựa chọn vật liệu thân van

Trong thiết kế và vận hành hệ thống van công nghiệp, việc lựa chọn vật liệu thân van là một yếu tố mang tính quyết định đến độ an toàn, độ bền và khả năng làm việc lâu dài của thiết bị. Thân van là bộ phận chịu áp suất chính, đồng thời tiếp xúc trực tiếp với môi chất, nhiệt độ và các điều kiện ăn mòn trong suốt quá trình vận hành.

Theo thông lệ kỹ thuật, người sử dụng van hoặc đơn vị thiết kế hệ thống cần chỉ định rõ vật liệu thân van, đặc biệt đối với các ứng dụng đặc biệt hoặc dịch vụ khắc nghiệt. Với các van sử dụng trong điều kiện thông thường, vật liệu thân thường được lựa chọn từ các loại vật liệu phổ biến như thép carbon hoặc thép không gỉ.

Trong đa số trường hợp, vật liệu thân van được chọn tương đồng với vật liệu đường ống. Điều này giúp đảm bảo sự đồng bộ về giãn nở nhiệt, khả năng chịu áp và hạn chế hiện tượng ăn mòn điện hóa trong hệ thống.

Các vật liệu thân van thông dụng

Thép carbon là vật liệu được sử dụng phổ biến nhất trong chế tạo thân van. Xét tổng thể, đây là vật liệu lý tưởng cho các môi chất không ăn mòn hoặc có mức độ ăn mòn thấp.

Thép carbon được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống hơi nước và nước ngưng. Vật liệu này làm việc rất tốt ở nhiệt độ cao, có thể chịu được khoảng 800°F (425°C) trong điều kiện làm việc liên tục, và lên đến 1000°F (535°C) trong điều kiện không liên tục.

Một ưu điểm lớn khác của thép carbon là tính sẵn có cao và chi phí thấp so với nhiều loại kim loại khác, đặc biệt khi so sánh với các loại thép hợp kim hoặc vật liệu đặc biệt.

Thép không gỉ là vật liệu có khả năng chống ăn mòn rất cao, độ bền lớn và thường được chỉ định cho các ứng dụng có nhiệt độ cao, từ 1000°F (535°C) trở lên. So với thép carbon, chi phí của thép không gỉ cao hơn nhưng vẫn thấp hơn nhiều loại hợp kim đặc biệt khác.

Thép hợp kim chrome–molypden là vật liệu trung gian giữa thép carbon và thép không gỉ. Vật liệu này có thể chịu áp suất và nhiệt độ cao hơn thép carbon, rất phù hợp cho các hệ thống hơi nước áp suất cao hoặc nước ngưng có hiện tượng bốc hơi nhanh. Tuy nhiên, khả năng chống ăn mòn của chrome–molypden thấp hơn thép không gỉ.

Vật liệu đặc biệt

Đối với các ứng dụng đặc biệt hoặc môi trường làm việc khắc nghiệt, các hợp kim chuyên dụng được chỉ định để chế tạo thân van. Việc lựa chọn này nhằm tránh hiện tượng không tương thích giữa vật liệu và môi chất.

Ví dụ, Hastelloy B, Hastelloy C hoặc titan thường được sử dụng cho các môi chất có tính axit cao. Trong các hệ thống sử dụng oxy tinh khiết, vật liệu như Monel hoặc đồng được ưu tiên nhờ đặc tính không phát tia lửa, đảm bảo an toàn vận hành.

Giới hạn nhiệt độ của vật liệu thân van

Mỗi loại vật liệu thân van đều có giới hạn nhiệt độ trên và dưới cho phép. Việc vận hành vượt quá các giới hạn này có thể dẫn đến suy giảm cơ tính hoặc phá hủy vật liệu.

Bảng dưới đây tổng hợp giới hạn nhiệt độ làm việc của các vật liệu thân van phổ biến.

Cần lưu ý rằng, khi thép carbon làm việc lâu dài ở nhiệt độ trên 775°F (415°C), cấu trúc carbon có thể chuyển hóa thành graphite, làm suy giảm độ bền vật liệu. Do đó cần kiểm tra kỹ giới hạn nhiệt độ theo các tiêu chuẩn áp dụng.

Phương pháp chế tạo thân van

Thân van có thể được chế tạo từ nhiều dạng khác nhau như đúc, rèn, gia công từ phôi đặc hoặc chế tạo tổ hợp từ ống và mặt bích.

Thân van đúc thường có chi phí thấp nhất do quy trình sản xuất đơn giản và sản lượng lớn. Thân van rèn được sử dụng cho vật liệu đặc biệt hoặc các cấp áp suất cao như Class 1500, 2500 hoặc 4500.

Thân van gia công từ phôi đặc được sử dụng khi cần đảm bảo độ bền kết cấu cao hoặc khi thân đúc và thân rèn không sẵn có. Thân van chế tạo tổ hợp thường áp dụng cho các van góc kích thước lớn.

Tiêu chuẩn vật liệu ASTM cho thân và nắp van

Các bộ phận chịu áp suất của van bắt buộc phải được chế tạo từ vật liệu đã được phê duyệt theo tiêu chuẩn. Bảng dưới đây liệt kê các vật liệu ASTM thông dụng cho thân và nắp van.