VAN AN TOÀN INOX 316 VI SINH NỐI CLAMP
Thông số kĩ thuật của van an toàn inox vi sinh:
Chất liệu thân van: Inox 304/316/316L
Chất liệu gioăng: EPDM, Silicon, teflon
Kích thước đầu nối: Φ38 – Φ51
Nhiệt độ làm việc: 0 – 180ºC
Áp suất: 2.8 PSI – 43.5 PSI
Kiểu lắp đặt: Clamp
Môi trường làm việc: Các loại chất lỏng, dung dịch có tính ăn mòn, hoá chất lên men, khí nén…
Xuất xứ: Trung Quốc
Van an toàn inox vi sinh nối clamp (tiếng Anh: Sanitary Safety Relief Valve with Clamp Connection) là thiết bị an toàn dạng lò xo hoặc đối trọng, được chế tạo từ thép không gỉ (thường là SUS304, SUS316L), có bề mặt tiếp xúc với sản phẩm được đánh bóng điện hóa đạt độ nhám Ra ≤ 0.4µm, kết nối với đường ống hoặc thiết bị bằng đầu clamp (tri-clamp) theo tiêu chuẩn ISO 2852, DIN 32676, ASME BPE.
Chức năng chính: Tự động xả áp suất dư thừa ra ngoài khi áp suất trong hệ thống vượt quá giá trị cài đặt, sau đó tự động đóng lại khi áp suất trở về mức an toàn.
Trong hệ thống vi sinh, áp suất tăng đột ngột do:
Hơi nước bão hòa trong quá trình tiệt trùng SIP (Sterilization-In-Place)
Sự phát sinh khí từ quá trình lên men
Van điều khiển bị lỗi hoặc bơm hoạt động quá công suất
Nếu không có van an toàn, hệ thống có thể bị nổ, rò rỉ, biến dạng thiết bị, gây mất vô trùng và nguy hiểm cho người vận hành.
Kết nối clamp cho phép tháo lắp nhanh, vệ sinh dễ dàng, không có vùng đọng sản phẩm.
| Tiêu chí | Van an toàn vi sinh nối clamp | Van an toàn công nghiệp thường |
|---|---|---|
| Chất liệu | Inox 316L, bề mặt đánh bóng điện | Gang, thép carbon, inox 304 |
| Độ nhám bề mặt | Ra ≤ 0.4µm (có thể ≤ 0.2µm) | Không yêu cầu |
| Kết nối | Clamp, đầu đực-cái, liền khối | Mặt bích, ren |
| Thiết kế chống đọng | Thân van không có túi chết, góc bo tròn | Có thể có góc cạnh |
| Ứng dụng | Dược phẩm, thực phẩm, sinh học | Hóa chất, dầu khí, năng lượng |
Đây là chức năng cốt lõi. Van an toàn được cài đặt áp suất mở (set pressure) bằng giá trị áp suất làm việc tối đa cho phép (MAWP) của hệ thống hoặc thấp hơn một chút. Khi áp suất hệ thống vượt quá giá trị này, van lập tức mở hoàn toàn (full lift) hoặc mở tỷ lệ (proportional lift) để xả áp nhanh chóng.
Ví dụ:
Hệ thống lên men có MAWP = 3 bar → cài van mở ở 2.8 bar.
Khi áp suất lên 2.9 bar, van mở → xả khí CO2 ra ngoài → áp suất giảm xuống 2.7 bar → van đóng.
Bề mặt inox vi sinh được đánh bóng cơ học và điện hóa, loại bỏ các vết xước, khe hở nơi vi khuẩn có thể trú ngụ.
Kết nối clamp kết hợp với gioăng làm kín bằng PTFE, EPDM, FKM hoặc silicone cấp thực phẩm/dược phẩm, không bị rò rỉ vi sinh qua đường kết nối.
Một số van an toàn vi sinh còn được thiết kế có màng chắn (diaphragm) hoặc piston có vòng chữ O vi sinh ngăn sản phẩm tiếp xúc với lò xo bên ngoài, tránh nguy cơ nhiễm bẩn từ lò xo.
Sau khi xả áp, khi áp suất hệ thống giảm xuống dưới áp suất đóng (reseat pressure – thường bằng 90-95% áp suất mở), van sẽ tự động đóng lại nhờ lực đàn hồi của lò xo hoặc trọng lực (với van đối trọng). Van phải đóng kín hoàn toàn, không rò rỉ (leakage rate = 0) trong điều kiện áp suất làm việc bình thường.
Van an toàn vi sinh nối clamp cho phép vệ sinh tại chỗ (CIP – Clean-In-Place) và tiệt trùng tại chỗ (SIP – Sterilization-In-Place) mà không cần tháo van. Cụ thể:
CIP: Dung dịch tẩy rửa (NaOH, HNO3) và nước rửa chảy qua van, cuốn trôi cặn bẩn bám trên bề mặt tiếp xúc.
SIP: Hơi nước bão hòa ở 121-140°C chảy qua van trong 20-30 phút, tiêu diệt mọi vi sinh vật.
Thiết kế thân van phải đảm bảo không có vùng chết (dead leg) và khả năng thoát condensate tốt.
Khi van xả áp, môi trường quá áp (khí trơ, hơi nước, sản phẩm lỏng) được dẫn ra ngoài qua cửa xả, tránh gây hỏng các thiết bị nhạy cảm như cảm biến áp suất, màng lọc, bộ trao đổi nhiệt. Đồng thời, van có thể được trang bị ống dẫn hướng lên cao hoặc vào bể chứa an toàn để bảo vệ người vận hành.
Một số van an toàn vi sinh cao cấp có tích hợp:
Cảm biến vị trí đóng/mở (limit switch box) gửi tín hiệu về PLC.
Cảm biến áp suất hiển thị áp suất trước van.
Cửa sổ quan sát bằng kính cường lực để kiểm tra trực quan.
Van an toàn vi sinh hoạt động dựa trên sự cân bằng giữa:
Lực đẩy từ áp suất hệ thống lên bề mặt đĩa van (disc).
Lực đóng từ lò xo (hoặc trọng lực).
Công thức cơ bản:
Fspring=Pset×AdiscFspring=Pset×Adisc
Trong đó:
FspringFspring: Lực nén lò xo (N)
PsetPset: Áp suất cài đặt (Pa)
AdiscAdisc: Diện tích bề mặt đĩa van tiếp xúc với áp suất (m²)
Áp suất hệ thống nhỏ hơn áp suất cài đặt.
Lực đẩy lên đĩa van < lực lò xo → van đóng kín.
Gioăng làm kín tiếp xúc với bệ van (nozzle) đảm bảo độ kín tuyệt đối.
Áp suất hệ thống bằng đúng áp suất cài đặt.
Lực đẩy = lực lò xo → van ở trạng thái cân bằng. Tuy nhiên, trên thực tế, van chưa mở ngay do lực ma sát tĩnh và cần một áp suất vượt ngưỡng gọi là overpressure (thường 5-10% so với P_set).
Áp suất vượt quá P_set + overpressure.
Đĩa van bắt đầu nâng lên, giải phóng diện tích lưu thông.
Dòng chảy qua van tăng nhanh, áp suất phía sau đĩa van giảm (hiệu ứng Bernoulli) giúp van mở hoàn toàn đột ngột (full lift) hoặc mở từ từ (modulating).
Môi chất (khí, hơi, lỏng) thoát ra ngoài qua cửa xả.
Áp suất hệ thống giảm dần.
Với van full lift, đĩa van tiếp tục duy trì ở vị trí mở hoàn toàn cho đến khi áp suất giảm xuống dưới áp suất đóng.
Áp suất hệ thống giảm xuống dưới áp suất đóng (reseat pressure).
Lực lò xo thắng lực đẩy → đĩa van hạ xuống, gioăng tiếp xúc với bệ van.
Van đóng kín hoàn toàn.
Độ mở của van tỷ lệ thuận với mức độ quá áp.
Thích hợp cho hệ thống chất lỏng hoặc khí không nén được.
Đóng êm, ít gây sốc áp suất.
Khi đạt overpressure, đĩa van bật mở 100% ngay lập tức.
Xả áp rất nhanh, thích hợp cho hệ thống khí nén hoặc hơi nước.
Tạo tiếng "pop" đặc trưng.
| Loại van | Cơ chế | Ưu điểm | Nhược điểm |
|---|---|---|---|
| Lò xo | Lực đóng từ lò xo nén | Kích thước nhỏ, cài đặt dễ, độ chính xác cao | Nhạy cảm với rung động, lò xo có thể mỏi |
| Đối trọng | Lực đóng từ khối lượng | Không mỏi cơ, ổn định với rung | Cồng kềnh, khó cài đặt chính xác |
Trong lĩnh vực vi sinh, van lò xo được sử dụng phổ biến hơn nhờ thiết kế nhỏ gọn, vệ sinh dễ dàng.
Vật liệu: Inox 316L (1.4404) hoặc 304 (1.4301). Khuyến nghị 316L cho môi trường có chứa chloride hoặc acid.
Độ nhám bề mặt bên trong: Ra ≤ 0.4µm (đánh bóng điện hóa). Một số tiêu chuẩn khắt khe hơn: Ra ≤ 0.2µm.
Kết cấu: Đúc hoặc tiện từ phôi, không có đường hàn ở vùng tiếp xúc sản phẩm.
Dạng kết nối clamp theo ISO 2852: DN25, DN40, DN50, DN80...
Đĩa van: Inox 316L, bề mặt được gia công chính xác, có thể phủ lớp mềm (PTFE, PEEK) để tăng độ kín.
Bệ van: Bộ phận cố định, được mài phẳng với độ phẳng ≤ 0.01mm để tiếp xúc với gioăng hoặc đĩa van.
Gioăng làm kín: Dạng O-ring hoặc gioăng phẳng bằng EPDM (chịu nhiệt 150°C), FKM (200°C), PTFE (260°C), Silicone (200°C).
Vật liệu: Thép không gỉ (AISI 302, 316) hoặc thép hợp kim phủ chống ăn mòn.
Được thiết kế để cung cấp lực đóng tương ứng với dải áp suất cài đặt (ví dụ: 0.5-2 bar, 2-6 bar, 6-10 bar...).
Độ cứng lò xo (spring constant) được tính toán chính xác.
Vít điều chỉnh (adjusting screw): Xoay để nén hoặc giãn lò xo, thay đổi áp suất mở.
Đai ốc hãm (lock nut): Cố định vít điều chỉnh sau khi cài đặt.
Nắp chụp (cap): Bảo vệ vít điều chỉnh, có thể có niêm phong chống can thiệp.
Kết nối clamp hoặc ren ngoài.
Có thể được thiết kế dạng góc 90° (góc vuông) hoặc thẳng.
Đường kính cửa xả thường bằng hoặc lớn hơn cửa vào để tránh tạo áp suất ngược.
Màng chắn vi sinh (sanitary diaphragm): Ngăn sản phẩm tiếp xúc với lò xo và phần trên của van. Làm từ PTFE hoặc EPDM.
Cảm biến vị trí (position transmitter).
Van xả thử (test lever): Tay gạt để mở van bằng tay nhằm kiểm tra định kỳ.
ASME BPE (Bioprocessing Equipment): Tiêu chuẩn khắt khe nhất cho thiết bị vi sinh, bao gồm yêu cầu về độ nhám bề mặt, bán kính góc bo, vật liệu.
ISO 2852: Kích thước kết nối clamp.
DIN 32676: Tiêu chuẩn clamp của Đức, tương thích ISO.
3-A Sanitary Standard: Tiêu chuẩn vệ sinh số 60-02 cho van an toàn.
PED 2014/68/EU: Chỉ thị về thiết bị áp lực của châu Âu.
ASME Section VIII Div.1: Quy tắc thiết kế van an toàn.
FDA CFR Title 21: Vật liệu tiếp xúc thực phẩm.
USP Class VI: Vật liệu cấp dược phẩm (thử nghiệm độc tính).
EHEDG (European Hygienic Engineering & Design Group): Chứng nhận thiết kế hợp vệ sinh.
Chứng nhận xuất xứ (CO – Certificate of Origin).
Chứng nhận vật liệu 3.1 theo EN 10204.
Báo cáo thử nghiệm áp suất và độ kín.
Chứng nhận hiệu chuẩn áp suất mở.
Áp suất thấp (0.5-3 bar), lưu lượng khí CO2 lớn.
Yêu cầu mở toàn phần (pop type) để xả nhanh.
Thường kết hợp van xả thử bằng tay.
Chịu nhiệt độ cao (lên đến 150°C liên tục, 180°C trong thời gian ngắn).
Gioăng EPDM hoặc FKM.
Thiết kế chống búa nước.
Áp suất cài đặt thấp (0.2-1 bar), yêu cầu độ kín khít tuyệt đối.
Bề mặt siêu bóng Ra ≤ 0.2µm.
Kết nối clamp tháo lắp nhanh để kiểm tra định kỳ.
Sử dụng màng chắn (diaphragm) để tránh nhiễm chéo từ lò xo.
Thân van bằng inox 316L, góc bo R ≥ 3mm.
Áp suất cài đặt (set pressure): Dựa trên MAWP của hệ thống, thường chọn = MAWP hoặc thấp hơn 5-10%.
Lưu lượng xả yêu cầu: Tính theo công thức:
Đối với khí: Q=0.09×C×A×PρQ=0.09×C×A×ρP
Đối với lỏng: Q=C×A×2×ΔPρQ=C×A×2×ρΔP
Trong đó C là hệ số xả (thường 0.6-0.8), A là diện tích tiết diện van.
Nhiệt độ làm việc và nhiệt độ SIP.
Môi chất: Khí trơ, hơi nước, sản phẩm lỏng có độ nhớt, dung dịch CIP.
Kết nối đầu vào/ra: Clamp DN25, DN40, DN50, DN80...
Vật liệu gioăng: EPDM (nước, CIP lạnh), FKM (dung môi, nhiệt cao), PTFE (hóa chất), Silicone (dược phẩm).
Ví dụ: Hệ thống khí nén có P_set = 6 bar, P_abs = 7 bar, nhiệt độ 20°C, đường kính cửa van 25mm. Lưu lượng xả tối đa ≈ 120 m³/h (không khí). Với CO2, lưu lượng giảm khoảng 30%.
Sai số áp suất mở: ±3% đối với van lò xo chất lượng cao, ±5% đối với tiêu chuẩn công nghiệp.
Overpressure tối đa cho phép: 10% đối với van an toàn vi sinh (theo ASME BPE).
Trên thị trường Việt Nam, các thương hiệu van an toàn inox vi sinh nối clamp phổ biến:
Alfa Laval (Thụy Điển)
GEA (Đức)
Burkert (Đức)
Keofitt (Đan Mạch)
Vankimphat (Việt Nam – phân phối và gia công theo tiêu chuẩn quốc tế)
Van an toàn phải được lắp thẳng đứng (trục lò xo theo phương thẳng đứng) để đảm bảo lực lò xo chính xác.
Lắp trên cùng của hệ thống hoặc vị trí dễ xảy ra quá áp (sau bơm, trước van khóa, trên đỉnh bồn).
Không lắp van khóa giữa hệ thống và van an toàn.
Đường ống dẫn từ hệ thống đến van an toàn phải có đường kính tối thiểu bằng đường kính cửa vào van, không được thu hẹp.
Cửa xả của van phải được dẫn ra nơi an toàn, không gây nguy hiểm cho người vận hành.
Vệ sinh đầu clamp trên đường ống hoặc thiết bị.
Đặt gioăng làm kín mới (sanitary gasket) lên rãnh clamp.
Đặt van an toàn lên đầu clamp, căn chỉnh mặt bích.
Siết nhẹ kẹp clamp (tri-clamp) bằng tay, sau đó dùng cờ lê siết đều hai bên với lực khuyến nghị (thường 15-25 Nm tùy size).
Kiểm tra độ đồng tâm: không được nghiêng lệch.
Kết nối đường ống xả (nếu có).
Kiểm tra áp suất cài đặt trước khi vận hành.
Lắp van nằm ngang → lực lò xo lệch, áp suất mở thay đổi.
Quên gioăng hoặc dùng gioăng cũ bị biến dạng → rò rỉ vi sinh.
Siết clamp quá chặt làm biến dạng mặt bích.
Lắp van ở vị trí có rung động mạnh → lò xo mỏi nhanh.
Không có ống xả hướng ra ngoài → người vận hành bị phun khi van xả.
Kiểm tra bằng tay (test lever): Mỗi tháng một lần đối với hệ thống quan trọng.
Kiểm tra tại chỗ bằng thiết bị nạp áp: 6 tháng/lần.
Tháo kiểm tra toàn bộ, vệ sinh, thay gioăng: 12 tháng/lần hoặc sau mỗi lần có sự cố quá áp.
Hiệu chuẩn lại áp suất mở: 12 tháng/lần hoặc sau khi thay lò xo.
Cô lập hệ thống (giảm áp, xả sạch sản phẩm).
Tháo van ra khỏi hệ thống.
Vệ sinh van bằng dung dịch CIP hoặc siêu âm (với chi tiết nhỏ).
Kiểm tra bề mặt đĩa van, bệ van, gioăng bằng kính lúp hoặc thiết bị đo độ nhám.
Kiểm tra lò xo: độ đàn hồi, không có vết nứt, gỉ.
Lắp van vào bệ thử áp suất (test bench).
Tăng áp từ từ, ghi lại áp suất mở và áp suất đóng.
Nếu sai số vượt quá ±5% so với cài đặt ban đầu → điều chỉnh lại hoặc thay lò xo.
Vệ sinh lại, thay gioăng mới.
Lắp đặt trở lại hệ thống.
Gioăng bị cứng, nứt, biến dạng.
Bề mặt đĩa van hoặc bệ van bị xước, mòn, rỗ.
Lò xo bị giãn (chiều dài tự do thay đổi), rỉ sét.
Van không đóng kín hoàn toàn sau khi xả áp (rò rỉ ẩm hoặc có bọt khí).
Áp suất mở bị trôi sau nhiều lần hiệu chuẩn.
Để van trong túi nylon hàn kín hoặc hộp nhựa sạch.
Tránh ánh nắng trực tiếp, nhiệt độ cao, hóa chất ăn mòn.
Không để lò xo ở trạng thái nén trong thời gian dài (nới lỏng vít điều chỉnh).
| Tiêu chí | Van an toàn vi sinh nối clamp | Van xả áp thường |
|---|---|---|
| Độ kín | Tuyệt đối (0 rò rỉ) | Cho phép rò rỉ nhỏ |
| Vệ sinh | CIP/SIP được | Không thiết kế để vệ sinh |
| Vật liệu | Inox 316L đánh bóng | Gang, thép, đồng |
| Giá thành | Cao (500-3000 USD) | Thấp (50-300 USD) |
| Tiêu chí | Van an toàn | Màng phá hủy |
|---|---|---|
| Tái sử dụng | Có, sau khi đóng lại | Không, phải thay màng |
| Độ chính xác | ±3-5% | ±5-10% |
| Khả năng đóng kín | Có | Không (màng bị phá hủy) |
| Ứng dụng | Xả áp nhiều lần | Xả áp một lần, khi cần bảo vệ tuyệt đối |
Trong nhiều hệ thống vi sinh, người ta lắp van an toàn + màng phá hủy nối tiếp để tăng độ an toàn: màng phá hủy bảo vệ van khỏi bị ăn mòn, van bảo vệ hệ thống khi màng đã hỏng.
Bình lên men (bioreactor) 1000L – 10.000L.
Áp suất làm việc: 0.5-1.5 bar, nhiệt độ 37°C.
Van an toàn cài 1.8 bar, kết nối clamp DN40, gioăng silicone, có màng chắn PTFE.
Van xả khí CO2 và hơi nước trong quá trình tiệt trùng SIP.
Bồn lên men bia (fermenter) áp suất 0.8-1.2 bar.
Van an toàn inox 304 hoặc 316L, clamp DN50, lưu lượng xả CO2 lớn.
Thử bằng tay hàng tuần để tránh kẹt van do cặn men bia.
Hệ thống thanh trùng UHT (Ultra High Temperature) áp suất 6-8 bar, nhiệt độ 140°C.
Van an toàn chịu nhiệt cao, gioăng FKM, lò xo inox 316.
Lắp sau bơm tuần hoàn để tránh quá áp do bơm hỏng.
Áp suất 3-5 bar, nhiệt độ 80-95°C.
Yêu cầu độ nhám Ra ≤ 0.2µm, không có vùng chết.
Van an toàn có đầu dò vị trí để gửi tín hiệu về phòng điều khiển trung tâm.
Có. Xoay vít điều chỉnh theo chiều kim đồng hồ để tăng áp suất mở, ngược chiều để giảm. Tuy nhiên, mỗi van chỉ được cài đặt trong dải áp suất thiết kế của lò xo (ví dụ lò xo 2-6 bar không thể cài được 0.5 bar).
Không. Van an toàn vi sinh chất lượng cao phải đảm bảo độ kín tuyệt đối khi áp suất ≤ 95% P_set. Nếu bị rò rỉ, nguyên nhân có thể do gioăng hỏng, bề mặt bệ van bị xước, hoặc lò xo yếu.
Bạn muốn nhận khuyến mãi đặc biệt? Đăng ký ngay.
