(NB) Giáo trình Lắp đặt hệ thống tự động hóa 2 (Nghề: Sửa chữa thiết bị tự động hóa - Cao đẳng) được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Các thiết bị lắp đặt trên bảng điều khiển; Lắp đặt các thiết bị hiện trường; Máng cáp hệ thống ĐLTĐH; Bố trí và lắp đặt hệ thống ống phụ trợ và ống công nghệ; Bộ lọc, bộ điều chỉnh và bộ sấy khí. Mời các bạn cùng tham khảo!
BÀI 1: CÁC THIẾT BỊ LẮP ĐẶT TRÊN BẢNG ĐIỀU KHIỂN
Các công cụ lắp đặt bảng thiết bị và xem xét bố trí
Các bảng thiết bị cung cấp phương thức thuận tiện để định vị và tổ chức các thiết bị đo lường một cách tập trung, giúp dễ dàng quản lý và vận hành Một bảng thiết bị có thể chứa từ vài đến hàng trăm thiết bị, bao gồm các thiết bị điều khiển bằng điện hoặc trực tiếp như đồng hồ áp suất kết nối nguồn áp suất Việc lắp đặt bảng thiết bị đòi hỏi kỹ thuật viên tự động hóa phải có khả năng hiểu rõ các bản vẽ hệ thống, nhận biết đặc tính vật lý và các yêu cầu kỹ thuật của từng thiết bị để đảm bảo hoạt động chính xác và hiệu quả.
Các thiết bị đo lường được chế tạo với nhiều kích thước khác nhau, phù hợp cho các ứng dụng đa dạng Chúng có thể lắp đặt dạng chìm hoặc nổi, tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng và không gian lắp đặt Điểm kết nối của thiết bị đóng vai trò quan trọng và ảnh hưởng đến phương thức đấu nối vào bảng điều khiển Người lắp đặt cần cân nhắc kỹ các yếu tố này cùng với các thông số kỹ thuật khác để xây dựng một bảng thiết bị an toàn, hiệu quả và phù hợp với hệ thống.
1.1.1 Bố trí các thiết bị kiểu lắp đặt trên bảng
Người thiết kế hoặc vận hành thường đánh dấu vị trí thực tế trên bề mặt bảng thiết bị để lắp đặt các thiết bị đo Trong những trường hợp người lắp đặt đảm nhận công tác thiết kế và bố trí bảng thiết bị, họ cần sắp xếp các thiết bị theo một bố trí hợp lý và thuận tiện Việc đặt các thiết bị đo sao cho dễ đọc và truy xuất khi vận hành bộ điều khiển là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả công việc Ngoài ra, các yếu tố khác cần xem xét bao gồm việc tối ưu hóa vị trí thiết bị để thuận tiện cho việc bảo trì, kiểm tra, và điều chỉnh trong quá trình vận hành hệ thống.
• Có thiết bị nào khác nằm sau bảng thiết bị? Khoảng trống phía sau là gì?
• Loại ngõ vào, ra, và các kết nối khác có trên các thiết bị gắn bảng là gì? Vị trí của chúng ở đâu?
Các ngõ kết nối của thiết bị đo áp suất có thể nằm phía trước, sau, trên, dưới hoặc bên cạnh, tùy thuộc vào kiểu dáng và chức năng của từng thiết bị Hình 1-1 minh họa ba loại thiết bị đo áp suất đặc trưng, cho thấy sự khác biệt về kích thước, hình dạng và yêu cầu lắp đặt của từng loại Việc lựa chọn vị trí và phương thức kết nối phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả hoạt động và độ chính xác của thiết bị đo áp suất.
Các bảng thiết bị có các kích thước, hình dáng và khối lượng khác nhau, yêu cầu người lắp đặt xem xét kỹ khi định vị và gắn các thiết bị riêng lẻ Nhiều bảng thiết bị đi kèm giá lắp đặt cố định, giúp dễ dàng tiếp cận và tháo rời thiết bị Hầu hết các nhà sản xuất cung cấp hướng dẫn chi tiết về cách gắn thiết bị và sử dụng các giá đỡ hỗ trợ để đảm bảo quá trình lắp đặt chính xác Khi bố trí thiết bị đo trên bảng thiết bị có sẵn, người lắp đặt cần tuân thủ các hướng dẫn của nhà sản xuất, bao gồm lựa chọn dụng cụ phù hợp và cách bố trí thiết bị đo đúng kỹ thuật.
Khi định vị bảng thiết bị mới hoặc bảng thiết bị tại chỗ, việc xác định vị trí hợp lý là rất quan trọng để tránh bị cản trở trong quá trình vận hành và bảo trì Bố trí không gian xung quanh bảng thiết bị cần đủ rộng để thực hiện các hoạt động bảo dưỡng và sản xuất hàng ngày một cách dễ dàng Đồng thời, đảm bảo không gian đủ để công nhân có thể truy cập và đọc thông tin phía sau thiết bị khi xử lý sự cố, giúp nâng cao hiệu quả công việc và an toàn trong nhà máy.
Vị trí của bảng thiết bị cần được đặt sao cho tối đa hóa khả năng bảo vệ các đường ống trên cao khỏi nhiễm bẩn và hư hỏng Điều này giúp bảo vệ các thiết bị bên trong bảng khỏi các mảnh kim loại, bụi, bẩn và các vụn vật thể có thể gây hại trong quá trình lắp đặt Chọn vị trí phù hợp của bảng thiết bị là yếu tố quan trọng để đảm bảo an toàn và độ bền của hệ thống điện.
Khi lắp đặt hoặc bổ sung thiết bị vào bảng điện, cần ưu tiên xem xét các yếu tố an toàn để đảm bảo an toàn cho người sử dụng Tuân thủ quy trình khóa/treo thẻ thiết bị là bước quan trọng để ngăn chặn rủi ro trong quá trình lắp đặt. Trường hợp có thể, nên thao tác khi bảng điện đã được ngắt nguồn để giảm thiểu nguy cơ chập cháy hoặc điện giật Điều này giúp đảm bảo quy trình lắp đặt an toàn và tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn điện.
Việc nhận biết các thiết bị an toàn như bình chữa cháy, tay vịn an toàn và các thiết bị bảo hộ khác là rất quan trọng để đảm bảo an toàn cho mọi người Đảm bảo rằng các thiết bị này được lắp đặt rõ ràng, dễ nhận biết và không gây cản trở việc tiếp cận nhanh chóng trong trường hợp khẩn cấp Việc lắp đặt đúng vị trí và phù hợp giúp duy trì hoạt động bình thường của các thiết bị an toàn, góp phần nâng cao hiệu quả phòng chống rủi ro và đảm bảo an toàn tối đa cho không gian sử dụng.
Các thiết bị đo nhạy cảm với rung động, va đập và các tác động tương tự yêu cầu lắp đặt cẩn thận để đảm bảo độ chính xác Việc giảm thiểu nhiễu loạt như vậy là rất quan trọng, đặc biệt đối với các thiết bị mới lắp đặt cũng như các thiết bị đã có sẵn Đảm bảo nhiễu nhiễu ở mức thấp nhất giúp duy trì hiệu suất và độ chính xác của hệ thống đo lường.
Trong quá trình lắp đặt thiết bị, cần nhận biết và xử lý các cạnh sắc nhọn để đảm bảo an toàn Các cạnh của bảng thiết bị có thể trở nên sắc như dao, gây nguy hiểm và làm bị thương người lắp đặt cũng như người vận hành sau khi hoàn tất quá trình lắp đặt Việc kiểm tra và làm mịn các cạnh sắc là bước quan trọng để tránh các tai nạn không mong muốn.
Hình 1-1: Các thiết bị đo áp suất
1.1.1.1 Xác định thiết bị được lắp đặt
Bước đầu tiên khi chế tạo hoặc mua sắm bảng thiết bị là xác định rõ các thiết bị sẽ được lắp đặt trên bảng Việc này đòi hỏi người lắp đặt phải dựa vào sơ đồ P&ID để xác định chính xác vị trí và loại thiết bị cần thiết, đảm bảo quá trình thi công và vận hành sau này diễn ra thuận lợi và hiệu quả.
Sơ đồ P&ID (Piping and Instrumentation Diagram) là bản đồ hệ thống công nghệ thể hiện rõ vị trí và kết nối của các thiết bị trong quy trình công nghiệp Nó xác định chức năng của từng thiết bị, từ đó giúp quản lý và vận hành hệ thống hiệu quả hơn Các sơ đồ này còn thể hiện mối quan hệ giữa các thành phần trong hệ thống, đảm bảo việc lắp đặt và vận hành diễn ra chính xác và tiện lợi.
Các ký hiệu thiết bị như vòng tròn, ký tự, con số và đường thẳng là những biểu tượng quan trọng cung cấp thông tin chi tiết về thiết bị Những ký hiệu này giúp xác định chính xác loại thiết bị, chức năng của từng thiết bị, cũng như cách kết nối chúng trong hệ thống Việc hiểu rõ các ký hiệu thiết bị là yếu tố quan trọng để đảm bảo lắp đặt và vận hành hệ thống một cách chính xác và hiệu quả.
Vòng chứa các đường thẳng, ký tự và số giúp xác định chính xác vị trí của thiết bị trong hệ thống công nghệ Nó còn thể hiện chức năng của thiết bị, như đo lường, chỉ thị, ghi lại dữ liệu hoặc điều khiển quá trình sản xuất Nhờ vào các ký hiệu này, quá trình vận hành trở nên rõ ràng và dễ dàng kiểm soát hơn.
Hoàn thiện sơ đồ bố trí
Trong các cơ sở công nghiệp lớn, nhiều vòng thiết bị đo thường được lắp đặt để đảm bảo đo lường chính xác Hơn nữa, các nguồn năng lượng và phương thức truyền thông đa dạng giữa các thiết bị thường tồn tại trong hệ thống phòng điều khiển Để lắp đặt các bảng thiết bị một cách chính xác, người thợ cần hiểu rõ các kỹ thuật gắn thiết bị vào bảng và cách kết nối phù hợp nhằm đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống.
Trước khi thực hiện các công việc cắt, khoan hoặc lắp đặt, người thợ phải sử dụng bảng mẫu để bố trí vị trí thiết bị một cách chính xác Bảng mẫu là bản thiết kế đầy đủ kích thước, thể hiện rõ vị trí cần tạo lỗ và vết cắt trên bề mặt bảng, giúp đảm bảo quá trình lắp đặt diễn ra chính xác và hiệu quả Trong quá trình chế tạo bảng, người lắp đặt dùng các bảng mẫu để chỉ thị vị trí cắt hoặc uốn, từ đó đảm bảo các bước thực hiện đúng theo thiết kế ban đầu.
Bảng mẫu được chế tạo từ các bảng phác thảo hoặc bản vẽ, thường làm từ giấy dày hoặc bìa carton Người lắp đặt có thể chuyển phát thảo của bảng mẫu trực tiếp lên bề mặt của thiết bị cần cắt hoặc khoan, giúp đảm bảo chính xác trong quá trình thi công Họ cũng có thể dán hoặc cố định bảng mẫu lên bề mặt của thiết bị và sử dụng dụng cụ cắt, khoan để đi theo các đường nét của bảng mẫu, tăng độ chính xác và hiệu quả trong công việc.
Hầu hết các nhà sản xuất đính kèm với các sản phẩm gắn bảng của họ một bảng mẫu lắp đặt
Hình 1-20 trình bày ví dụ về một mẫu đơn giản do nhà sản xuất cung cấp, giúp người dùng dễ dàng thực hiện lắp đặt Các hướng dẫn lắp đặt thường nhấn mạnh về yêu cầu kích thước cắt chính xác để đảm bảo thiết bị phù hợp Trong hình 1-20, các kích thước quan trọng bao gồm chiều rộng 8 inch (21,6 cm) và chiều dài 10 ⅛ inch (25,7 cm), giúp người dùng xác định chính xác các bước cắt và lắp đặt.
Hình 1-20: Kích thước của nhà sản xuất
Khi lắp đặt bảng thiết bị, cần đảm bảo rằng kết cấu cửa không ảnh hưởng đến hoạt động của thiết bị, đồng thời thiết bị phải phù hợp với tiêu chuẩn và điều kiện môi trường nơi chúng được lắp đặt.
Trong quá trình thiết kế và lắp đặt, cần chú ý không phác thảo phần cắt của bảng lớn hơn phần thiết bị để tránh mất khả năng lắp đặt chính xác, vì thiết bị có thể không phù hợp vị trí Luôn ghi chú tất cả các mặt bích liên quan đến thiết bị và ghi lại kích thước phần cắt từ cạnh trong của mặt bích để đảm bảo độ chính xác Một số thiết bị đo có cơ cấu điều chỉnh khi lắp đặt bảng, giúp thực hiện hiệu chỉnh trong phạm vi kích thước của lỗ cắt, đảm bảo phù hợp và an toàn Các đường kẻ phải nằm phía trong đường cắt, nhằm tránh để lại vết xước trên bề mặt bảng thiết bị sau khi lắp đặt, giữ cho bề mặt luôn sạch sẽ và dễ bảo trì.
Sản phẩm cuối cùng đóng vai trò vô cùng quan trọng trong quá trình chế tạo Đối với những bảng cần có bề mặt bóng hoặc hoàn thiện cao, việc bảo quản chất lượng vật liệu bề mặt là yếu tố then chốt Các bảng này thường được phủ lớp phim nhựa màu hoặc trong suốt để bảo vệ khỏi trầy xước và hư hại trong quá trình gia công Để đảm bảo tính thẩm mỹ và chất lượng của sản phẩm, phim bảo vệ nên được giữ nguyên trong suốt quá trình chế tạo.
Luôn kiểm tra kỹ bảng mẫu và các kích thước in sẵn với thiết bị thực tế đã lắp đặt để đảm bảo chính xác Trong một số trường hợp hiếm, bảng mẫu đi kèm thiết bị có thể có lỗi, dẫn đến nguy cơ cắt quá lớn trên bề mặt bảng Để tránh nhầm lẫn và sai sót, hãy dành thời gian kiểm tra kỹ kích thước trước khi thực hiện cắt, theo quy tắc "đo hai lần, cắt một lần" Việc chuẩn bị bảng mẫu dựa trên kích thước của nhà sản xuất (theo hình 1) giúp đảm bảo quá trình thi công chính xác và tránh lãng phí vật liệu.
Để bắt đầu, sử dụng một thước vuông kim loại và một cây bỳt chờ để vẽ hình chữ nhật có kích thước 8 ¼” x 10 ⅛” (21,6 cm x 25,7 cm) lên mảnh bìa giấy cứng Tiếp theo, cắt bỏ phần bìa thừa để hoàn thiện hình dạng mong muốn (hình 1-21) Quá trình này đảm bảo đường nét chính xác và hình dạng rõ ràng, phù hợp cho các dự án sáng tạo thủ công.
Hình 1-21: Chuẩn bị bảng mẫu
1.2.2 Tạo vết cắt và lắp đặt thiết bị
Trước khi tiến hành cắt bảng, cần đảm bảo rằng các bề mặt, mặt bích của thiết bị, và cơ cấu điều chỉnh không ảnh hưởng đến các thiết bị kế bên Việc kiểm tra khoảng trống giữa các thiết bị là quan trọng để tránh va chạm hoặc gây cản trở trong quá trình cắt Ngoài ra, nên lưu ý rằng một số thiết bị yêu cầu nhiều không gian hơn để lắp đặt hoặc điều chỉnh bề mặt sau khi cắt, nhằm đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn.
Lý tưởng, bạn sẽ bắt đầu với một bảng vẽ thể hiện rõ các thiết bị đặc biệt được sử dụng, vẽ theo tỷ lệ chính xác tại vị trí của chúng trong hệ thống Cần luôn đo đạc kỹ các cơ cấu điều chỉnh và rỡa của thiết bị, đồng thời đảm bảo có khoảng hở tối thiểu khoảng 13mm giữa rở của hai thiết bị nằm cạnh nhau Nhiều bảng thiết bị còn phải được khắc nhãn để nhận diện rõ ràng thiết bị và chức năng của chúng hoặc quá trình liên quan Đảm bảo có đủ không gian để lắp đặt các nhãn phù hợp, giúp thuận tiện trong quá trình vận hành và bảo trì.
Dưới đây là các bước cơ bản để phác thảo và cắt một lỗ hở hình chữ nhật trên bảng thiết bị Quá trình này giúp đảm bảo việc cắt chính xác và an toàn cho dự án của bạn Lưu ý rằng, hầu hết các lỗ hở hình tròn có thể được thực hiện dễ dàng bằng cách sử dụng cưa lỗ hoặc khoan bậc thang, giúp tiết kiệm thời gian và công sức Việc nắm vững các bước này là cần thiết để đảm bảo độ chính xác và chất lượng của các lỗ hở trên bảng vật liệu của bạn.
Đầu tiên, quét màu lên khu vực muốn vẽ, sau đó để màu khô Tiếp theo, đặt bảng mẫu lên bề mặt bảng và cố định bằng băng dính, đảm bảo bảng thẳng góc với cạnh ngoài của bảng Sử dụng mũi kẻ vạch để đánh dấu đường viền của bảng mẫu cùng các điểm nhấn tại góc để dễ phân biệt, như trong hình 1-22 Lưu ý không cắt phần băng dính đang giữ bảng mẫu khỏi bề mặt bảng Khi lấy bảng mẫu ra, có thể vẽ các đường góc bằng mũi kẻ và thước thẳng nếu cần thiết Trong quá trình vẽ, chỉ cần dùng lực nhẹ để kẻ, không cần thiết phải làm xước sâu bề mặt bằng mũi nhọn.
Hình 1-22: Cách kẻ một đường thẳng
Bước 2 quan trọng là tháo bảng mẫu khỏi bảng dựa trên các dấu đã có, sử dụng mũi kẻ vạch và thước thẳng kim loại để kẻ lại tất cả các đường thẳng nếu cần thiết.
Bước 3 trong quá trình cắt gỗ yêu cầu tạo lỗ trước khi bắt đầu cắt từ bên trong khu vực được đánh dấu, tránh bắt đầu từ cạnh của bảng Đầu tiên, cần tạo một lỗ khoan đủ lớn để lưỡi cưa có thể đi vào và hoạt động chính xác; kích thước lỗ dựa trên kích thước của lưỡi cưa hoặc dụng cụ cắt Thông thường, các nhà chế tạo cưa cung cấp hướng dẫn giúp chọn lưỡi cưa phù hợp với loại vật liệu cần cắt Ví dụ, trong trường hợp sử dụng cưa lộng chạy điện (power jigsaw), lưỡi cưa rộng 6.4 mm, và lỗ khoan rộng 10 mm sẽ phù hợp để đảm bảo lưỡi cưa không bị che khuất khi cắt.
BÀI 2: LẮP ĐẶT CÁC THIẾT BỊ HIỆN TRƯỜNG
Chân đế thiết bị
Việc lắp đặt thiết bị đúng cách là yếu tố quyết định đến độ chính xác và tuổi thọ của thiết bị Ví dụ, một thiết bị đo chênh áp gắn chân đế phải được lắp đặt đúng mức ngang và thẳng đứng để tránh sai số do chiều cao giữa các phía áp suất cao và thấp thay đổi Phần này trình bày các phương pháp lắp đặt và chế tạo chân đế an toàn, cũng như hướng dẫn cách gắn thiết bị vào chân đế một cách chính xác để đảm bảo hoạt động hiệu quả và ổn định.
2.1.1 Thiết bị gắn trên chân đế
Hầu hết các thiết bị công nghiệp hiện trường đều được lắp đặt trên chân đế bằng ống, còn gọi là “stanchions” Những chân đế này có thể được gắn cố định trên nền hoặc hàn vào các trụ, nhưng điểm chung là tất cả đều được thiết kế để lắp đặt theo chiều thẳng đứng, đảm bảo sự ổn định và chính xác trong quá trình vận hành.
Thông thường, chân đế ống thiết bị (instrument pipe stand) được chế tạo với kích thước lắp đặt 2” (DN50 để phù hợp với tiêu chuẩn công nghiệp) Thiết bị thường được gắn vào ống bằng ngàm giữ (bracket), phần này thường được cung cấp bởi nhà sản xuất nhưng không phải lúc nào cũng vậy Nhân viên tự động hóa cần kiểm tra kỹ lưỡng các đặc tính kỹ thuật của chân đế ống thiết bị theo từng dự án, đặc biệt về tính chính xác của kích thước, kiểu dáng và vật liệu để đảm bảo phù hợp và an toàn trong quá trình thi công.
2.1.1.1 Chân đế gắn trên sàn
Các ví dụ về chân đế ống gắn trên sàn đúc sẵn được trình bày rõ trong hình 2-1, cho thấy tính đa dạng và linh hoạt của các mô-đun này Chân đế ống có thể hoạt động độc lập hoặc kết hợp với các mô-đun phụ để tạo thành các cụm hỗ trợ đa dụng Những giải pháp này phù hợp để hỗ trợ các thiết bị ở mọi vị trí khác nhau, tăng tính linh hoạt và tiết kiệm không gian trong hệ thống của bạn.
Hình 2-1A trình bày phần mở rộng ống 2” (DN50) cao 52” (132 cm), phù hợp để hỗ trợ các thiết bị có kích thước và trọng lượng vừa phải Hình 2-1B thể hiện phần mở rộng ống 3” (DN80) cao 52” (132 cm), dùng để hỗ trợ các cụm thiết bị lớn và nặng hơn Tổ hợp hình 2-1C kết hợp phần mở rộng ống 3” dài 40” (101,6 cm) với phần ống 2” dài 12” (30,5 cm), thiết kế đảm bảo sự chắc chắn của chân đế ống 3” kết hợp với khả năng lắp đặt tiện lợi của ống 2”.
Hình 2-1: Chân đế gắn trên sàn đúc sẵn
Ba kiểu chân đế thiết bị bằng ống điển hình được thể hiện trong hình 2-2 Chân đế kiểu
Chân đế có thể được lắp đặt trực tiếp trên sàn bê tông để hỗ trợ một thiết bị đơn lẻ, đảm bảo sự ổn định và chắc chắn Loại chân đế kiểu 2 được lắp đặt theo cách giống với kiểu 1 nhưng có khả năng giữ được hai thiết bị cùng lúc, tăng hiệu quả sử dụng và tiết kiệm không gian.
Kích thước thực tế của các chân đế sẽ thay đổi theo từng dự án, nhưng thường được thể hiện rõ trong các bản vẽ chi tiết lắp đặt thiết bị Các kỹ thuật chế tạo chân đế loại ống được đề cập trong phần này đảm bảo phù hợp với yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn dự án Việc nắm rõ kích thước và quy trình sản xuất giúp tối ưu hóa hiệu quả lắp đặt và vận hành hệ thống.
Hình 2-2: Chân đế bằng ống
Thiết bị hiện trường kiểu lắp đặt trên tường thường được sử dụng trong các nhà máy khi giá đỡ không thể lắp đặt trên sàn do nhiều yếu tố như vật liệu bị ăn mòn, thiếu mặt sàn hoặc nền hỗ trợ Trong những trường hợp này, việc lắp đặt trên tường giúp đảm bảo sự ổn định và an toàn cho thiết bị Ngoài ra, các điều kiện môi trường đòi hỏi phải để diện tích sàn quanh thiết bị mở để đảm bảo hoạt động hiệu quả và dễ bảo trì.
Việc lắp đặt thiết bị trên tường gần khu vực đang được điều khiển hoặc theo dõi mang lại sự thuận tiện tối đa Các thiết bị ít cần bảo dưỡng thường được lắp đặt cố định trên tường để tăng tính ổn định Trong khi đó, những thiết bị yêu cầu bảo dưỡng thường xuyên lại được gắn trên chân đế, giúp dễ dàng tiếp cận và bảo trì.
Ngàm giữ treo tường có thể được chế tạo từ nhiều loại vật liệu như thép cacbon, thép không rỉ, PVC hoặc các vật liệu phù hợp với môi trường lắp đặt Các dự án thường đi kèm dữ liệu kỹ thuật chi tiết để chỉ định chế tạo chân đế thiết bị tại công trường, đảm bảo tính phù hợp và an toàn Việc kiểm tra kỹ các đặc tính kỹ thuật này trước khi lắp đặt thiết bị là cần thiết để đảm bảo hiệu quả và độ bền của hệ thống.
3 minh họa một chân đế kiểu gắn tường đơn kiểu 3 đơn giản Ngàm giữ chữ T có thể được thêm vào để giữ hai hoặc nhiều thiết bị
Hình 2-3: Chân đế gắn tường đơn kiểu 3
Trong phần này, chúng tôi trình bày các quy trình cần thiết để chế tạo chân đế lắp sàn hai thiết bị cùng mặt đế, nhằm đảm bảo độ chính xác và độ bền cao Chân đế được chế tạo từ ống thép cacbon 2” (DN50) và tấm thép dày 3/8” (khoảng 10mm), phù hợp để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của dự án Quá trình sản xuất chân đế dựa trên mẫu lắp sàn hai thiết bị kiểu 2 như minh họa trong hình 2, giúp đảm bảo tính đồng bộ và dễ dàng lắp đặt Việc sử dụng vật liệu chất lượng cao cùng các kỹ thuật chế tạo tiên tiến góp phần nâng cao tuổi thọ và hiệu suất vận hành của hệ thống.
2 Luôn nhớ rằng các đặc tính kỹ thuật ở một dự án cụ thể có thể hoặc không cho phép chân đế thiết bị được chế tạo tại công trường Nếu cho phép chế tạo chân đế tại công trường, cấu trúc chi tiết chẳng hạn như loại vật liệu, kích thước ống, kích thước mặt đế, chiều cao, và những yếu tố khác có thể được điều chỉnh bởi những đặc tính kỹ thuật này Luôn kiểm tra các đặc tính kỹ thuật trước khi lắp bất kỳ thiết bị nào, ngoài việc kiểm tra hướng dẫn lắp đặt do nhà chế tạo cung cấp
2.1.2.1 Công cụ và vật liệu cần thiết
Trong quá trình chế tạo chân đế, một số công cụ và vật liệu cần thiết đã được trình bày rõ trong hình 2-4, tùy thuộc vào phương pháp lắp ráp và vật liệu thi công cụ thể Các công cụ và vật liệu này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo quá trình thi công chân đế diễn ra thuận lợi và chính xác Việc chuẩn bị đầy đủ các thiết bị cần thiết sẽ hỗ trợ hiệu quả trong quá trình lắp ráp, góp phần nâng cao độ bền và chất lượng của sản phẩm cuối cùng.
• Màu để đánh dấu bố cục (tùy chọn)
• Cưa bàn để cắt ống
• Mỏ hàn cắt bằng oxy để cắt tấm thép
• Bút chì hoặc bút đánh dấu bằng đá xà phòng (soapstone)
• 10 foot (≈3,1 m) ống thép cacbon loại 2” (DN50) Schedule 40
• Tấm thép nhẹ 3/8” (≈10 mm); kích thước tối thiểu 8” (≈20 cm) x 12” (≈31 cm)
• Thợ hàn đã được chứng nhận với thiết bị SMAW
Hình 2-4: Các dụng chế tạo
Việc sử dụng đúng và an toàn các công cụ đã được đề cập trong các môn học trước là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả và an toàn khi chế tạo chân đế thiết bị Hiểu rõ về các công cụ này và sử dụng đúng cách là yếu tố then chốt để thành công trong quá trình chế tạo Không nên cố gắng làm chân đế khi chưa nắm vững các kỹ năng cần thiết và các lưu ý về an toàn liên quan đến các công cụ để tránh rủi ro và đảm bảo chất lượng sản phẩm.
2.1.2.2 Đo và cắt ống và tấm
Bước đầu tiên trong quy trình là đánh dấu và cắt ba đoạn ống cần thiết cho phần trên của chân đế Để thực hiện chính xác, cần xác định đường tâm của ống bằng cách chia ống thành 4 phần và tiến hành đánh dấu rõ ràng Việc này giúp đảm bảo các đoạn ống được cắt chính xác, tối ưu hóa quá trình lắp đặt và đảm bảo độ chính xác của kết cấu.
Thiết bị gắn nối tiếp với đường ống
Trong công nghiệp tự động hóa, phần lớn các ứng dụng gắn nối tiếp đường ống liên quan trực tiếp đến đo lường và điều khiển lưu lượng Các thiết bị đo lưu lượng phong phú, ngày càng đa dạng nhờ công nghệ mới liên tục được phát triển Các kỹ thuật đo lưu lượng phổ biến gồm chênh áp, vận tốc, thể tích, khối lượng và lưu lượng kế biến đổi diện tích, đáp ứng nhiều nhu cầu điều khiển quá trình khác nhau.
2.2.1 Lưu lượng kế chênh áp
Lưu lượng kế chênh áp đo lưu lượng dựa trên nguyên tắc xác định lưu lượng qua việc đo chênh lệch áp suất (ΔP) trên vật cản trong hệ thống ống dẫn Thiết bị giảm áp này giúp tăng tốc dòng chảy và giảm áp suất tại điểm cản, từ đó truyền đạt chính xác thông tin về lưu lượng Các ví dụ phổ biến của thiết bị giảm áp chênh áp bao gồm tấm đục lỗ, ống nozzle và ống venturi, đều được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp đo lường lưu lượng lưu chất trong hệ thống ống.
Phương trình để xác định quan hệ giữa áp suất chênh qua thiết bị giảm áp với lưu lượng là:
- K = hằng số theo đường ống và loại chất lỏng
- DP = độ chênh lệch áp suất qua thiết bị giảm áp
Hằng số (K) phụ thuộc vào các yếu tố như loại chất lỏng, nhiệt độ chất lỏng và kích thước của đường ống công nghệ Thiết bị giảm áp và cấu hình của chúng cũng ảnh hưởng đến giá trị của hằng số (K) Trong bài viết này, chúng tôi sẽ thảo luận về ba loại thiết bị đo lưu lượng giảm áp phổ biến nhất và hướng dẫn cách lắp đặt chúng để đảm bảo độ chính xác cao nhất.
2.2.1.1 Tấm đục lỗ, ống Nozzle, và ống Venturi
Tấm đục lỗ là thiết bị giảm áp phổ biến nhất được sử dụng để đo lưu lượng trong các hệ thống điều khiển quá trình Thường thì, tấm đục lỗ mỏng có lỗ hở đồng tâm với đường kính trong của ống, giúp đảm bảo chính xác trong đo lường Ngoài ra, lỗ hở có thể được thiết kế lệch tâm hoặc phân đoạn để phù hợp với các yêu cầu cụ thể của hệ thống đo lường, như đã trình bày trong hình 2-21.
Tấm đục lỗ loại lệch tâm thường được sử dụng khi điểm kết nối áp suất phía hạ nguồn không thể đặt gần khi dùng tấm đục lỗ đồng tâm để đạt độ chính xác cần thiết Tấm đục lỗ phân đoạn được xem là phiên bản giới hạn của tấm đục lỗ đồng tâm, cho phép điểm kết nối áp suất phía hạ nguồn nằm xa hơn về phía hạ nguồn và ít gây cản trở trong đường ống đối với chất lỏng bẩn.
Tấm đục lỗ thường được thiết kế để đo lưu lượng chính xác theo một hướng, trong khi một số loại có thể đo theo hai chiều nhưng giảm độ chính xác Hình 2-22 trình bày cả hai dạng tấm đục lỗ: cạnh vuông và cạnh vát Tấm cạnh vát chỉ phù hợp để sử dụng cho dòng chảy một chiều, còn tấm cạnh vuông, nhờ đặc điểm giống nhau ở cả hai mặt, có thể đo dòng chảy hai chiều một cách hiệu quả.
Hình 2-22: Các thiết kế tấm đục lỗ
Các tấm đục lỗ thường được lắp đặt giữa các mặt bích trong đường ống để đo lưu lượng chất lỏng hoặc khí Những mặt bích tấm đục lỗ đặc biệt, dày và có các ngõ lấy áp suất xuyên qua, thường được sử dụng trong các hệ thống này Trong nhiều trường hợp, tấm đục lỗ có thể được hàn trực tiếp vào ống, tuy nhiên, đối với các lắp đặt có mối hàn, người ta thường sử dụng ống nozzle hoặc ống venturi để cải thiện hiệu xuất đo lường Các thiết bị này có hai ưu điểm chính: phần áp suất bị giảm vĩnh viễn nhỏ hơn so với tấm đục lỗ cùng kích thước, và khả năng điều tiết lưu lượng lớn hơn, lên đến gần 60%, giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác của hệ thống.
Ống nozzle có mặt bích thường được lắp đặt giữa các mặt bích của hệ thống đường ống để đảm bảo kết nối chắc chắn Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, ống nozzle được hàn tại chỗ bên trong đường ống hoặc cố định chặt chẽ bằng cách hàn trực tiếp vào vòng hàn trong ống, giúp đảm bảo độ kín và độ bền của hệ thống.
Quá trình lắp đặt tấm đục lỗ hoặc ống nozzle giữa các mặt bích phải đảm bảo đúng theo hướng dòng chảy, giúp tối ưu hiệu suất hoạt động của hệ thống Các tấm đục lỗ cần có cạnh không vát hướng về phía thượng nguồn và hướng vát về phía hạ nguồn để đảm bảo lưu lượng dòng chảy chính xác Ngoài ra, các tấm đục lỗ có chữ khắc rõ ràng trên mặt vào của thẻ tên, giúp nhận diện và kiểm tra dễ dàng trong quá trình lắp đặt và bảo trì.
Hình 2-23: Ống nozzle và ống venturi
Hình 2-24: Lắp đặt tấm đục lỗ/ống nozzle điển hình
Hình 2-25 minh họa cách định tâm tấm đục lỗ hoặc ống nozzle, trong đó ống nozzle phải được đặt trong đường ống nhô ra về phía hạ nguồn từ mặt bích, với lỗ hở lớn ở phía thượng nguồn để đảm bảo lưu lượng chất lỏng dễ dàng đi qua Ống nozzle còn có thẻ tên chỉ thị phía thượng nguồn giúp xác định đúng hướng vận hành Đối với các bộ phận như venturi, thường có mũi tên hoặc chỉ thị rõ ràng để thể hiện hướng dòng chảy của chất lỏng qua thiết bị, giúp dễ dàng lắp đặt và vận hành chính xác.
Khi lắp đặt phần tử sơ cấp, cần chú ý đến vị trí của hỗ thoát đi qua phần tử sơ cấp để đảm bảo hoạt động hiệu quả Thẻ tên phải được đặt thẳng đứng khi lắp theo chiều ngang để dễ dàng xác định và kiểm tra Ngoài ra, khi lắp theo chiều đứng, thẻ tên phải tạo thành góc 90 độ với lỗ lấy áp suất nhằm đảm bảo đo lường chính xác và tránh sai lệch trong quá trình vận hành.
Đảm bảo phần tử sơ cấp nằm chính xác tại tâm là yếu tố quan trọng trong quá trình lắp đặt hệ thống Phương pháp định tâm bằng cách sử dụng đường kính ngoài của mặt bích làm dẫn hướng giúp đạt được độ chính xác cao Đầu tiên, cần đo độ đồng tâm giữa mặt bích và đường kính trong của ống, sau đó, phần tử sơ cấp được dịch chuyển để đạt độ lệch giữa các phép đo là tối thiểu Các mặt bích đặc biệt có thiết kế hàng loạt các tấm đục lỗ trước giúp giảm thiểu công sức cần thiết để định vị chính xác phần tử sơ cấp.
Tấm đục lỗ phân đoạn và đồng tâm thường được trang bị chốt định tâm để đảm bảo vị trí chính xác của các lỗ hở theo ống Việc định vị chính xác giúp các lỗ hở trên các tấm đục lỗ liên thông hiệu quả với nhau và nằm ở phía đối diện của đường ống từ các điểm lấy áp suất Điều này đảm bảo tính chính xác và hiệu suất của hệ thống đường ống, giảm thiểu rủi ro lắp đặt sai lệch.
2.2.1.2 Các kiểu kết nối lỗ áp suất (pressure tap connections)
Trong hệ thống kết nối lỗ áp suất, có ba phương pháp chính được sử dụng theo nguyên tắc kỹ thuật Đầu tiên là phương pháp đầu nối hàn lồng (socket-weld adapter), giúp đảm bảo kết nối chắc chắn và độ kín cao Thứ hai là phương pháp hàn nửa khớp nối (welded half-coupling), phù hợp với các ứng dụng yêu cầu độ bền và khả năng chịu áp lực lớn Cuối cùng là phương pháp kết nối ren, thường áp dụng cho các hệ thống cần tháo lắp dễ dàng và linh hoạt trong vận hành.
Hình 2-26: Các phương pháp kết nối lỗ áp suất
Phương pháp đầu nối hàn lồng được ưa chuộng và khuyến nghị nhờ khả năng tạo kết nối chắc chắn, giảm thiểu nguy cơ lỗi hệ thống đo do kết nối kém Đầu nối hàn lồng đi kèm bộ phụ kiện ghép nối phù hợp với điều kiện áp suất trên 300 psig (2.068 kPa) và nhiệt độ lên tới 550°F, đảm bảo độ bền và độ tin cậy cao trong các ứng dụng đo lường công nghiệp.
Thiết bị gắn bồn
Thiết bị đo mức gắn trên bồn chứa thường sử dụng cảm biến mức hoặc các thiết bị phân tích khác nhằm theo dõi lượng chất trong bồn Do dòng chảy của vật liệu quá trình không ảnh hưởng đến các phép đo này, việc đo mức trở thành phương pháp phổ biến nhất Các cảm biến mức giúp đảm bảo quản lý chính xác lượng chất trong bồn, tối ưu hóa quá trình sản xuất và nâng cao hiệu quả vận hành.
Quy trình lắp đặt thiết bị đo mức có thể gặp nhiều thách thức, đặc biệt khi người thợ phải leo lên đỉnh bồn hoặc thùng để lắp đặt phần cứng và treo các thiết bị điện tử trong môi trường khó khăn Việc làm việc trong điều kiện không thuận lợi có thể dẫn đến việc người thợ lắp đặt đi đường tắt hoặc bỏ qua các bước cẩn trọng, ảnh hưởng đến độ chính xác và an toàn của hệ thống Khi lắp đặt các thiết bị đo trên cấu trúc như bồn và bể chứa, cần tuân thủ đầy đủ các quy định về mã địa phương và quốc gia về hệ thống cáp tín hiệu, lắp đặt mặt bích, và xâm nhập bồn chứa để đảm bảo độ bền và an toàn cho hệ thống Các loại mặt bích khác nhau và cách lắp đặt chính xác của chúng sẽ được trình bày cụ thể trong phần tiếp theo.
Các kỹ thuật đọc liên tục như tần số radio (RF) và siêu âm đòi hỏi sắp đặt cẩn thận các phần tử cảm biến để đảm bảo độ chính xác Các cảm biến phải luôn được gắn vuông góc với bề mặt của chất lỏng cần đo, cách xa mức di chuyển của chất lỏng để tránh sai số Mặc dù độ chính xác có thể khác nhau tùy theo nhà sản xuất và công nghệ, việc duy trì khoảng cách hợp lý từ phía bồn là yếu tố quan trọng để đảm bảo kết quả đo chính xác Trong các ứng dụng RF liên tục, việc nối đất bồn cũng có thể cần thiết để nâng cao hiệu quả đo và độ ổn định của hệ thống.
Các đầu dò mức không được phép tiếp xúc trực tiếp với thành bồn để tránh gây lỗi đo Sự dịch chuyển của đầu dò có thể xảy ra, đặc biệt trong quá trình xả sản phẩm rắn, ảnh hưởng đến độ chính xác của các phép đo mức Việc lắp đặt đúng vị trí và kiểm tra định kỳ giúp đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống cảm biến mức.
2.3.1.1 Đầu dò kiểu điện dung (đầu dò RF)
Tụ điện là thiết bị gồm hai vật dẫn điện gắn vào hai bản kim loại cách điện với nhau bằng vật liệu không dẫn điện (điện môi), có khả năng lưu trữ điện tích khi hai vật dẫn có điện thế khác nhau Khả năng lưu trữ điện tích của tụ điện được đo bằng đơn vị farad, giúp xác định hiệu quả của tụ trong các ứng dụng lưu trữ điện năng Các hệ thống đo mức sử dụng tụ điện thường được gọi là hệ thống RF hoặc cảm biến mức dẫn nạp, phù hợp với các ứng dụng đo mức dẫn nạp trong kỹ thuật điện tử.
Các bản cực của tụ điện được xác định bởi diện tích và khoảng cách giữa chúng Điện môi đặt giữa hai bản cực có đặc tính gọi là hằng số điện môi, thể hiện giới hạn phản ứng của vật liệu đối với điện trường Điện dung của tụ điện được tính dựa trên các yếu tố này để đảm bảo hiệu quả hoạt động tối ưu trong các mạch điện tử.
- D = khoảng cách giữa hai bản cực
Điện dung của tụ điện thay đổi dựa trên mức chất lỏng trong bồn khi diện tích các bản cực và khoảng cách giữa chúng giữ nguyên Sự biến đổi này phụ thuộc vào hàm số của hằng số điện môi của chất điện môi giữa hai bản cực Khi mức chất lỏng dâng lên hoặc hạ xuống, điện dung thay đổi tỷ lệ thuận với mức này, do ảnh hưởng của chất lỏng dẫn điện hoặc không dẫn điện Vì vậy, cần thiết phải sử dụng hai loại đầu dò khác nhau cho các trường hợp chất lỏng dẫn điện và không dẫn điện, với đầu dò ở trung tâm có thể được cách điện hoặc không Hình 2-44 minh họa các ví dụ về từng loại đầu dò, làm rõ sự khác biệt về cách điện của đầu dò ở tâm.
Trong quá trình lắp đặt, đầu dò điện dung cần được gắn sao cho không bị ảnh hưởng bởi dòng chảy vật liệu hoặc va đập, nhằm đảm bảo kết quả đo chính xác và tránh hỏng hóc thiết bị Khi đo các vật liệu điện môi thấp, việc phủ kín toàn bộ đầu dò, không chỉ phần đầu, là điều quan trọng để đảm bảo độ chính xác của phép đo Nếu sử dụng phần cán hoặc cáp mở rộng, chiều dài che phủ đầu dò nên từ 8 đến 12 inch (tương đương 20 đến 30 cm) để tối ưu hóa hiệu quả đo và độ bền của cảm biến.
Khi lắp đặt đầu dò, cần đảm bảo đầu dò không tiếp xúc trực tiếp với thành bồn hoặc các bộ phận kết cấu của bồn để đảm bảo độ chính xác Nếu sử dụng cáp mở rộng, hãy để dây cáp đu đưa tự nhiên khi mức vật liệu trong bồn tăng lên, tránh tiếp xúc trực tiếp với thành bồn Đầu dò không nên gắn ở những vị trí có khả năng tạo thành cầu nối vật liệu giữa đầu dò và thành bồn, nhằm đảm bảo phép đo chính xác và an toàn Ngoài ra, cần tránh gắn đầu dò ở góc hướng lên để ngăn chặn tích tụ vật liệu gây ảnh hưởng đến kết quả đo.
Hình 2-44: Sử dụng đầu dò điện dung
Trong quá trình lắp đặt nhiều cảm biến mức điện dung trong cùng một bồn, cần duy trì khoảng cách tối thiểu 18 inch (46 cm) giữa các đầu dò để tránh hiện tượng nhiễu điện từ do trường điện tử gây ra Khi các cảm biến được cài đặt gần nhau hơn, chúng có thể gây nhiễu lẫn nhau, ảnh hưởng đến độ chính xác của dữ liệu đo đạc Đặc biệt, nếu cảm biến điện dung được lắp xuyên qua thành bồn và khối lượng vật liệu quá trình tác động lên đầu dò vượt quá mức giới hạn, cần lắp đặt vách ngăn bảo vệ để đảm bảo hoạt động ổn định và chính xác của cảm biến.
Phần chìm của đầu dò điện dung tiêu chuẩn thường dài từ 7 đến 16 inch (khoảng 18 đến 41 cm), chủ yếu được gắn bên Các đầu dò thẳng đứng có thể mở rộng thêm với cán rắn dài từ 4 đến 5 foot (1,2 đến 1,5 m), giúp dễ dàng tiếp cận vị trí đo Cáp thép kèm quả cân có thể treo đầu dò ở độ cao tới 50 feet (khoảng 15 mét), phù hợp cho các ứng dụng cần mở rộng phạm vi đo Hầu hết cảm biến mức kiểu điện dung đều có kích thước kết nối từ ¼ inch đến 1 inch NPT (tương đương DN20 đến DN40), với khớp nối cái thường hàn vào thành bồn và đầu dò điện dung vặn vào phù hợp Ngoài ra, các cảm biến điện dung cấu hình thấp cũng có sẵn và lắp bằng mặt bích, với quy trình lắp đặt mặt bích sẽ được trình bày chi tiết trong phần tiếp theo.
2.3.1.2 Đầu dò đo pH Đo và điều khiển chính xác độ pH là một yêu cầu phổ biến trong các nhà máy công nghiệp Các ứng dụng bao gồm theo dõi nước tháp làm mát, nước cấp nồi hơi, hơi nước quá trình, xử lý nước thải, và nước thải nhà máy Điều khiển độ pH phụ thuộc vào độ tin cậy của phép đo và bao gồm việc cung cấp một lượng thuốc thử thích hợp để điều chỉnh độ pH đạt giá trị mong muốn Việc điều khiển có thể được thực hiện theo mẻ hoặc Điều khiển theo mẻ thường được sử dụng khi thể tích tổng của dung dịch được xử lý tương đối thấp, chẳng hạn như trong các quá trình xử lý nước nơi mà các chất lỏng có thể được thu thập hiệu quả và được xử lý trong các bồn chứa Lượng thuốc thử cần thiết để trung hòa có thể được xác định từ đặc tuyến chuẩn độ của thể tích bồn và thời gian phản ứng Việc thêm thuốc thử với tốc độ chậm và khuấy trộn đều cho phép điều khiển chính xác hơn
Trong quá trình vận hành, ngõ vào bồn và điểm châm thuốc thử được đặt cách xa các điện cực pH và ống xả thải để đảm bảo việc pha trộn thuốc thử chính xác trước khi đo Các điện cực được nhúng gần ngõ ra chất thải nhằm đảm bảo phản hồi cảm biến nhanh và chính xác Hệ thống điều khiển liên tục giống như hệ thống điều khiển theo mẻ, nhưng ở đây dòng chảy của nước thải đầu vào và nước thải đã qua xử lý được duy trì liên tục, đáp ứng yêu cầu của quy trình xử lý nước thải (hình 2-45, 2-46).
Hình 2-45: Điều khiển pH theo mẻ Hình 2-46: Điều khiển pH liên tục
Việc đặt cụm điện cực không đúng cách có thể gây ra thời gian chết quá mức, làm ảnh hưởng đến hiệu quả điều khiển và dẫn đến chu kỳ điều khiển không chính xác, gây lãng phí thuốc thử Thời gian chết tối ưu nằm trong khoảng từ 5 đến 30 giây để đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống Để giảm thiểu thời gian chết, có thể di chuyển cụm điện cực gần hơn tới điểm bổ sung thuốc thử, giúp tăng độ chính xác và hiệu quả của quá trình phân tích.
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
Thiết bị loại gắn bề mặt và loại gắn chìm
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
2.4.1 Bộ điều khiển nhiệt độ (thermostat) và theo dõi nhiệt độ
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
Hình 2-58: Bộ điều khiển nhiệt cảm biến đường ống (line-sensing thermostat)
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
Trình bày bộ điều khiển nhiệt độ cảm biến đường ống đặc trưng giúp điều khiển chính xác các mạch theo dõi nhiệt độ Thiết bị này thường được sử dụng để điều khiển trực tiếp hoặc gián tiếp các hệ thống nhiệt độ, đảm bảo quá trình vận hành hiệu quả và ổn định Nhờ vào khả năng đo lường chính xác, bộ điều khiển nhiệt độ này tối ưu hóa việc duy trì nhiệt độ trong các hệ thống công nghiệp Việc sử dụng bộ điều khiển cảm biến đường ống góp phần nâng cao hiệu quả kiểm soát nhiệt độ, phù hợp với tiêu chuẩn kỹ thuật cao và yêu cầu của quá trình sản xuất.
Hộp nối thường bảo vệ các đối tượng được theo dõi và giúp dễ dàng truy xuất các điều khiển hoặc mối nối dây Trong hình 2-59, ta thấy một lắp đặt thermostat cùng cảm biến tiêu biểu, trong đó hộp nối được buộc chắc chắn vào đường ống và kết nối với thermostat Ngoài ra, hộp nối còn có thể được cố định bằng các dụng cụ gắn kiểu kẹp để đảm bảo tính an toàn và độ bền của hệ thống.
2.4.1.1 Các thiết bị cảm biến
Bầu cảm biến là thiết bị được buộc bên ngoài đường ống công nghệ để điều khiển băng nhiệt, với các loại cảm biến như cặp nhiệt điện và RTDs thường được gọi chung là bầu cảm biến Việc định vị và lắp đặt đúng cách của bầu cảm biến rất quan trọng để đảm bảo hoạt động chính xác Một bầu cảm biến thực sự chứa hỗn hợp khí hoặc chất lỏng, tạo ra áp suất nội tại thay đổi theo nhiệt độ, khác biệt rõ ràng so với cảm biến kết nối qua dây dẫn Trong đó, bầu cảm biến sử dụng ống mao đính kèm để đo đạc, còn cảm biến thông thường kết nối trực tiếp qua dây dẫn, như đã minh họa trong hình 2-58.
Hình 2-60: Lắp đặt bầu cảm biến
Trong khi cảm biến chứa RTD hoặc TC có thể hoạt động ở bất kỳ vị trí nào, thì bầu cảm biến thực sự cần lắp đặt chính xác để đảm bảo hiệu quả đo lường Nếu phải lắp đặt bầu cảm biến theo chiều thẳng đứng, ống mao của nó phải luôn đi vào từ phía trên của bầu như trong hình 2-60 Vị trí lắp đặt bầu cảm biến theo hướng ngang có thể là phía đỉnh, bên cạnh hoặc phía đáy đường ống, tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể Để đảm bảo độ chính xác và giảm ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường bên ngoài, cả cảm biến và bầu cảm biến cần phải được cách ly tốt để tránh nhiễu đo lường.
Nên sử dụng dây buộc bằng đồng và bu-lông đai ốc không rỉ để cố định bầu cảm biến vào đường ống, đảm bảo tiếp xúc nhiệt tốt để duy trì độ chính xác đo lường Kết nối giữa cảm biến và đường ống phải sạch sẽ và chặt chẽ, được vệ sinh bằng dung môi trước khi lắp đặt để tránh nhiễu loạn Qua thời gian, rỉ sét và oxit có thể hình thành giữa cảm biến và đường ống, gây giảm độ chính xác của cảm biến Do đó, việc vệ sinh định kỳ khu vực lắp đặt là cần thiết để đảm bảo hiệu suất hoạt động của cảm biến.
Trong các hệ thống công nghệ, một số đường ống chỉ vận chuyển hơi, trong khi các đường khác có khả năng dẫn cả chất lỏng và hơi cùng lúc, gọi là dòng hai pha Các điều kiện bên trong đường ống mang hơi, đặc biệt phổ biến ở các nơi yêu cầu đường kính lớn, được minh họa rõ ràng trong Hình 2-61, giúp đảm bảo hiệu quả vận chuyển và an toàn trong quá trình hoạt động.
Hình 2-61: Vị trí bầu cảm biến liên quan đến dòng chảy
Trong hình 2-61A, hơi và các giọt nhỏ chất lỏng chảy qua đường ống có đường kính lớn, điều này khiến vận tốc hơi đôi khi rất chậm Các giọt nhỏ chất lỏng sau đó sẽ đọng lại ở đáy ống, ảnh hưởng đến hiệu quả truyền nhiệt và quá trình dòng chảy trong hệ thống.
Trong các đường ống như hình 2-61B, vận tốc của hơi giúp kéo theo một số chất lỏng và phân bố đều bên trong ống, ít gây phân tách chất lỏng khỏi hơi lưu thông Ở vị trí thẳng đứng, như trong hình 2-61C, sự phân tách giữa hơi và chất lỏng diễn ra ít hơn, tuy nhiên, chất lỏng có xu hướng chảy xuống theo đường ống công nghệ hoặc ống phụ trợ và dễ bám vào thành ống khi tiếp xúc.
Việc lắp đặt bầu cảm biến hoặc cảm biến trên các loại đường ống nơi chất lỏng có khả năng tích tụ là cách tối ưu để đảm bảo kiểm soát nhiệt độ tốt nhất Đặt cảm biến ở vị trí bất kỳ trên đường ống có thể gây ra kiểm soát nhiệt kém, đặc biệt trong các hệ thống mang chất làm lạnh hai pha, nơi chất lỏng bắt đầu bốc hơi khi đi qua môi trường ấm, làm đường ống lạnh hơn ở phía đáy Vị trí lý tưởng cho bầu cảm biến là gần phía dưới của đường ống, nơi có khả năng có chất lỏng tồn tại, như đã trình bày trong hình 2-61D Những lưu ý này đặc biệt quan trọng đối với các hệ thống chứa dòng chất lỏng hai pha, giúp tối ưu hóa hiệu quả công nghệ.
Cụm giếng nhiệt được trang bị đầu ren ống đực để kết nối với đầu ren ống cái trên thành ống hoặc bồn chứa, trong khi đầu đối diện lắp kiểu ren cái để kết nối với cảm biến Kết nối đầu tiên vào giếng nhiệt phải có kiểu ren đực, như mô tả trong hình 2-62 Các ống nối (nipple) và khớp nối (union) có ren thường được sử dụng để gắn đầu kết nối (connection head) vào giếng nhiệt Đầu kết nối đóng vai trò như một hộp nối để dễ dàng cài đặt và kết nối dây cảm biến.
Sử dụng kết hợp ống nối và khớp nối giúp ngăn đầu kết nối khỏi tác động của nhiệt độ từ giếng nhiệt, đảm bảo an toàn trong quá trình tháo lắp để sửa chữa hoặc thay thế Khớp nối được thiết kế để dễ dàng tháo TC hoặc RTD mà không gây xoắn hoặc hỏng dây cảm biến, nhờ khả năng xoay ống nối một cách linh hoạt Việc sử dụng phương pháp này tăng tính an toàn và độ bền của hệ thống cảm biến trong môi trường nhiệt độ cao.
Ngửa ra của đầu kết nối chứa một đầu ren ống chịu áp lực (DN15), dùng để kết nối với ống dẫn dây chứa các đầu nối dài Để tăng tính linh hoạt và dễ tháo lắp, nên sử dụng ống nối và khớp nối tại đây, giúp mở rộng điểm tháo lắp của hệ thống dây dẫn một cách hiệu quả.
Hình 2-62: Cụm giếng nhiệt cơ bản cùng với đầu kết nối và phụ kiện kết nối
Van phân phối và mặt bích
Cụm van phân phối giúp kiểm soát và chuyển hướng dòng chảy trong hệ thống, bao gồm các tổ hợp van phức tạp để cho qua trực tiếp, đi tắt và ngắt dòng theo nhiều hướng Các cụm van này thường liên quan đến lắp đặt thiết bị đo lường, đặc biệt là các transmitter chênh áp, nhằm đảm bảo quá trình hiệu chuẩn và thay thế thiết bị chính xác Việc sử dụng cụm van phân phối là cần thiết để kết nối trực tiếp các thiết bị đo với hệ thống công nghệ, giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ chính xác của quá trình đo lường trong hệ thống công nghiệp.
Các thiết bị đo chênh áp hoạt động dựa trên nguyên lý đo chênh lệch áp suất giữa phía cao (thượng nguồn) và phía thấp (hạ nguồn) Để cải thiện hiệu quả đo, nhiều cụm van nhiều ngõ được thiết kế với van cân bằng, cho phép cân bằng áp suất nhanh chóng khi mở Phương pháp này giúp thiết bị về zero nhanh chóng bằng cách làm cho áp suất hai phía trở nên giống nhau, không còn chênh lệch áp suất Kết quả là, trong trường hợp đo theo chiều thuận, ngõ ra sẽ là zero, còn trong trường hợp đo theo chiều nghịch, giá trị đo tối đa.
2.5.1 Các loại bộ phân phối
Các loại bộ phân phối dùng cho thiết bị đo lường phụ thuộc vào độ phức tạp của hệ thống, trong đó có năm loại phổ biến gồm: bộ phân phối một van, hai van, ba van cân bằng, năm van cân bằng và năm van xả đáy Các bộ phận này có nhiều cấu hình và đặc điểm khác nhau, mặc dù hình dáng bên ngoài có thể giống nhau, nhưng bên trong lại rất khác biệt, đòi hỏi phải lựa chọn thiết kế chính xác khi thay thế hoặc lắp đặt Đặc biệt, khi số lượng van tăng lên, độ phức tạp của bộ phân phối cũng tăng, vì vậy việc nắm rõ các đặc điểm kỹ thuật nội bộ là điều quan trọng để đảm bảo hiệu quả hoạt động của hệ thống đo lường.
Một số nhà sản xuất bộ phân phối sử dụng dải mã màu trên các van để nhận dạng trực quan mục đích của từng loại van Màu xanh dương thể hiện van cách ly thiết bị khỏi đường ống công nghệ, còn van màu xanh lá là van cân bằng dùng để điều chỉnh áp suất trên các phía của transmitter chênh lệch áp Van màu đỏ được thiết kế để kiểm tra, xả hoặc giảm áp suất, mở và đóng các cổng phụ của bộ phân phối nhằm đảm bảo chức năng vận hành chính xác.
2.5.1.1 Các bộ phân phối một van
Các bộ phân phối một van thường được sử dụng trong các hệ thống đơn giản để ngắt dòng chảy hoặc kiểm soát lưu lượng trong quá trình hoạt động, giúp tối ưu hóa hiệu suất hệ thống Chúng cung cấp hai điểm kết nối thiết bị và một điểm kết nối để kiểm tra, cho phép dễ dàng thao tác và kiểm tra hệ thống Các kết nối này có thể được khóa lại theo nhu cầu sử dụng để đảm bảo an toàn và độ tin cậy của hệ thống Hình 2-68 minh họa chi tiết bản vẽ mặt cắt của bộ phân phối một van cùng sơ đồ nguyên lý, giúp người vận hành hiểu rõ cấu trúc và chức năng của thiết bị.
Hình 2-68: Bộ phân phối một van
2.5.1.2 Các bộ phân phối hai van
Các bộ phân phối hai van đóng vai trò làm rào chắn giữa áp suất đường ống và thiết bị đo, đảm bảo an toàn và chính xác trong quá trình vận hành Van thứ hai cùng đường dẫn phục vụ mục đích kép, cung cấp chức năng xả để giải phóng áp suất quá mức khỏi thiết bị đo, đồng thời có thể sử dụng làm điểm hiệu chuẩn Hình 2-69 trình bày rõ ràng bộ phân phối hai van cùng mặt cắt và sơ đồ nguyên lý của nó, giúp hiểu sâu hơn về cấu tạo và chức năng của hệ thống này.
Hình 2-69: Bộ phân phối hai van
2.5.1.3 Các bộ phân phối cân bằng ba van
Bộ phân phối cân bằng ba van là thiết bị phổ biến dùng để kết nối với transmitter chênh áp, đảm bảo ổn định và chính xác trong quá trình đo lường Thiết bị này thường gồm hai van chặn và một van cân bằng, giúp điều chỉnh dòng chảy khí hoặc chất lỏng một cách hiệu quả Mỗi bên của thân van cân bằng có một ngõ để kết nối hoặc làm lỗ thoát, đảm bảo dễ thao tác kiểm tra và bảo trì Hình 2-70 minh họa sơ đồ nguyên lý của bộ phân phối cân bằng ba van, giúp người vận hành hiểu rõ cấu tạo và hoạt động của thiết bị này để tối ưu hóa hệ thống đo lường chênh áp.
Hình 2-70: Bộ phân phối ba van cân bằng
2.5.1.4 Bộ phân phối cân bằng năm van
Bộ phân phối cân bằng năm van là thiết bị cung cấp hai van chặn đường dẫn chính và một van chặn xả cho đường cân bằng, giúp duy trì sự cân bằng áp suất hiệu quả Các điểm kết nối hiệu chuẩn và thông khí quyển được bố trí hợp lý để đảm bảo hoạt động chính xác của hệ thống Thiết bị này chủ yếu được sử dụng trong dịch vụ khí gas, đặc biệt để kết nối các transmitter chênh lệch áp suất với hệ thống đo lưu lượng Hình 2-71 trình bày rõ cấu tạo của bộ phân phối cân bằng năm van cùng sơ đồ nguyên lý hoạt động và mặt cắt chi tiết.
Hình 2-71: Bộ phân phối năm van cân bằng
2.5.1.5 Bộ phân phối xảy đáy năm van
Bộ phân phối xả đáy năm van kết hợp với bộ phân phối cân bằng ba van và hai van xả đáy đặc biệt mang lại giải pháp nhỏ gọn, đáng tin cậy và tiết kiệm chi phí cho hệ thống Nó loại bỏ đến tám ống nối, bốn đầu nối chữ T và hai van ngắt, giúp giảm thiểu phức tạp và chi phí lắp đặt Hệ thống bao gồm hai van chặn, một van cân bằng và hai van xả đáy được thiết kế với van chặn bên trái và bên phải, nằm dưới đáy hai van xả phía sau các van chặn Hình 2-72 trình bày rõ ràng minh họa của bộ phân phối xảy đáy năm van cùng sơ đồ nguyên lý hoạt động của nó.
Hình 2-72: Bộ phân phối xả đáy năm van
2.5.2 Ổ đỡ van phân phối Để cho bất kỳ bộ phân phối thiết bị đo hoạt động đúng chức năng, nó phải có khả năng duy trì một đệm kín quanh các ty van cho dù chúng đang đóng hay mở Nếu không, chất lỏng quá trình không thể được định hướng, đi tắt, hoặc ngắt thành công như dự định Việc làm kín quanh ty van được thực hiện bởi các ổ đỡ van
Các loại ổ đỡ van gồm hai nhóm chính: ổ đỡ tích hợp (còn gọi là ổ đỡ cứng) và ổ đỡ không tích hợp (ổ đỡ mềm) Ổ đỡ tích hợp thường được gia công trực tiếp lên thân van hoặc hàn, tạo thành một bộ phận cứng chịu nhiệt độ cao và áp suất lớn, đòi hỏi độ chính xác cao khi lắp ráp Ngược lại, ổ đỡ mềm được làm từ các vật liệu polyme như Delrin, PEEK, hoặc Teflon, có khả năng thay thế dễ dàng và phù hợp với các ứng dụng cần linh hoạt Nhiều bộ phân phối thiết bị đo sử dụng cả hai loại ổ đỡ tùy theo yêu cầu của từng ứng dụng, và một số thiết kế cho phép tháo lắp hoặc thay thế ổ đỡ mềm để bảo trì dễ dàng Hình ảnh minh họa cho thấy sự khác biệt giữa ty van đầu hình bi dùng ổ đỡ cứng và ty hình côn sử dụng ổ đỡ mềm, trong đó ổ đỡ mềm thường dễ thay thế hơn các loại ổ đỡ cứng.
Van bi (ball valve) cho phép lưu lượng lớn đi qua và cung cấp khả năng làm kín tuyệt vời khi đóng, thích hợp cho hệ thống tự động hóa yêu cầu dòng chảy mạnh Trong khi đó, van kim (needle valve) với ổ đỡ hình côn và dòng chảy uốn lượn qua van tạo ra sức cản lớn hơn, phù hợp để điều khiển lưu lượng chính xác Cả hai loại van đều có sẵn với ổ đỡ kim loại hoặc polymer, vật liệu ổ đỡ được chọn phù hợp với từng ứng dụng cụ thể để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
Hình 2-73: Ổ đỡ cứng và mềm
2.5.3 Lắp đặt bộ phân phối
Trước khi lắp đặt bộ phân phối thực tế, cần xác nhận các yếu tố liên quan đến cấu trúc của bộ phân phối và các thông số hoạt động để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả Các yếu tố này có thể được kiểm tra bằng cách sử dụng sơ đồ nguyên lý hệ thống hoặc theo các đặc tính kỹ thuật và yêu cầu của hệ thống Việc này giúp đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của quá trình lắp đặt, từ đó tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống phân phối.
• Cấu hình ngõ vào/ra
• Giá trị áp suất/nhiệt độ danh định
• Loại đệm làm kín (packing)
• Định hướng bộ phân phối đối với hệ thống
Các bộ phân phối thiết bị đo thường được gắn trực tiếp với thiết bị đo mà chúng phục vụ, đảm bảo sự tương thích hoàn toàn Hình 2-75 trình bày các cấu hình ngõ vào/ra van phân phối phổ biến nhằm hỗ trợ quá trình lựa chọn và lắp đặt chính xác Việc chọn lựa và lắp đặt bộ phân phối phù hợp phụ thuộc vào cấu hình hệ thống và đặc điểm của thiết bị đo Lưu ý rằng, dù là bộ phân phối ba van hay các dạng khác, việc xác định đúng cấu hình là yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu quả hoạt động của hệ thống đo lường.
Trong quá trình lắp đặt, các cấu hình khác nhau này có sẵn trong hầu hết các loại van, đảm bảo tính linh hoạt và phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau Trước khi kết nối bộ phân phối với thiết bị đo, cần kiểm tra và chắc chắn rằng tất cả vòng làm kín chữ O (O-ring) đã được bôi trơn hoàn toàn bằng dầu nhờn theo khuyến nghị của nhà sản xuất để đảm bảo hệ thống hoạt động trơn tru và tránh rò rỉ.
Hình 2-74: Các bộ phân phối được lắp cho nhiều thiết bị đo khác nhau