Xử lý sự cố thường gặp ở van bi điện.

Hiểu về hệ thống van bi điện và các thành phần chính

Các thành phần chính của van bi điện: Bộ truyền động, trục van, bi van và gioăng làm kín

Các van bi điện hoạt động dựa trên bốn bộ phận chính phối hợp với nhau để vận hành đúng cách. Tại trung tâm của hệ thống là bộ truyền động điện, có nhiệm vụ nhận điện năng và chuyển hóa thành chuyển động. Hầu hết các mẫu sử dụng động cơ bước hoặc động cơ servo để thực hiện quá trình chuyển đổi này. Khi được kích hoạt, bộ truyền động sẽ truyền lực xoay qua trục, làm cho quả cầu bên trong quay lại. Quả cầu có một lỗ xuyên suốt 90 độ, mở và đóng để điều chỉnh lượng chất lỏng đi qua van. Về mặt làm kín, các nhà sản xuất thường lắp đặt các vật liệu như PTFE hoặc cao su xung quanh các bộ phận chuyển động. Những gioăng này giữ kín hoàn toàn ngay cả trong điều kiện áp suất cao, đôi khi lên tới 600 pound trên inch vuông. Việc đáp ứng tiêu chuẩn ASME B16.34 có nghĩa là những van này có thể chịu được điều kiện công nghiệp khắc nghiệt mà không bị rò rỉ, khiến chúng trở thành lựa chọn đáng tin cậy cho các hệ thống quan trọng nơi mà sự cố là điều không thể chấp nhận.

Tín Hiệu Điều Khiển Khởi Động Chuyển Động Van Trong Các Hệ Thống Tự Động Như Thế Nào

Các hệ thống tự động sử dụng tín hiệu 4-20 mA hoặc 24 VDC từ PLC để khởi động chuyển động van. Khi nhận được tín hiệu, bộ truyền động bánh răng quay trục van, hoàn tất hành trình đầy đủ trong 15–30 giây đối với các mẫu tiêu chuẩn. Các giao thức công nghiệp như Modbus TCP cung cấp phản hồi vị trí, cho phép điều khiển vòng kín cần thiết để đảm bảo ổn định quá trình.

Nguyên lý vận hành phổ biến đằng sau cơ chế điều khiển van bi điện

Van bi điện hoạt động dựa trên cơ chế mô-men xoắn, với các bộ truyền động được đánh giá từ 20–300 Nm tùy theo kích cỡ van. Hai biện pháp an toàn—các điểm dừng cơ học và cảm biến hiệu ứng Hall—ngăn ngừa việc quay quá mức. Các mẫu van an toàn sử dụng lò xo trả về khi mất điện, trong khi loại điều chỉnh được hỗ trợ định vị từ 0–100% nhằm điều tiết lưu lượng chính xác.

Chẩn đoán và khắc phục sự cố định vị van

Các hệ thống van bi điện yêu cầu sự phối hợp chính xác giữa các bộ phận cơ khí và tín hiệu điều khiển. Khi xảy ra lỗi định vị, việc áp dụng phương pháp hệ thống sẽ giúp xác định các vấn đề từ vật cản cơ học đến sự cố điện tử.

Van không thể mở hoặc đóng hoàn toàn — đánh giá vật cản cơ học và lệch trục

Kiểm tra các hạt ngoại lai hoặc cặn khoáng làm hạn chế khả năng xoay của bi van. Lệch trục giữa trục động cơ và thân van góp phần gây ra 31% sự cố chuyển động một phần. Thực hiện kiểm tra bằng chế độ thao tác thủ công để phân biệt tình trạng kẹt cơ học với các sự cố liên quan đến điều khiển.

Vai trò của lỗi công tắc giới hạn trong hành trình van không hoàn chỉnh

Công tắc giới hạn dừng chuyển động của bộ truyền động ở các vị trí mở hoàn toàn/đóng hoàn toàn. Khi bị lỗi, van thường dừng lại ở mức 85–90% hành trình. Kiểm tra tính liên tục của công tắc trong quá trình vận hành để xác minh việc kích hoạt đúng tại các điểm cuối.

Điều chỉnh thiết lập mô-men xoắn và hiệu chuẩn lại bộ truyền động để đảm bảo chuyển động toàn dải

Yêu cầu mô-men xoắn quá mức có thể kích hoạt tắt máy sớm. Hiệu chỉnh lại theo thông số kỹ thuật của nhà sản xuất để phù hợp với yêu cầu áp suất hệ thống. Sau khi điều chỉnh, xác nhận chuyển động quay đầy đủ 90 độ trong ba chu kỳ vận hành.

Phân tích tranh luận: Khi phản hồi tự động che giấu vị trí van thực tế

Một nghiên cứu về van điều khiển năm 2022 cho thấy 18% các hệ thống tự động báo xác nhận vị trí sai trong các sự cố cơ học. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kiểm tra vật lý vị trí van trong các ứng dụng an toàn quan trọng, ngay cả khi phản hồi điện tử dường như bình thường.

Xử lý sự cố tín hiệu điều khiển và truyền thông

Các bất thường tín hiệu điều khiển và tác động của chúng đến phản ứng van bi điện

Các xung điện áp, suy giảm tín hiệu hoặc xung đột giao thức làm gián đoạn việc truyền thông giữa bộ điều khiển và van. Theo Báo cáo An toàn Hệ thống Dầu khí 2024, các bất thường tín hiệu gây ra 34% trường hợp phản ứng chậm trễ trong các đường ống tự động. Những sự cố này thường bị chẩn đoán nhầm là vấn đề cơ học nhưng thực tế thường bắt nguồn từ dây dẫn bị xuống cấp hoặc xung đột logic.

Kiểm tra Tín hiệu Đầu vào và Xác minh Độ toàn vẹn Đầu ra PLC hoặc DCS

Để kiểm tra độ toàn vẹn của tín hiệu:

1. Đo đầu ra mA từ các đầu nối PLC/DCS trong quá trình thực hiện lệnh
2. Xác nhận tính tương thích giữa các giao thức truyền thông (ví dụ: HART so với Foundation Fieldbus)
3. Kiểm tra tính liên tục tiếp đất giữa tủ điều khiển và bộ truyền động

Một trường hợp được ghi nhận cho thấy chênh lệch điện thế đất 22μV đã gây ra tín hiệu 4–20mA hoạt động thất thường ở các van dầu ngoài khơi, dẫn đến chẩn đoán lỗi sai.

Tín hiệu Có mặt Nhưng Van Không Hoạt động: Phân biệt Lỗi Dây nối với Hư hỏng Mạch Nội bộ

Khi tín hiệu đến các đầu nối mà van không hoạt động:

• Sự cố dây điện : Kiểm tra điện trở dây dẫn; các giá trị trên 5Ω mỗi 100ft cho thấy sự ăn mòn
• Mạch nội bộ : Sử dụng dao động ký để đánh giá việc chuyển mạch MOSFET trên bo mạch điều khiển bộ truyền động

Các khảo sát công nghiệp chỉ ra rằng sự suy giảm dây điện không được phát hiện chiếm 68% các sự cố liên quan đến tín hiệu, đặc biệt trong môi trường ẩm ướt.

Xu hướng: Tăng cường sử dụng chẩn đoán thông minh để phát hiện sớm mất tín hiệu

Các van bi điện hiện đại được trang bị IC tích hợp theo dõi dạng tín hiệu và dự đoán sự cố trước từ 8–12 tuần. Một nhà máy lọc dầu đã giảm được 41% thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch sau khi triển khai các van có:

• Kiểm tra gói tin tích hợp Modbus/TCP
• Tự động cân bằng trở kháng động cho các tuyến cáp dài
• Theo dõi tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) theo thời gian thực

Các hệ thống thông minh này cho phép thay thế cáp chủ động dựa trên mức độ hao mòn điện, chuyển đổi việc bảo trì từ lịch trình theo thời gian sang lịch trình theo tình trạng.

Xác định và Ngăn ngừa Tắc nghẽn Cơ học cũng như Hư hỏng Con dấu

Chuyển động Van Bị Tắc hoặc Không Phản hồi — Xác định Các Chất Gây Nhiễm trong Dòng Chất lỏng

Chuyển động một phần hoặc không có chuyển động thường do sự tích tụ các hạt trong đường dòng, bao gồm cặn, mảnh vụn ăn mòn hoặc chất lỏng kết tinh. Một nghiên cứu năm 2022 của ISA cho thấy rằng 43% các trường hợp không phản hồi là do các hạt nhỏ hơn 100 micron bị mắc kẹt tại vị trí tiếp xúc giữa bi và con dấu.

Trụ van bị kẹt trong chuyển động tịnh tiến: Do mài mòn, ăn mòn hay bôi trơn không đúng cách?

Lực cản trên trụ van gây ra phản ứng chậm trễ hoặc mô-men xoắn không ổn định. Các dạng hư hỏng chính bao gồm:

Chế độ hư hỏng	Dấu hiệu chẩn đoán	Biện pháp phòng ngừa
Ăn mòn	Bề mặt xuất hiện vết lõm, phản ứng điện hóa	Nâng cấp lên thép không gỉ 316L
Lấy	Các khu vực trục được đánh bóng, dòng điện bộ truyền động tăng dần	Bôi mỡ gốc PTFE hàng năm
Quá tải mô-men xoắn	Trượt bộ truyền động trong quá trình vận hành	Đặt giới hạn mô-men xoắn ở mức 80% định mức của van

Rò rỉ dọc theo van — Phân biệt rò rỉ gioăng làm kín với hư hỏng đế van

Rò rỉ bên ngoài cho thấy sự cố của cụm gioăng làm kín, thường do graphite nén bị xuống cấp. Rò rỉ nội bộ (bypass) cho thấy đế van bị hư hỏng do bề mặt bi bị xước. Sử dụng phép thử giảm áp suất để xác định nguồn rò rỉ:

• Rò rỉ gioăng làm kín : Giảm 10% áp suất trong vòng 5 phút (van đóng)
• Rò rỉ ghế : Giảm hơn 20% trong quá trình kiểm tra giữ áp suất tĩnh

Mài mòn cơ học và chu kỳ nhiệt độ là nguyên nhân gốc rễ gây hỏng gioăng

Sự giãn nở và co lại do nhiệt lặp đi lặp lại làm cứng các gioăng đàn hồi, giảm khả năng duy trì tiếp xúc trong các chuyển động vi mô. Trong các ứng dụng có tần suất hoạt động cao (≥50 lần vận hành/ngày), cần kiểm tra gioăng mỗi quý.

Chiến lược: Thực hiện lọc ở đầu nguồn để giảm tắc nghẽn tái diễn

Lắp đặt bộ lọc kép 40 micron ở đầu nguồn để giảm sự cố do tạp chất tới 68%. Đối với hệ thống hydrocarbon, kết hợp cùng bẫy từ để thu gom các chất nhiễm sắt.

Đảm bảo độ tin cậy dài hạn thông qua bảo trì và chẩn đoán chủ động

Các thực hành bảo trì và chẩn đoán cho van bi điện như biện pháp phòng ngừa

Việc kiểm tra và tra mỡ định kỳ kéo dài đáng kể tuổi thọ van. Các cuộc kiểm tra định kỳ mô-men xoắn bộ truyền động và độ kín của gioăng làm giảm tỷ lệ hỏng hóc 64% so với phương pháp xử lý sự cố. Kỹ thuật viên nên tập trung vào:

• Loại bỏ các chất gây nhiễm từ buồng bên trong
• Kiểm tra điện trở nối đất
• Bôi trơn bộ truyền động theo hướng dẫn của nhà sản xuất

Các quy trình bảo trì và sửa chữa van từng bước dành cho kỹ thuật viên tại hiện trường

Thực hiện theo trình tự này để giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động:

1. Ngắt nguồn điện và xả áp suất hệ thống hoàn toàn
2. Xác nhận vị trí van bằng cách sử dụng chức năng gạt tay
3. Làm sạch các bộ phận bên trong bằng dung môi không ăn mòn
4. Lắp ráp lại theo giá trị mô-men xoắn quy định

Sự cố nguồn điện gây ra dao động điện áp và tải trọng cho động cơ

Điện áp không ổn định chiếm 23% nguyên nhân gây hỏng bộ truyền động sớm. Cần kiểm tra:

• Nguồn cung cấp ổn định trong phạm vi ±5% so với định mức (24V/120V/240V)
• Điện trở nối đất dưới 1Ω
• Chức năng hoạt động đúng của thiết bị bảo vệ quá áp

Tiếng ồn hoặc nhiệt độ tăng cao từ bộ truyền động cho thấy sự cố động cơ

Tiếng kêu rít hoặc nhiệt độ vỏ trên 60°C (140°F) cho thấy động cơ đang gặp sự cố. Cần thực hiện chẩn đoán ngay các nội dung sau:

• Đánh giá sự mất cân bằng điện áp pha
• Đo lực cản quay
• Kiểm tra điện trở cách điện (yêu cầu tối thiểu 100MΩ)

Chụp ảnh nhiệt và cảm biến IoT để bảo trì dự báo cho bộ truyền động điện

Máy ảnh hồng ngoại phát hiện các mẫu nhiệt bất thường trước khi xảy ra hư hỏng nhìn thấy được. Khi kết hợp với cảm biến rung, chúng cho phép:

• Phát hiện sớm mài mòn bạc đạn (ngưỡng: độ rơ 0,05mm)
• Giám sát hiệu quả bôi trơn theo thời gian thực
• Phân tích xu hướng tiêu thụ điện năng

Chiến lược: Khoảng thay thế định kỳ dựa trên phân tích chu kỳ hoạt động

Các nhà máy sử dụng bảo trì theo tải trọng báo cáo giảm 41% số lần sửa chữa khẩn cấp. Ngưỡng thay thế được khuyến nghị:

Thành phần	Tải trọng trung bình	Công việc nặng
Con dấu van	5 triệu chu kỳ	1,2 triệu chu kỳ
Bánh răng bộ truyền động	10 triệu vòng quay	2,5 triệu vòng quay
Bạc đạn trục van	7 triệu hành trình	1,8 triệu hành trình

Chiến lược dựa trên dữ liệu này ngăn ngừa sự cố bất ngờ đồng thời tối ưu hóa tuổi thọ linh kiện và chi phí bảo trì.

Câu hỏi thường gặp

Các thành phần chính của van bi điện là gì?

Các thành phần chính của van bi điện bao gồm bộ điều khiển, trục van, bi van và gioăng làm kín. Các bộ phận này phối hợp với nhau để điều tiết dòng chảy qua van.

Tại sao việc xử lý các bất thường tín hiệu điện trong van bi điện lại quan trọng?

Việc xử lý các bất thường tín hiệu điện rất quan trọng vì chúng thường gây ra phản ứng chậm trễ hoặc vận hành sai trong các hệ thống tự động. Việc bỏ qua có thể dẫn đến chẩn đoán sai và thời gian ngừng hoạt động kéo dài.

Làm thế nào để chẩn đoán sự cố định vị van?

Các sự cố định vị van có thể được chẩn đoán bằng cách kiểm tra các vật cản, kiểm tra độ lệch giữa trục bộ truyền động và trục van, cũng như kiểm tra lỗi công tắc giới hạn.

Nguyên nhân gây ra tiếng ồn hoặc nóng quá mức ở bộ truyền động điện là gì?

Tiếng ồn hoặc nhiệt độ quá cao ở bộ truyền động điện thường cho thấy sự cố động cơ dẫn động, có thể do mất cân bằng điện áp pha, lực cản khi quay hoặc cách điện kém.

Bảo trì dự đoán giúp ích gì cho van bi điện?

Bảo trì dự đoán sử dụng các công cụ như camera hồng ngoại và cảm biến IoT để phát hiện các sự cố tiềm ẩn trước khi chúng trở nên nghiêm trọng, từ đó giảm thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch và chi phí bảo trì.