Hệ thống van điều khiển áp lực trong hệ thống chữa cháy UL/FM – Chức năng, phân loại và giải pháp Rapidrop

1. Mở đầu

Trong bất kỳ hệ thống chữa cháy sprinkler nào, nguồn nước chỉ phát huy hiệu quả khi lưu lượng và áp lực được duy trì đúng theo yêu cầu thiết kế. Áp lực quá thấp có thể khiến nước không đến được các đầu phun ở khu vực bất lợi nhất, trong khi áp lực quá cao lại làm tăng tải trọng lên đường ống, đầu phun sprinkler, van điều khiển và các thiết bị khác trong hệ thống.

Đối với các công trình hiện đại như nhà cao tầng, trung tâm thương mại, bệnh viện, nhà máy, kho logistics hay trung tâm dữ liệu, việc kiểm soát áp lực càng trở nên quan trọng do sự thay đổi về chiều cao công trình, chế độ vận hành của bơm chữa cháy và đặc điểm phân phối nước trong từng khu vực. Vì vậy, các tiêu chuẩn quốc tế như NFPA 13, NFPA 20 cùng các thiết bị đạt chứng nhận UL Listed và FM Approved đều đặc biệt chú trọng đến các giải pháp điều khiển áp lực trong hệ thống chữa cháy sprinkler.

Để đáp ứng những yêu cầu này, hệ thống sprinkler hiện đại không chỉ sử dụng một loại van mà thường kết hợp ba nhóm van điều khiển áp lực chính: Pressure Reducing Valve (PRV) để duy trì áp lực đầu ra ổn định, Pressure Relief Valve để bảo vệ hệ thống khỏi hiện tượng quá áp và Pump Casing Relief Valve để bảo vệ bơm chữa cháy khi vận hành ở lưu lượng thấp.

Bài viết dưới đây sẽ phân tích chức năng, nguyên lý hoạt động, ứng dụng thực tế của từng loại van cho hệ thống chữa cháy sprinkler, đồng thời giới thiệu các giải pháp điều khiển áp lực đạt tiêu chuẩn UL/FM của Rapidrop đang được PGTECH cung cấp tại Việt Nam.

2. Vì sao hệ thống sprinkler cần kiểm soát áp lực?

Áp lực trong hệ thống sprinkler không phải là một giá trị cố định mà luôn thay đổi theo điều kiện vận hành, lưu lượng sử dụng, vị trí lắp đặt và đặc điểm của từng công trình. Vì vậy, mục tiêu của thiết kế không phải là tạo ra áp lực càng lớn càng tốt mà là duy trì áp lực phù hợp tại đúng vị trí và đúng thời điểm để đảm bảo hiệu quả chữa cháy và an toàn cho hệ thống.

Trong thực tế, có nhiều nguyên nhân làm áp lực trong hệ thống thay đổi.

Áp lực từ bơm chữa cháy

Fire Pump được thiết kế để đáp ứng lưu lượng và cột áp theo yêu cầu của toàn bộ hệ thống. Tuy nhiên, trong một số điều kiện vận hành như khi lưu lượng tiêu thụ còn thấp hoặc chỉ có một phần hệ thống hoạt động, áp lực đầu ra của bơm có thể cao hơn nhu cầu thực tế, làm gia tăng tải trọng lên đường ống, van và các thiết bị phía sau.

Áp lực tĩnh và chênh lệch cao độ

Ở các công trình nhiều tầng hoặc có địa hình phức tạp, áp lực nước thay đổi theo chiều cao cột nước. Các khu vực ở cao độ thấp thường chịu áp lực lớn hơn đáng kể so với các vị trí ở phía trên. Nếu không được phân chia thành các vùng áp lực phù hợp, thiết bị có thể phải làm việc vượt quá giới hạn thiết kế trong thời gian dài.

Áp lực dư trong quá trình vận hành

Không phải lúc nào hệ thống cũng hoạt động ở lưu lượng lớn nhất. Khi chỉ một số ít đầu phun sprinkler kích hoạt hoặc trong quá trình thử nghiệm, lưu lượng qua hệ thống giảm nhưng bơm vẫn duy trì áp lực cao, tạo ra hiện tượng áp lực dư và làm tăng tải lên các thiết bị điều khiển.

Water Hammer và hiện tượng quá áp

Việc đóng nhanh van hoặc thay đổi chế độ vận hành có thể tạo ra hiện tượng Water Hammer, làm xuất hiện các đỉnh áp suất tức thời và ảnh hưởng đến đường ống cũng như các thiết bị điều khiển nếu không có giải pháp bảo vệ phù hợp. Bên cạnh đó, quá áp cũng có thể xảy ra khi bơm khởi động, chuyển đổi chế độ làm việc hoặc khi áp lực hệ thống vượt quá giá trị thiết kế.

Từ những nguyên nhân trên có thể thấy, việc kiểm soát áp lực không chỉ nhằm bảo vệ đường ống và thiết bị mà còn giúp hệ thống sprinkler luôn duy trì đúng áp lực và lưu lượng theo yêu cầu thiết kế. Đây cũng là lý do các hệ thống chữa cháy hiện đại thường kết hợp nhiều loại van điều khiển áp lực để xử lý các tình huống vận hành khác nhau.

3. Ba nhóm van điều khiển áp lực trong hệ thống sprinkler

Để kiểm soát áp lực trong các điều kiện vận hành khác nhau, hệ thống sprinkler hiện đại thường sử dụng nhiều loại van điều khiển áp lực (Pressure Control Valves). Mỗi loại van được thiết kế để thực hiện một chức năng riêng và được lắp đặt tại các vị trí phù hợp trong hệ thống.

Có thể phân thành ba nhóm van điều khiển áp lực chính:

• Van giảm áp Pressure Reducing Valve (PRV): Duy trì áp lực đầu ra ổn định tại giá trị cài đặt, thường được sử dụng để chia vùng áp lực và bảo vệ các khu vực có áp lực cấp nước cao.
• Van xả áp hay van an toàn Pressure Relief Valve: Tự động xả nước khi áp lực vượt quá giới hạn cho phép, giúp bảo vệ đường ống và các thiết bị khỏi hiện tượng quá áp.
• Van an toàn bảo vệ bơm Pump Casing Relief Valve: Bảo vệ bơm chữa cháy bằng cách duy trì lưu lượng tuần hoàn tối thiểu khi bơm vận hành trong điều kiện lưu lượng thấp hoặc chưa có nước tiêu thụ.

Mặc dù đều thuộc nhóm van điều khiển áp lực, ba loại van này có nguyên lý hoạt động, vị trí lắp đặt và mục đích sử dụng hoàn toàn khác nhau. Các phần tiếp theo sẽ phân tích chi tiết từng loại van cùng các ứng dụng thực tế trong hệ thống sprinkler.

4. Van giảm áp chữa cháy (Pressure Reducing Valve - PRV)

Chức năng và nguyên lý

Pressure Reducing Valve (PRV) là thiết bị có nhiệm vụ duy trì áp lực đầu ra ổn định ở giá trị cài đặt trước, bất kể áp lực đầu vào thay đổi trong phạm vi thiết kế.

Khác với các loại van đóng/mở thông thường, PRV hoạt động liên tục trong suốt quá trình vận hành nhằm đảm bảo áp lực cấp đến các đầu phun sprinkler luôn nằm trong giới hạn thiết kế. Van sử dụng cơ cấu điều khiển bằng pilot, liên tục giám sát áp lực phía hạ lưu và tự động điều chỉnh độ mở của van chính. Khi áp lực đầu ra vượt quá giá trị cài đặt, pilot sẽ điều khiển van chính đóng bớt để giảm áp; ngược lại, khi áp lực giảm do nhu cầu lưu lượng tăng, van sẽ mở lớn hơn để duy trì áp lực ổn định. Toàn bộ quá trình điều khiển diễn ra tự động bằng áp lực nước mà không cần nguồn điện hoặc hệ thống điều khiển bên ngoài.

Nhờ cơ chế này, PRV không chỉ giúp đảm bảo hiệu quả chữa cháy mà còn giảm tải cho đường ống, đầu phun sprinkler và các thiết bị làm việc ở khu vực có áp lực cao.

Ứng dụng

Pressure Reducing Valve thường được sử dụng tại các công trình có nhiều vùng áp lực khác nhau như nhà cao tầng, khách sạn, bệnh viện, trung tâm thương mại hoặc các hệ thống sử dụng bơm chữa cháy có cột áp lớn. Thiết bị giúp chia Pressure Zone, giảm áp cho các tầng thấp, duy trì áp lực ổn định tại từng khu vực và bảo vệ đường ống cũng như đầu phun sprinkler khỏi tình trạng áp lực vượt quá giới hạn thiết kế.

Ví dụ, một tòa nhà văn phòng khoảng 40 tầng thường sử dụng bơm chữa cháy có áp lực đủ để cấp nước đến tầng trên cùng. Khi đó, các tầng thấp sẽ chịu áp lực lớn hơn nhiều so với yêu cầu của hệ thống. Giải pháp phổ biến là chia mạng lưới thành nhiều vùng áp lực và lắp đặt PRV tại các vị trí phù hợp để mỗi khu vực đều nhận được áp lực đúng theo thiết kế.

Rapidrop Pressure Reducing Valve Fig.505

Trong danh mục giải pháp điều khiển áp lực của Rapidrop, van giảm áp tiêu chuẩn FM - Pressure Reducing Valve Fig.505 được phát triển chuyên dụng cho hệ thống chữa cháy sprinkler và đạt chứng nhận FM Approved. Van có các phiên bản kết nối mặt bích hoặc grooved với dải kích thước từ DN50 (2") đến DN250 (10"), đáp ứng nhiều quy mô công trình khác nhau.

Với cơ cấu điều khiển bằng pilot có độ chính xác cao, Fig.505 giúp duy trì áp lực đầu ra ổn định ngay cả khi áp lực đầu vào hoặc lưu lượng thay đổi, góp phần bảo vệ hệ thống sprinkler và nâng cao độ tin cậy trong quá trình vận hành.

Tìm hiểu về Dòng van giảm áp tiêu chuẩn UL/FM nổi tiếng thế giới chuyên dụng cho hệ PCCC

5. Van xả áp / Van an toàn chữa cháy (Pressure Relief Valve)

Chức năng và nguyên lý

Không giống Pressure Reducing Valve hoạt động liên tục để duy trì áp lực đầu ra, Pressure Relief Valve chỉ hoạt động khi áp lực trong hệ thống vượt quá giá trị cài đặt. Khi đó, van sẽ tự động mở để xả một phần lưu lượng, đưa áp lực trở về mức an toàn và đóng lại sau khi áp lực ổn định.

Nhờ cơ chế này, Pressure Relief Valve giúp hạn chế tình trạng quá áp có thể xảy ra trong quá trình vận hành, đồng thời bảo vệ đường ống, đầu phun sprinkler, van điều khiển, đồng hồ đo áp suất và các thiết bị khác khỏi tải trọng vượt quá giới hạn thiết kế.

Ứng dụng

Pressure Relief Valve thường được lắp đặt trên đường xả của bơm chữa cháy hoặc tại các vị trí cần bảo vệ hệ thống trước nguy cơ quá áp. Thiết bị đặc biệt phù hợp với các hệ thống sử dụng bơm có cột áp lớn, mạng lưới đường ống phức tạp hoặc các công trình yêu cầu mức độ an toàn và độ tin cậy cao theo tiêu chuẩn quốc tế.

Giải pháp Pressure Relief Valve của Rapidrop

Rapidrop cung cấp dòng Van an toàn tiêu chuẩn UL/FM Pressure Relief Valve đạt chứng nhận UL Listed và FM Approved, được thiết kế để phản ứng nhanh khi áp lực vượt quá giá trị cài đặt. Van sử dụng cơ cấu điều khiển bằng pilot giúp đóng mở ổn định sau mỗi chu kỳ vận hành và hỗ trợ bảo vệ hệ thống sprinkler cũng như trạm bơm chữa cháy trong nhiều điều kiện làm việc khác nhau.

6. Van an toàn bảo vệ thân bơm chữa cháy (Pump Casing Relief Valve)

Chức năng và nguyên lý

Khác với Pressure Relief Valve dùng để bảo vệ hệ thống đường ống, Pump Casing Relief Valve được thiết kế chuyên biệt nhằm bảo vệ chính bơm chữa cháy.

Khi Fire Pump khởi động nhưng hệ thống chưa tiêu thụ nước hoặc lưu lượng qua bơm quá thấp, nước trong thân bơm không được tuần hoàn đầy đủ và nhiệt lượng do bơm sinh ra sẽ tích tụ trong buồng bơm. Nếu tình trạng này kéo dài, bơm có thể xảy ra hiện tượng quá nhiệt hoặc xâm thực (cavitation), ảnh hưởng đến tuổi thọ và độ tin cậy của thiết bị.

Pump Casing Relief Valve được lắp trên thân hoặc đường xả của bơm. Khi áp lực hoặc nhiệt độ trong thân bơm vượt ngưỡng cài đặt, van sẽ tự động mở để xả một lượng nước nhỏ, tạo dòng tuần hoàn giúp làm mát bơm và duy trì lưu lượng tối thiểu qua thân bơm. Nhờ đó, thiết bị góp phần hạn chế hiện tượng quá nhiệt, xâm thực và hư hỏng trong quá trình vận hành lưu lượng thấp.

Ứng dụng

Pump Casing Relief Valve là thiết bị thường được sử dụng trong các hệ thống bơm chữa cháy theo tiêu chuẩn quốc tế, đặc biệt tại các công trình có Fire Pump công suất lớn hoặc yêu cầu hệ thống luôn ở trạng thái sẵn sàng hoạt động. Mặc dù ít được chú ý hơn các van điều khiển áp lực khác, đây lại là một thành phần quan trọng giúp nâng cao độ tin cậy và kéo dài tuổi thọ của bơm chữa cháy.

Rapidrop 55L-60 Pump Casing Relief Valve

Rapidrop cung cấp dòng van an toàn cho bơm chữa cháy đạt chuẩn UL/FM model 55L-60 Pump Casing Relief Valve đạt chứng nhận UL Listed và FM Approved, được thiết kế chuyên dụng cho các hệ thống bơm chữa cháy theo tiêu chuẩn quốc tế.

Van có kết cấu nhỏ gọn, hoạt động hoàn toàn tự động và phản ứng nhanh khi điều kiện vận hành vượt ngưỡng cài đặt. Thiết bị giúp duy trì lưu lượng tuần hoàn tối thiểu qua thân bơm, hạn chế hiện tượng quá nhiệt và xâm thực, góp phần nâng cao độ tin cậy và kéo dài tuổi thọ của Fire Pump trong suốt quá trình vận hành.

7. So sánh các loại van điều khiển áp lực trong hệ thống sprinkler

Mặc dù đều thuộc nhóm van điều khiển áp lực, ba loại van này được thiết kế cho các mục đích hoàn toàn khác nhau và không thể thay thế cho nhau. Bảng dưới đây tóm tắt sự khác biệt về chức năng, thời điểm hoạt động và vị trí lắp đặt của từng loại van trong hệ thống sprinkler.

Trong thực tế, các hệ thống sprinkler đạt tiêu chuẩn UL/FM thường kết hợp nhiều loại van điều khiển áp lực để vừa duy trì áp lực thiết kế, vừa bảo vệ hệ thống và Fire Pump trong các điều kiện vận hành khác nhau.

8. Lựa chọn giải pháp điều khiển áp lực theo từng loại công trình

Việc lựa chọn van điều khiển áp lực phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chiều cao công trình, cột áp của bơm chữa cháy, quy mô mạng lưới đường ống và yêu cầu của tiêu chuẩn thiết kế. Mỗi loại công trình sẽ có đặc điểm vận hành khác nhau, do đó cấu hình van điều khiển áp lực cũng cần được lựa chọn phù hợp.

Không có một cấu hình van điều khiển áp lực phù hợp cho mọi công trình. Việc lựa chọn thiết bị cần được xem xét đồng thời với phương án cấp nước chữa cháy, đặc tính của Fire Pump, cách phân chia vùng áp lực và các yêu cầu của tiêu chuẩn thiết kế. Sự kết hợp hợp lý giữa Pressure Reducing Valve, Pressure Relief Valve và Pump Casing Relief Valve sẽ giúp hệ thống sprinkler vận hành ổn định, bảo vệ thiết bị và duy trì hiệu quả chữa cháy trong nhiều điều kiện làm việc khác nhau.

9. Những sai lầm thường gặp trong thiết kế và lựa chọn van điều khiển áp lực

Việc lựa chọn van điều khiển áp lực không phù hợp có thể làm giảm hiệu quả của hệ thống sprinkler, đồng thời ảnh hưởng đến tuổi thọ thiết bị và chi phí vận hành. Dưới đây là một số sai lầm thường gặp trong quá trình thiết kế và lựa chọn thiết bị.

Nhầm lẫn giữa Pressure Reducing Valve và Pressure Relief Valve

Đây là lỗi phổ biến nhất. Pressure Reducing Valve có nhiệm vụ duy trì áp lực đầu ra ổn định, trong khi Pressure Relief Valve chỉ mở khi áp lực vượt quá giá trị cài đặt để bảo vệ hệ thống. Hai loại van có chức năng khác nhau và không thể thay thế cho nhau.

Chỉ tính áp lực làm việc mà bỏ qua áp lực tĩnh

Đối với nhà cao tầng, áp lực tĩnh tại các tầng thấp có thể vượt quá giới hạn làm việc của thiết bị ngay cả khi hệ thống chưa vận hành. Vì vậy, việc tính toán cần xét đồng thời áp lực làm việc và áp lực tĩnh để lựa chọn van phù hợp.

Không chia Pressure Zone cho nhà cao tầng

Không chia vùng áp lực có thể khiến các tầng thấp phải chịu áp lực quá cao, làm giảm tuổi thọ đường ống, đầu phun sprinkler và các thiết bị điều khiển. Pressure Reducing Valve là giải pháp thường được sử dụng để kiểm soát áp lực giữa các khu vực trong cùng một công trình.

Bỏ qua yêu cầu bảo vệ Fire Pump

Nhiều hệ thống chỉ tập trung bảo vệ đường ống mà chưa quan tâm đến điều kiện vận hành của bơm chữa cháy. Việc trang bị Pump Casing Relief Valve giúp duy trì lưu lượng tuần hoàn tối thiểu, hạn chế hiện tượng quá nhiệt và xâm thực khi bơm hoạt động ở lưu lượng thấp.

Lựa chọn thiết bị không phù hợp với tiêu chuẩn thiết kế

Đối với các hệ thống sprinkler yêu cầu tuân thủ tiêu chuẩn quốc tế, việc lựa chọn thiết bị đạt UL Listed và FM Approved không chỉ đáp ứng yêu cầu kỹ thuật mà còn góp phần đảm bảo tính đồng bộ, độ tin cậy và khả năng vận hành lâu dài của toàn bộ hệ thống.

10. Giải pháp hệ thống sprinkler UL/FM từ Rapidrop

Là nhà sản xuất thiết bị PCCC đến từ Vương quốc Anh, Rapidrop cung cấp đầy đủ các nhóm van điều khiển áp lực đạt chứng nhận UL Listed và FM Approved, bao gồm van giảm áp tiêu chuẩn UL/FM Pressure Reducing Valve, van an toàn tiêu chuẩn UL/FM Pressure Relief Valve và van an toàn nối ren cho bơm chữa cháy tiêu chuẩn UL/FM Pump Casing Relief Valve. Ngoài ra, hãng còn có các thiết bị quan trọng khác trong hệ thống sprinkler như Alarm Valve, Deluge Valve, Flow Switch, Pressure Switch, van điều khiển và đầu phun sprinkler.

Việc lựa chọn đồng bộ thiết bị từ cùng một nhà sản xuất giúp tăng tính tương thích, đơn giản hóa công tác thiết kế và thuận lợi hơn trong quá trình vận hành, bảo trì.

Tại Việt Nam, PGTECH là nhà nhập khẩu và phân phối chính hãng các giải pháp Rapidrop, đồng hành cùng các đơn vị tư vấn thiết kế, nhà thầu MEP, nhà thầu PCCC và chủ đầu tư trong việc lựa chọn thiết bị phù hợp cho từng dự án, hướng tới xây dựng các hệ thống sprinkler vận hành an toàn, ổn định và đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của các công trình hiện đại.

11. Kết luận

Kiểm soát áp lực là một trong những yếu tố quyết định đến độ an toàn và độ tin cậy của hệ thống chữa cháy sprinkler. Mỗi loại van điều khiển áp lực đều đảm nhận một chức năng riêng: Pressure Reducing Valve duy trì áp lực ổn định, Pressure Relief Valve bảo vệ hệ thống khỏi quá áp, còn Pump Casing Relief Valve giúp bảo vệ Fire Pump trong các điều kiện vận hành lưu lượng thấp.

Việc lựa chọn đúng loại van, bố trí đúng vị trí và kết hợp phù hợp với đặc điểm của từng công trình sẽ góp phần đảm bảo hệ thống đáp ứng yêu cầu thiết kế và vận hành ổn định lâu dài. Với danh mục thiết bị đạt chứng nhận UL Listed và FM Approved, Rapidrop cùng PGTECH mang đến giải pháp điều khiển áp lực đồng bộ cho nhiều loại hệ thống sprinkler theo tiêu chuẩn quốc tế.

PGTECH GROUP LIMITED - Nhà phân phối các thiết bị, sản phẩm công nghiệp uy tín hàng đầu tại Việt Nam và các nước trong Khu Vực

Copyright © - Bản quyền bài viết thuộc về PGTech Việt Nam

Ban Biên Tập Tin Tức: PGTECH

                                               Kỹ sư: Hữu Quỳnh

PGTECH GROUP LIMITED

 Địa Chỉ: Tầng 3, Toà Nhà Bắc Hà C14-CT1 phố Tố Hữu, phường Đại Mỗ, thành phố Hà Nội, Việt Nam.

Điện Thoại: 024-730235 88 - Hotline: 0962 875 986

Email: info@pgtech.com.vn      sales@pgtech.com.vn 

Website: www.pgtech.com.vn