Nguyên Nhân Van Tuyến Tính Bị Giật – Rung 4–20mA & Cách Khắc Phục

NGUYÊN NHÂN VAN TUYẾN TÍNH BỊ GIẬT – RUNG KHI ĐIỀU KHIỂN BẰNG TÍN HIỆU 4–20 mA & CÁCH XỬ LÝ

I. Giới thiệu: Vì sao van tuyến tính 4–20mA dễ bị giật – rung?

Trong các hệ thống hơi nóng, nước nóng, khí nén hoặc dầu nhiệt, van tuyến tính (control valve) điều khiển bằng tín hiệu 4–20mA là thành phần giữ vai trò quan trọng trong việc duy trì áp suất – lưu lượng – nhiệt độ ổn định. Tuy nhiên, rất nhiều nhà máy tại Việt Nam gặp tình trạng:

• Van rung nhẹ khi điều tiết
• Van giật mạnh khi thay đổi tải
• Van dao động liên tục quanh điểm đặt (setpoint)
• Van không đứng yên ở % mở mong muốn
• Van lắc, đập khi ΔP cao

Các hiện tượng trên làm giảm tuổi thọ seat–plug, giảm hiệu suất tiết kiệm năng lượng và gây sai số điều khiển

Hiện tượng giật rung thường xảy ra khi van hoặc actuator vận hành không đúng nguyên lý. Để hiểu chi tiết về van tuyến tính, cấu tạo và nguyên lý hoạt động, bạn có thể tham khảo bài tổng quan tại đây: Van tuyến tính là gì? Nguyên lý, cấu tạo và phân loại kỹ thuật.

.

Bài viết này phân tích chuyên sâu theo tiêu chuẩn kỹ thuật của Samson, ARI, Conflow, Spirax Sarco và kinh nghiệm thực tế lắp đặt–bảo trì của đội kỹ sư Phatdatcompany.

Hình minh họa hiện tượng van tuyến tính bị giật khi chạy thực tế.

II. 6 NGUYÊN NHÂN KHIẾN VAN TUYẾN TÍNH GIẬT – RUNG KHI NHẬN TÍN HIỆU 4–20mA

1. Nguồn cấp cho Positioner không ổn định

Nguồn 24VDC cấp cho positioner bị:

• Sụt áp (chỉ còn 18–20VDC)
• Dao động ±10%
• Nguồn switching gây ripple
• Chia nguồn chung với nhiều thiết bị gây nhiễu

Kết quả:

• Positioner không giữ được điểm đặt
• Van liên tục “săn” (hunting) tại 30–70% hành trình
• Khi tín hiệu thấp (4–6mA) van thường giật mạnh do lực điều khiển không đủ

Cách khắc phục

✔ Dùng nguồn 24VDC cách ly chuẩn công nghiệp
✔ Tách nguồn điều khiển và nguồn công suất
✔ Đo dòng trực tiếp tại positioner để kiểm tra rớt áp

2. Nhiễu tín hiệu 4–20mA từ PLC/DCS

Tín hiệu dòng 4–20mA rất nhạy với nhiễu, đặc biệt trong đường ống nhà máy có:

• Motor 3 pha
• Biến tần
• Bơm tăng áp
• Tủ điện công suất
• Cáp điều khiển đi chung với cáp động lực

Hệ quả:

• Tín hiệu 4–20mA dao động → positioner liên tục điều chỉnh → van giật
• Mass nhiễu khiến van thay đổi vị trí liên tục dù PLC giữ nguyên setpoint

Cách xử lý

✔ Luôn đi riêng cáp tín hiệu
✔ Dùng cáp chống nhiễu (shield) và nối mass đúng chuẩn
✔ Nếu nhiễu mạnh → chuyển sang giao tiếp digital (HART/Profibus/Modbus)
✔ Lắp bộ cách ly tín hiệu 4–20mA (signal isolator)

3. Sai số PID của bộ điều khiển (PLC – DCS – Controller)

Đây là nguyên nhân phổ biến nhất khi van dao động mạnh hoặc giật.

Kinh nghiệm thực tế nhà máy hơi

• Đối với hơi bão hòa → không cần D
• P nên từ 0.6–1.5
• Thời gian I nên 1.2–2.5 giây
• Luôn tăng I từ từ, không tăng P trước

Lỗi đồng bộ PID – positioner gây dao động điều khiển.

Cách xử lý

✔ Tắt PID → chuyển manual → test phản ứng van
✔ Điều chỉnh PID theo dải tải thực tế
✔ Với van ΔP cao → cần giảm P để tránh rung đầu stroke

4. Positioner hiệu chuẩn sai hoặc hư cảm biến hành trình

Positioner đóng vai trò “bộ não” của van.
Nếu:

• Zero – Span lệch
• Cảm biến hành trình (feedback sensor) sai
• Bộ cảm biến từ trường bị nhiễu
• Positioner lỗi cơ – kẹt thanh trượt

→ Van không đứng ở % mở mong muốn và rung liên tục.

Triệu chứng thường gặp:

• Van đứng ở 50% nhưng thực tế chỉ mở 40%
• Van không về 0% hoặc không lên được 100%
• Van chạy lên xuống liên tục tại một điểm

Cách xử lý

✔ Hiệu chuẩn ZERO – SPAN theo catalog hãng
✔ Kiểm tra linkage không bị kẹt
✔ Cập nhật firmware positioner (nếu digital)
✔ Nếu van rung tại 20–40% → khả năng cảm biến feedback lỗi

5. Actuator hoặc cơ cấu khí nén không ổn định

Actuator là nơi tạo lực để đóng/mở van.
Các lỗi thường gặp:

a. Khí nén không sạch – có nước – có dầu

→ Màng actuator bị lắc → phản ứng không mượt.

b. Lọc khí (air regulator) bẩn

→ Áp khí dao động → van giật mạnh mỗi khi thay đổi tải.

c. Rò khí tại fitting, ống, màng

→ Không đủ lực giữ van → van rung đầu hành trình.

d. Actuator undersized

→ Lực không đủ để thắng ΔP → van rung mạnh khi tải thay đổi.

Actuator ma sát cao khiến van phản hồi chậm và giật.

Cách xử lý

✔ Dùng bộ lọc khí 5µm + tách nước
✔ Kiểm tra và thay seal/membrane định kỳ
✔ Nếu ΔP cao → thay actuator lớn hơn
✔ Kiểm tra rò khí bằng dung dịch xà phòng

Nếu tín hiệu 4-20 mA không đúng yêu cầu hoặc actuator không đủ lực, van sẽ giật rung do nguyên lý hoạt động của van tuyến tính không được tuân thủ. Xem thêm chi tiết về cấu tạo và nguyên lý van tuyến tính tại bài tổng quan van tuyến tính

6. Sizing van sai – ΔP quá cao – seat/plug không phù hợp

Một van tuyến tính sẽ luôn rung khi sizing sai:

• Cv quá thấp → van mở 80–100% nhưng lưu lượng vẫn thiếu
• Cv quá lớn → van chỉ mở 5–20% → rất dễ rung
• ΔP quá cao tại đầu vào → lực tác động mạnh lên plug
• Trim không phù hợp (equal %, linear, quick opening)

Ví dụ thực tế

• Đường hơi 6 bar → van điều áp xuống 2 bar
• ΔP lớn hơn 3 bar → van thường rung mạnh ở đầu hành trình

Cách xử lý

✔ Tính Cv lại theo lưu lượng – ΔP – density
✔ Sử dụng trim Equal Percentage cho hơi nóng
✔ Nếu ΔP quá cao → dùng van 2 cấp hoặc thêm orifice plate
✔ Chọn body Inox 316 cho hơi > 200°C

III. Biểu hiện cụ thể – Cách kiểm tra – Cách xử lý theo từng trường hợp

1. Van rung tại 10–25% mở

Nguyên nhân khả dĩ:

• Cv quá lớn
• P quá cao
• ΔP lớn
• Positioner zero chưa chính xác

Cách khắc phục:

1. Giảm P xuống 50% giá trị hiện tại
2. Điều chỉnh I từ từ
3. Hiệu chuẩn lại ZERO–SPAN
4. Tính lại Cv nếu van chỉ làm việc trong vùng 0–20%

2. Van rung tại 50–70% mở

Nguyên nhân:

• I quá thấp
• Positioner feedback sai
• Nguồn PLC hoặc nguồn 24VDC dao động

Cách xử lý:

• Tăng I thêm 0.1–0.2 giây
• Kiểm tra adapter feedback
• Đo dòng 24VDC thực tế tại positioner

3. Van giật mạnh khi thay đổi setpoint

Nguyên nhân:

• PID chưa tối ưu
• Nhiễu tín hiệu 4–20mA
• Actuator undersized

Hướng xử lý:

• Giảm P
• Lắp isolator
• Kiểm tra áp suất khí nén

Các bước khắc phục van tuyến tính bị rung trong thực tế.

IV. Ứng dụng thực tế tại nhà máy – Kinh nghiệm Phatdatcompany

Trường hợp 1: Van rung mạnh khi điều áp hơi 6 bar → 2 bar

• Nguyên nhân: ΔP quá lớn, Cv chọn sai
• Xử lý: thay trim Equal %, giảm P PID, lắp thêm orifice plate
• Kết quả: van ổn định, duy trì setpoint ±0.1 bar

Trường hợp 2: Van điều khiển nhiệt hơi 180°C bị giật liên tục

• Nguyên nhân: khí nén có nước
• Xử lý: thêm bộ tách nước + lọc 5 micron
• Sau xử lý: hành trình mượt

Trường hợp 3: Van không đứng yên tại 60% mở

• Nguyên nhân: cáp tín hiệu đi chung biến tần
• Xử lý: thay cáp chống nhiễu – đi lại tuyến cáp
• Van ổn định – positioner chạy mượt 0–100%

Case study xử lý van rung tại nhà máy khách hàng của Phát Đạt.

V. Quy trình kiểm tra chuẩn khi van tuyến tính bị giật – rung

1. Kiểm tra cơ khí
   • Plug–seat
   • Độ kín
   • Kẹt tuyến hành
2. Kiểm tra actuator
   • Áp khí
   • Rò khí
   • Màng
3. Kiểm tra positioner
   • ZERO – SPAN
   • Feedback sensor
   • Lỗi alarm
4. Kiểm tra tín hiệu điều khiển
   • Dòng 4–20mA thực tế
   • Cáp chống nhiễu
   • Mass nhiễu
5. Kiểm tra PID
   • Chạy manual
   • Theo dõi phản ứng van
   • Cài PID lại

VI. Bảo trì định kỳ để tránh rung – giật

Chu kỳ bảo trì

• 3 tháng: kiểm tra positioner & actuator
• 6 tháng: vệ sinh trim – seat
• 12 tháng: kiểm tra gioăng, packing, diaphragm

Dấu hiệu cần thay seat/plug

• Rò rỉ hơi dù van đóng
• Van giật tại đầu hành trình
• Van không lên được 100%

VII. Các lỗi thường gặp & cách xử lý nhanh

VIII. Phatdatcompany – Đơn vị chuyên sửa lỗi rung – giật van tuyến tính

Chúng tôi cung cấp:

• Kiểm tra – setup lại PID
• Hiệu chuẩn positioner (Samson, ARI, Conflow, Spirax Sarco)
• Lắp mới van – actuator – positioner
• Tư vấn sizing miễn phí
• Hỗ trợ kỹ thuật 24/7

IX. Kết luận

Van tuyến tính bị giật – rung khi nhận tín hiệu 4–20mA là lỗi phổ biến, nhưng có thể xử lý triệt để nếu tuân theo:

• Kiểm tra nguồn cấp
• Loại bỏ nhiễu tín hiệu
• Điều chỉnh PID đúng chuẩn
• Hiệu chuẩn lại positioner
• Sizing lại van khi ΔP cao

Các giải pháp của Phatdatcompany đã giúp hàng trăm nhà máy ổn định hệ thống hơi – nước nóng – dầu nhiệt trong nhiều năm.

Hiểu rõ nguyên lý và cấu tạo van tuyến tính sẽ giúp bạn hạn chế tối đa hiện tượng giật rung trong hệ thống. Tham khảo thêm bài tổng quan về van tuyến tính tại đây: Van tuyến tính là gì.

Cảm ơn các bạn đã dành thời gian đọc bài viết.

Xem thêm

Van điều khiển tuyến tính là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động. 

Cảm biến báo mức dầu là gì? Báo giá. 

Lắp đặt cảm biến báo mức dầu tại nhà máy khách hàng.