Van thu giữ carbon vào năm 2026: 7 nguyên tắc lựa chọn vật liệu cho ứng dụng CO₂

Việc thu hồi, sử dụng và lưu trữ carbon, thường được gọi tắt là CCUS, đang ngày càng được mở rộng trong các lĩnh vực sản xuất điện, xi măng, thép, lọc dầu, sản xuất hydro, chế biến hóa chất và các dự án năng lượng ngoài khơi.
Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế, CCUS là một công nghệ quan trọng nhằm giảm phát thải trong các ngành khó cắt giảm, và số lượng các dự án đang được triển khai đã tăng mạnh trong những năm gần đây.
Bạn có thể xem bản tóm tắt chính thức về CCUS của IEA tại đây:
IEA: Thu hồi, Sử dụng và Lưu trữ Carbon.

Trong các dự án này, van thu giữ carbon không phải là các phụ kiện đường ống thông thường.
Chúng được sử dụng để cách ly các đường ống CO₂, bảo vệ máy nén, kiểm soát áp suất, ngăn chặn dòng chảy ngược, điều chỉnh hệ thống phun và đảm bảo vận hành an toàn trong quá trình khởi động, tắt máy và thay đổi áp suất.
Việc lựa chọn van không phù hợp có thể dẫn đến rò rỉ, hư hỏng do ăn mòn, hư hỏng đế van, ngừng hoạt động đột ngột và chi phí bảo trì cao.

Bộ Năng lượng Hoa Kỳ mô tả CCUS là một quy trình thu giữ khí CO₂ thải ra và tái sử dụng hoặc lưu trữ chúng trong các tầng địa chất ngầm.
Bạn có thể đọc lời giải thích chính thức của Bộ Năng lượng (DOE) tại đây:
Chương trình Thu giữ, Sử dụng và Lưu trữ Carbon của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE).

Tại sao van thu hồi carbon lại quan trọng vào năm 2026

Các hệ thống thu giữ carbon thường bao gồm các đơn vị thu giữ, các đơn vị khử ẩm, các trạm nén, các đường ống vận chuyển, các cơ sở bơm chèn và cơ sở hạ tầng lưu trữ dài hạn.
Mỗi phần có các điều kiện vận hành khác nhau.
Một van được lắp đặt trong thiết bị thu hồi áp suất thấp có thể phải đối mặt với những rủi ro hoàn toàn khác so với một van được lắp đặt sau máy nén CO₂ hoặc gần giếng bơm.

Vì lý do này, việc lựa chọn van thu hồi carbon phải dựa trên điều kiện làm việc thực tế, chứ không chỉ dựa vào áp suất danh định hay kích thước van.
Các kỹ sư cần đánh giá pha CO₂, hàm lượng nước, thành phần tạp chất, dải nhiệt độ, mức áp suất định mức, yêu cầu về độ rò rỉ, chức năng van và tiêu chuẩn kiểm tra trước khi hoàn thiện thiết kế van.

Trong nhiều dự án CCUS, CO₂ có thể được vận chuyển dưới áp suất cao để nâng cao hiệu quả.
Khi áp suất và nhiệt độ thay đổi, CO₂ có thể tồn tại dưới dạng khí, chất lỏng, pha đặc hoặc chất lỏng siêu tới hạn.
Những sự thay đổi pha này có thể ảnh hưởng đến sự sụt áp, hiệu suất làm kín, tính chất ở nhiệt độ thấp và việc lựa chọn vật liệu.

Những thách thức kỹ thuật chính trong dịch vụ CO₂

Lựa chọn vật liệu cho van thu hồi carbon

Việc lựa chọn vật liệu là nền tảng để tạo ra các van thu giữ carbon đáng tin cậy.
Vật liệu phù hợp phụ thuộc vào độ tinh khiết của CO₂, hàm lượng nước, nồng độ clorua, tạp chất có tính axit, áp suất vận hành, nhiệt độ vận hành và tuổi thọ yêu cầu.
Vật liệu van phù hợp với CO₂ sạch và khô có thể không phù hợp với CO₂ ẩm chứa clorua hoặc khí axit.

Đối với dịch vụ CO₂ khô tiêu chuẩn, có thể xem xét sử dụng thép cacbon hoặc thép không gỉ sau khi được đánh giá kỹ thuật.
Đối với CO₂ ẩm, hệ thống CCUS ngoài khơi, khí axit, ứng dụng hóa chất hoặc các điều kiện ăn mòn nghiêm trọng, có thể cần sử dụng các vật liệu hợp kim cao cấp như thép không gỉ duplex, thép không gỉ siêu duplex, Hastelloy, Inconel, Monel, titan hoặc zirconium.

Người dùng thiết bị di động: vuốt sang trái hoặc sang phải để xem toàn bộ bảng.

Các loại van được khuyến nghị cho các ứng dụng CCUS

Van bi CO2

Van bi thường được sử dụng để ngắt kết nối nhanh trong các thiết bị thu hồi CO₂, đường ống máy nén, hệ thống lưu trữ và đường ống vận chuyển.
Đối với các ứng dụng CCUS, các kỹ sư cần xem xét vật liệu ghế van, vật liệu làm kín trục van, thiết kế chống cháy, cấu trúc chống tĩnh điện, mức áp suất định mức và hiệu suất chống rò rỉ.

Công ty JST Valve chuyên sản xuất van bi công nghiệp bằng thép không gỉ, thép không gỉ kép, Hastelloy, Inconel, Monel, titan, zirconium và các loại hợp kim đặc biệt khác dành cho các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi khắt khe.

Van một chiều CO2

Van một chiều giúp ngăn chặn dòng chảy ngược và bảo vệ máy nén, máy bơm, đường ống và hệ thống phun.
Trong các hệ thống thu giữ carbon, việc lựa chọn van một chiều cần phải tính đến hướng dòng chảy, áp suất nứt, sụt áp, tốc độ đóng van và khả năng xảy ra rung động.

Van cầu và van điều khiển CO2

Van cầu và van điều khiển được sử dụng để điều tiết lưu lượng và kiểm soát áp suất.
Trong hệ thống CCUS, cần rà soát bộ phận bên trong van điều khiển để đánh giá các yếu tố như sụt áp, xói mòn, tiếng ồn, rung động, nguy cơ bốc hơi và vận hành ở nhiệt độ thấp.

Van cổng CO2

Van cổng thường được lựa chọn để cách ly hoàn toàn (mở hết cỡ hoặc đóng hết cỡ) trong các đường ống CO₂ có kích thước lớn.
Đối với dịch vụ vận chuyển và lưu trữ, vật liệu thân van, bề mặt làm kín hình nêm, vòng đệm trục van và miếng đệm nắp van phải phù hợp với điều kiện áp suất và môi trường làm việc.

Van hợp kim đặc biệt

Nên sử dụng van làm từ hợp kim đặc biệt khi CO₂ được trộn lẫn với khí axit, các hợp chất clorua, hơi ẩm hoặc các môi trường hóa học có tính ăn mòn mạnh.
Có thể xem xét sử dụng các vật liệu như Hastelloy, Inconel, Monel, thép không gỉ duplex, thép không gỉ siêu duplex, titan và zirconium tùy theo điều kiện ăn mòn thực tế.

7 nguyên tắc lựa chọn vật liệu dành cho kỹ sư

1. Xác nhận xem CO₂ là dạng khô hay dạng ướt

Đây là nguyên tắc đầu tiên khi lựa chọn van thu hồi carbon.
CO₂ khô có thể mở ra nhiều lựa chọn vật liệu hơn, trong khi CO₂ ướt có thể gây ra hiện tượng ăn mòn do axit cacbonic.
Nếu có nước, việc đánh giá mức độ ăn mòn phải được thực hiện nghiêm ngặt hơn nhiều.

2. Xác định tất cả các tạp chất trong dòng CO₂

CO₂ được thu hồi từ các nhà máy công nghiệp có thể chứa oxy, các hợp chất lưu huỳnh, oxit nitơ, clorua, amin hoặc các chất hóa học khác.
Các tạp chất này có thể ảnh hưởng đến vật liệu thân van, vật liệu lớp lót, việc lựa chọn gioăng và vật liệu đế van.

3. Xác định pha CO₂

CO₂ có thể tồn tại dưới dạng khí, lỏng, pha đặc hoặc chất lỏng siêu tới hạn tùy thuộc vào áp suất và nhiệt độ.
Van phải được lựa chọn dựa trên đặc tính hoạt động thực tế của từng giai đoạn, đặc biệt là trong các hệ thống nén, vận chuyển và bơm.

4. Kiểm tra nhiệt độ hoạt động thấp nhất

Việc giảm áp suất nhanh có thể làm giảm nhiệt độ và ảnh hưởng đến độ bền, hiệu suất làm kín cũng như độ ổn định kích thước.
Các kỹ sư cần xác định nhiệt độ thấp nhất dự kiến và lựa chọn các vật liệu kim loại và phi kim loại phù hợp.

5. Kiểm tra tính tương thích giữa ghế và hành lý

Vật liệu làm ghế và vật liệu đóng gói phải tương thích với CO₂, áp suất, nhiệt độ và các chu kỳ vận hành.
Đối với các van thu giữ carbon có vai trò quan trọng, có thể cần phải sử dụng vật liệu làm kín có mức phát thải thấp, đế van bằng kim loại hoặc thiết kế chống cháy.

6. Xem xét hiện tượng thay đổi áp suất theo chu kỳ và mỏi

Các hệ thống CCUS có thể phải đối mặt với tình trạng khởi động, tắt máy và dao động áp suất lặp đi lặp lại.
Thân van, trục van, các chi tiết bắt vít, gioăng và bề mặt làm kín phải phù hợp với hoạt động theo chu kỳ và đảm bảo độ tin cậy lâu dài.

7. Yêu cầu thực hiện kiểm tra và lập hồ sơ

Người mua nên yêu cầu cung cấp các chứng chỉ vật liệu, báo cáo thử áp lực, biên bản kiểm tra kích thước và các tài liệu dự án liên quan.
Đối với các điều kiện vận hành khắc nghiệt, có thể cần phải thực hiện các quy trình PMI, NDT, kiểm tra rò rỉ và các quy trình kiểm tra tùy chỉnh.

Danh sách kiểm tra thông số kỹ thuật cho van thu hồi carbon

Trước khi yêu cầu báo giá, các kỹ sư và đội ngũ mua hàng nên chuẩn bị đầy đủ dữ liệu về tình trạng hoạt động.
Điều này giúp nhà sản xuất van lựa chọn vật liệu, cấu trúc, bộ phận làm kín và kế hoạch kiểm tra phù hợp.

Người dùng thiết bị di động: vuốt sang trái hoặc sang phải để xem toàn bộ bảng.

Cách JST Valve hỗ trợ ứng dụng CO₂ trong điều kiện vận hành khắc nghiệt

Công ty TNHH Sản xuất Van JST Phúc Kiến chuyên sản xuất các loại van công nghiệp hiệu suất cao dành cho các ứng dụng trong môi trường ăn mòn, mài mòn, nhiệt độ cao và áp suất cao.
Đối với van thu hồi carbon và các dịch vụ liên quan đến CO₂, JST Valve có thể hỗ trợ các kỹ sư và người mua trong việc lựa chọn vật liệu, tối ưu hóa cấu trúc van, thiết kế hệ thống làm kín và sản xuất theo yêu cầu.

JST Valve cung cấp các loại van công nghiệp làm từ thép không gỉ, thép không gỉ duplex, thép không gỉ siêu duplex, Hastelloy, Inconel, Monel, titan, zirconium và các vật liệu đặc biệt khác.
Các vật liệu này có thể được sử dụng trong các nhà máy hóa chất, nhà máy lọc dầu, giàn khoan ngoài khơi, môi trường tiếp xúc với axit, môi trường bùn lỏng, hệ thống nước biển và các ứng dụng trong điều kiện ăn mòn nghiêm trọng.

• Lựa chọn vật liệu tùy chỉnh cho van thu hồi carbon và ứng dụng CO₂
• Van bi, van một chiều, van cổng, van cầu, van nút và van hợp kim đặc biệt
• Các lựa chọn vật liệu bao gồm Hastelloy, Inconel, Monel, titan, zirconium và thép không gỉ duplex
• Hỗ trợ kỹ thuật cho các môi trường có CO₂ lỏng, khí axit, clorua và ăn mòn nghiêm trọng
• Sản xuất van theo mô hình OEM và ODM theo yêu cầu của dự án
• Thử nghiệm áp suất, kiểm tra và hỗ trợ lập hồ sơ kỹ thuật

Kết luận

Các van thu giữ carbon là yếu tố thiết yếu để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy của hệ thống CCUS.
Van phù hợp phải có khả năng chịu được sự ăn mòn do CO₂, sự thay đổi áp suất theo chu kỳ, kiểm soát rò rỉ, sự thay đổi nhiệt độ và các điều kiện vận hành khắc nghiệt.
Việc lựa chọn vật liệu đặc biệt quan trọng khi CO₂ chứa nước, khí axit, clorua hoặc các tạp chất ăn mòn khác.

Các kỹ sư không nên chỉ dựa vào loại van, cấp áp suất hay giá cả để lựa chọn van thu hồi carbon.
Để đảm bảo vận hành an toàn trong dài hạn, cần phải tiến hành rà soát toàn diện các yếu tố như thành phần môi trường, pha CO₂, áp suất, nhiệt độ, chức năng van, yêu cầu về độ kín và tiêu chuẩn kiểm tra.

Nếu dự án của quý vị liên quan đến thu hồi carbon, vận chuyển CO₂, CO₂ dạng lỏng, khí axit, ăn mòn ngoài khơi, áp suất cao hoặc môi trường hóa chất khắc nghiệt, JST Valve có thể hỗ trợ cung cấp giải pháp van được thiết kế riêng dựa trên điều kiện làm việc thực tế.