تجهیزصنعت تامین و تجهیز صنایع
شیر اطمینان چیست ؟
در هر سیستم دارای فشار یک دستگاه ایمنی احتیاج است که از تجهیزات و افراد در برابر اضافه فشار محافظت نماید. دستگاهی که در صنعت برای ایمنی در برابر فشار بالا استفاده می شود، تحت عنوان شیر اطمینان (Safety Valves) و یا ریلیف ولو (Safety Relief Valves) شناخته می شود. ریلیف ولوها برای آزاد کردن تدریجی اضافه فشار به کار می رود.
استفاده از دستگاه های ایمنی قدمتی تاریخی دارد و تقریبا به زمانی بر می گردد که انسان توانست برای تولید بخار آب را بجوشاند.
عملکرد شیر اطمینان
مکانیزم عملکرد شیرهای اطمینان به این صورت است که در زمان رسیدن فشار سیال به میزان معین، شیر اطمینان عمل میکند و کار رها سازی را انجام می دهد. لازم به ذکر است که عملکرد این شیرها کاملا به صورت مکانیکی است و هیچگونه سیگنال الکتریکی در این شیرها وجود ندارد. Safety Valve معمولا در آخرین لایه های محافظت در برابر فشار بالا قرار می گیرد. به همین دلیل حصول اطمینان از عملکرد این شیر در هر شرایطی و در هر زمانی لازم است.
شیرهای اطمینان باید در جایی به کار بروند که احتمال عبور از حداکثر فشار مجاز، بالا باشد. ولوهای اطمینان در سیستم های بخار معمولا برای اضافه فشار بویلرها بکار می روند. این شیرها همچنین در فرایند برای حفاظت در برابر ایجاد خسارت در تجهیزات هنگام وجود فشار اضافی، بکار می روند.
شیر اطمینان فشار
فشار اضافی در شرایط گوناگونی می تواند ایجاد شود. به عنوان مثال:
- عدم تعادل فشار که به دلیل باز یا بسته شدن ناخواسته ولوهای ایزوله ایجاد می شود.
- مخدوش شدن عملکرد سیستم خنک کاری که موجب انتشار بخار می شود.
- هوای فشرده و عدم کارکرد صحیح سیستم کنترل و کنترل ولوها
- موج فشار گذرا
- خرابی لوله مبدل حرارتی
- واکنش های گرماده در پلنت های شیمیایی
- تغییر در دمای محیط
ساختار داخلی شیر اطمینان صنعتی
شیرهای اطمینان صنعتی دارای مدل های مختلفی بر اساس ساختار داخلی میباشند. شیر اطمینان فنری دار، پیستونی و وزنه ای از انواع این شیرها محسوب میشوند. این مدل ها بر اساس استانداردهای ASME و DIN طراحی و تولید میشوند.
لازم به ذکر است که این شیر ها با عملکرد فنری رایج ترین مدل سیفتی ولو یا شیراطمینان محسوب میشود. در شکل زیر ساختار داخلی یک شیر اطمینان فنری از نوع معمولی یا conventional را مشاهده میکنید:
اجزای داخلی شیر اطمینان صنعتی
شیر اطمینان یک تجهیز مکانیکی است که از اجزای اصلی زیر تشکیل شده است:
نازل ورودی (Inlet Nozzle): نازل ورودی محل ورود سیال یا گاز به شیر اطمینان است و به سیستم یا تجهیزاتی که باید فشار از آن برداشته شود متصل می شود.
طراحی ورودی نازل به دو صورت نازل کامل (Full Nozzle) یا به صورت نیمه (Semi Nozzle) می باشد. در طراحی نازل کامل تمام مسیر ورودی سیال یک تکه است و کانال ورودی به همراه دیسک تنها قطعاتی هستند که در حالت عملکرد نرمال شیر، با سیال ورودی در تماس خواهند بود. طراحی ورودی نازل کامل بهترین گزینه برای سیالات خورنده است و در مواقعی که نیاز به تعویض نازل باشد استفاده می شوند.
بدنه (Body): بدنه شیر اطمینان اجزای داخلی را در خود جای داده و پشتیبانی ساختاری را فراهم می کند. معمولاً از متریال مقاوم مانند فولاد ضد زنگ یا برنج برای تحمل فشارهای بالا ساخته می شود.
نشیمنگاه (Seat): نشیمنگاه سطح آب بندی داخل بدنه است که در هنگام بسته شدن شیر دیسک در تماس است. در واقع یک آب بندی محکم برای جلوگیری از هرگونه نشتی هنگامی که شیر در وضعیت بسته است می باشد.
دیسک (Disc): جزء متحرکی است که در بالای سیت قرار می گیرد. به گونه ای طراحی شده است که وقتی فشار از حد تعیین شده فراتر رفت از سیت بلند می شود و اجازه می دهد مایع یا گاز تخلیه شود. دیسک معمولاً دارای فنر است و در پاسخ به فشار وارد بر آن حرکت می کند.
فنر (Spring): نیروی لازم را برای نگه داشتن دیسک در تماس با سیت در زمانی که فشار کمتر از حد تعیین شده است، فراهم می کند. برای اعمال نیروی خاصی کالیبره شده است و زمانی که فشار از حد تعیین شده فراتر رفت، نیروی سیال یا گاز بر نیروی فنر غلبه کرده و دیسک را از روی صندلی بلند می کند.
نازل خروجی یا تخلیه (Outlet Nozzle): نازل خروجی یا تخلیه مسیری است که از طریق آن سیال یا گاز هنگام باز شدن از شیر اطمینان خارج می شود. به یک سیستم تخلیه مناسب متصل می شود یا به یک مکان امن هدایت می شود.
کلاهک (Bonnet): اجزای داخلی شیر اطمینان را در بر می گیرد و محافظت می کند. کلاهک یا درپوش به دو صورت باز و بسته می باشد که در مواقعی که سیال فرآیندی سمی و خطرناک است کلاهک بسته به کار می رود.
Cap در دو مدل پیچ Screw برای دما و فشار پایین و Bolted در دما و فشارهای بالا استفاده می شود.
ترکیب این اجزا به شیر اطمینان فشار اجازه می دهد تا به طور موثر عمل کند و فشار اضافی را کاهش دهد و سیستم یا تجهیزات را از آسیب احتمالی محافظت کند. طراحی و پیکربندی خاص یک شیر اطمینان فشار ممکن است بسته به کاربرد مورد نظر آن و استانداردهای صنعتی متفاوت باشد.
سیال از طریق خطوط لوله به صورت عمودی از طریق نازل ورودی (از زیر) وارد شیر اطمینان می شود. شیرهای اطمینان در حالت معمولی بسته می باشند و دیسک روی نشیمنگاه یا سیت شیر می نشیند و شیر را می بندد.
نیروی مورد نیاز برای این کار توسط فنر اعمال می شود. فنر بین یک دیسک شیر متحرک بالا و ثابت بالا بسته می شود. برای تنظیم انقباض فنر می توان از پیچ فشار (screw) که موقعیت دیسک شیر را تعیین می کند استفاده کرد.
اسپیندال دیسک را هدایت می کند و نیروی فنر را منتقل می کند. سیت یا نشیمنگاه دارای قطر داخلی مشخصی است که با در نظر گرفتن ضریب جریان، برای تعیین حداکثر جریان جرمی که شیر می تواند تخلیه کند استفاده می شود.
اصطلاحات مرتبط با شیر اطمینان
در اینجا برخی اصطلاحات معروف در مورد شیرهای اطمینان صنعتی بیان می شود:
سیمرینگ (Simmering)
هنگامی که فشار Setpoint و فشار فرآیندی به یکدیگر نزدیک شوند باعث کار کردن شیرهای اطمینان در فواصل زمانی کوتاه خواهد شد که به این پدیده Simmering گفته می شود.
در شیرهای اطمینان اگر نسبت فشار کاری (P operation) به فشار نقطه تنظیم (P setpoint) نزدیک به 0.9 باشد موجب پدیده باز و بسته شدن شیر در فواصل زمانی کوتاه می شود. معمولا در حوالی نقطه تنظیم (set point) حدود 1 بار جای تنظیم مجدد وجود دارد که به آن Shut off Margin گفته می شود.
در این حالت یک Shut off Margin به فشار ست پوینت اضافه می شود که این پدیده بهبود یابد. در این کیس ها استفاده از شیرهای پایلوت پیشنهاد می گردد.
چترینگ (Chattering)
در اثر سایزینگ نامناسب و بزرگ بودن سطح مقطع ورودی در این به دلیل عدم بر هم کنش متعادل فشار ورودی و فشار برگشتی دیسک دائما به سیت برخورد می کند و باعث آسیب دیدن سیت می شود.
این پدیده با انتخاب درست سطح مقطع اوریفیس شیر قابل کاهش دادن می باشد. علت این پدیده تخلیه نشدن کامل سیال است و هر دفعه دیسک بلند شده و مقدار کمی تخلیه می شود. مجددا دیسک روی سیت بر میگردد و دوباره مقدار کمی سیال با بلند شدن دیسک تخلیه می شود.
فلاترینگ (Fluttering)
در این حالت دیسک از روی سیت بلند می شود ولی در برگشت ضربه نمی زند (کاملا بسته نشده) و حالت شناوری دارد. این پدیده به علت انتخاب نادرست سطح مقطع اوریفیس است.
فشار برگشتی (Back Pressure)
به مجموع فشارهایی که قبل عملکرد به طور پیش فرض وجود دارد (Superimposed) و فشاری که بعد از عمل کردن شیر در بالای دیسک انباشته می شود (Build up) فشار برگشتی گفته می شود.
P back pressure= P built-up + P superimposed
فشاری برگشتی فشاری است که در قسمت خروجی (Out let) وجود دارد و هنگام سایزینگ شیر اطمینان حتما باید در محاسبات در نظر گرفته شود.
فشار CDTP
(Cold differential test pressure) فشاری که در آن یک شیر اطمینان با استفاده از مایع آزمایش در دمای محیط تنظیم می شود. این فشار تست شامل اصلاحاتی برای شرایط سرویس به عنوان مثال فشار برگشتی یا دمای بالا است.
حداکثر فشار کاری مجاز
(MAWP) ماکزیمم فشار طراحی شیر اطمینان است که از ماکزیمم فشار فرآیندی بالاتر می باشد.
ظرفیت جریان
(Rated relieving capacity) میزان جریانی است که در هنگام تخلیه از شیر خارج می شود و توسط کد یا مقررات مربوطه مجاز است به عنوان مبنایی برای استفاده از شیرهای اطمینان استفاده شود.
مشخصه عملکردی شیر اطمینان
شیرهای اطمینان در حضور فشار اضافی به صورت خودکار و سریع عمل می کنند. این شیرها طبق یک مشخصه عملکردی باز و بسته می شوند.
شیرهای اطمینان در نقطه تنظیم شروع به باز شدن می کنند و در 10% فشار SETPOINT کاملا باز می شوند (Overpressure area) و در 10% پایین تر از نقطه تنظیم بسته می شوند (Blowdown area).
Set pressure- reseat=Blow down
با توجه به تصویر زیر وضعیت های مختلف شیر اطمینان به شرح زیر است:
1. هنگامی که فشار ورودی (Inlet pressure) کمتر از فشار نقطه تنظیم (set point pressure) باشد شیر بسته است.
2. اگر فشار ورودی بیشتر از فشار نقطه تنطیم شود شیر شروع به باز شدن می کند و 100 درصد سیال تخلیه می شود.
3. پس از تخلیه سیال فشار کاهش می یابد تا به فشار نقطه تنظیم برسد.
4. در نهایت هنگامی که فشار ورودی کمتر از فشار نقطه تنظیم set point pressure برسد مجددا شیر بسته می شود.
کاربرد شیر اطمینان
شیر اطمینان یا سفتی ولو معمولا روی تجهیزاتی که احتمال افزایش فشار بیش از حد مجاز و ناخواسته در آنها وجود دارد نصب میشوند. دلایل متفاوتی برای افزایش فشار در هر فرآیند وجود دارد که مهندسان فرآیند و ایمنی باتوجه به نوع فرآیند شکل‌گرفته در هر تجهیز، احتمال وقوع هر یک از این دلایل را پیش‌بینی میکنند و متناسب با آن، شیرهای اطمینان را طراحی میکنند.
در ادامه به برخی از مهمترین موارد استفاده سیفتی ولوها اشاره میکنیم:
- مخازن
- بویلر
- برج های تقطیر
- خطوط فلر
- مبدل های حرارتی
- تجهیزات ایستگاه های تقویت فشار
- تجهیزات سرچاهی
نحوه نصب شیر اطمینان
نحوه صحیح نصب در شیر اطمینان صنعتی یکی از مهمترین نکاتی است که حتمآ برای کارایی موثر و عملکرد درست در شیر رعایت شود. شرایط فرآیندی، نوع پیکربندی لوله کشی و سیستم پایپینگ، ملاحظات نصب و همچنین مقدار مجاز نویز همگی از نکات مهمی است که در نصب شیرهای اطمینان باید رعایت شوند.
در ادامه به مهمترین نکاتی که در نصب شیر اطمینان باید رعایت نمود اشاره میکنیم:
- 1- قبل نصب این شیر حتما لوله ها باید از هرگونه کثیفی پاکسازی شود چراکه تجمع ذرات موجود در لوله ممکن است به عملکرد شیر آسیب وارد کند.
- 2- در سرویس های بخار به دلیل احتمال ایجاد کندانس بخار در بالای دیسک، شیر اطمینان حتمآ باید در بالای خط لوله نصب بشود. به عبارتی دیگر به جهت اینکه تخلیه شیر به خوبی انجام بگیرد برای سیستم های بخار لوله کشی در قسمت Discharge باید رو به بالا باشد.
نحوه انتخاب شیر اطمینان مناسب
انتخاب سایز مناسب شیر اطمینان از اهمیت بالایی برخوردار میباشد. شیر اطمینان باید قادر باشد فشار اضافی را کاملا تخلیه کند. بنابراین اندازه اوریفیس در هر یک از مدل های شیر اطمینان به اندازه کافی باید بزرگ باشد.
از طرفی دیگر بیش از حد در نظر گرفتن مقدار سطح مقطع (اوریفیس) باعث ایجاد مشکلاتی نظیر پدیده چترینگ (Chattering) خواهد شد و موجب آسیب دیدن دیسک شیر خواهد شد.
ملاحظات طراحی شیر اطمینان
به طور کلی ملاحظات زیر را در سایزینگ یک شیر اطمینان صنعتی باید در نظر داشت:
- فشار کاری نرمال (Normal Working Pressure): فشار کاری سیستم در شرایط نرمال
- حداکثر فشار کاری مجاز (Maximum Allowable Working Pressure): این مقدار حداکثر فشار موجود در شرایط نرمال سیستم است.
- حداکثر فشار تجمعی مجاز (Maximum allowable accumulation pressure): حداکثر فشار مجاز برای سیستم با توجه به ویژگی های طراحی شیر.
- نقطه تنظیم (Set Pressure): فشاری که در آن سیت ولو شروع به بالا رفتن می کند.
- فشار رهاسازی (Relieving Pressure): فشاری که در آن شیر به حداکثر ظرفیت خود می رسد. این مقدار برابر مجموع فشار تنظیم (Set Pressure) و اضافه فشار (Overpressure) است.
- اضافه فشار (Overpressure): این میزان که برحسب درصدی از نقطه تنظیم بیان می شود، مقدار اختلاف فشار نقطه تنظیم و فشاری است که در آن دیسک شیر کاملا باز و در حال تخلیه است (Relieving Pressure).
- محکم بودن سیت (Seat Tightness): محکم بودن سیت یکی از ملاحظات مهمی است که در انتخاب و نصب شیرهای اطمینان باید در نظر گرفت. چراکه عدم توجه به این مورد نه تنها ممکن است به افت جریان بیانجامد، بلکه وجود نشتی موجب زوال سطوح آب بندی میشود که این امر می تواند موجب بلند شدن زود هنگام دیسک شود و عملکرد شیر به مرور مخدوش شود.
نماد شیر اطمینان در نقشه خوانی
این شیرها به طور خودکار فشار اضافی را برای محافظت از تجهیزات و جلوگیری از خرابی سیستم تخلیه می کنند و با اجتناب از شرایط فشار بیش از حد ایمنی فرآیند را تضمین می کنند.
در شیر اطمینان همیشه سایز ورودی از سایز خروجی کوچکتر می باشد و ریتینگ ورودی از خروجی بیشتر است و در نقشه خوانی P&ID به صورت زیر نمایش داده می شود:
تجهیز صنعت با بیش از دو دهه سابقه درخشان، یکی از شرکت های فعال در تامین تجهیزات و واردات قطعات صنعتی در حوزه تجهیزات برق و ابزار دقیق، اتوماسیون صنعتی، شیرآلات صنعتی و پایپینگی، تجهیزات آزمایشگاهی و آنالایزرهای شیمیایی، تجهیزات کالیبراسیون و تست و اندازه گیری پرتابل است.
این فروشگاه بزرگ و مطمئن جهت افزایش سطح کیفی و ایمنی صنایع انواع شیر اطمینان صنعتی با متریال و سایزهای گوناگون از برندهای مختلف را با بهترین کیفیت و قیمت مناسب به فروش می رساند.
جهت مشاهده انواع شیر اطمینان تجهیزصنعت کلیک نمائید. برای استعلام قیمت و مشاوره فنی در خصوص انواع سیفتی ولو ها با کارشناسان فنی و فروش تماس حاصل فرمایید.
تجهیز صنعت با بیش از دو دهه سابقه درخشان، یکی از شرکت های فعال در تامین تجهیزات و واردات قطعات صنعتی در حوزه تجهیزات برق و ابزار دقیق، اتوماسیون صنعتی، شیرآلات صنعتی و پایپینگی، تجهیزات آزمایشگاهی و آنالایزرهای شیمیایی، تجهیزات کالیبراسیون و تست و اندازه گیری پرتابل است.
این مجموعه با تکیه بر دانش مهندسی و پرسنل مجرب و آموزش دیده در سطوح بین المللی، دارا بودن ظرفیت ها و توانمندی های بالای فنی و اجرایی و همچنین ارتباطات گسترده با تولید کنندگان و تامین کنندگان مطرح در سرتاسر جهان، همواره سعی بر رفع موانع، حل مشکلات و کمک به صنعت کشور عزیزمان ایران را داشته است.
