شیر اطمینان

شیر اطمینان چیست؟

شیر اطمینان (Safety Valves)، یکی از انواع پرکاربرد شیرآلات صنعتی به شمار می رود که جهت جلوگیری از اضافه فشار و محافظت از تجهیزات و افراد در برابر اضافه فشار مورد استفاده قرار می گیرد.

شیر اطمینان نوعی از شیرهای ایمنی و کاهش فشار است که در وهله اول به عنوان یک اقدام ایمنی برای صنایع طراحی شده است. این شیرها در صنایعی نصب می شوند که در آنها احتمال افزایش سریع فشار وجود دارد و می تواند منجر به انفجار یا آسیب دیدن به تجهیزات یا افراد شود. همچنین به اختصار به شیرهای اطمینان PSV (Pressure Safety Valve) نیز گفته می شود.

شیرهای اطمینان از اجزای ضروری در صنایع فرآیندی مختلف از جمله نفت و گاز، شیمیایی، پتروشیمی، تولید برق و… محسوب می شوند. هدف اصلی شیرهای اطمینان جلوگیری از خرابی های فاجعه بار ناشی از فشار بیش از حد است که می تواند منجر به انفجار، آسیب ساختاری یا سایر شرایط خطرناک شود.

شیر اطمینان برای آزادسازی و تخلیه فشار اضافه روی مخازن و خطوط لوله نصب می گردند. در ادامه به معرفی انواع شیرهای اطمینان، عملکرد و سایر ویژگی های آنها می پردازیم.

استانداردهای مرتبط با شیرهای اطمینان

شیر اطمینان یا  PSV یک تجهیز کنترلی و حفاظتی است که در صنایع مختلف برای حفاظت از تجهیزات و سیستم‌ها در برابر فشارهای ناخواسته و بیش از حد تعیین شده به کار می رود. استانداردهای شیر اطمینان الزامات و مقرراتی می باشند که در زمینه انتخاب، سایزینگ، طراحی، ساخت شیرها و غیره به کار می روند.

استاندارد API یک استاندارد شناخته شده است که توسط مؤسسه نفت آمریکا (API) توسعه یافته و دستورالعمل هایی را برای طراحی و نصب سیستم های کاهش فشار در صنایع مختلف به ویژه در بخش نفت و گاز ارائه می دهد.

استانداردهای مرتبط با شیرهای اطمینان به شرح زیر می باشند:

• 1. استاندارد API520 راهنمای سایزینگ و انتخاب شیر اطمینان
• 2. استاندارد API521 در ارتباط با سیستم های کاهش فشار Depressurizing system
• 3. استاندارد API526 در ارتباط با شیرهای تخلیه فشار Pressure Relief Valve
• 4. استاندارد API527 در ارتباط با آب بندی و نشتی Seat tightness

شیرهای اطمینان بر اساس استانداردهای مختلفی طراحی و ساخته می شوند. بر اساس استاندارد ASME/ANSI PTC25.3 شیرهای اطمینان عبارتند از:

انواع شیر سیفتی ولو

شیر اطمینان (Pressure Safety Valve)

شیر اطمینان یک تجهیز ایمنی و مکانیکی است که هنگام رسیدن فشار سیال به فشار تعیین شده یا SET POINT به صورت اتوماتیک باز شده و مجددا پس از تخلیه سیال بسته می شود. عملکرد این تجهیزات به صورت سریع باز شونده (pop action) است و متناسب با افزایش فشار سیال عمل می کند.

شیر تخلیه فشار (Pressure Relief Valve)

شیر تخلیه فشار (PRV) نوع دیگری از شیرآلات است که برای رهاسازی یا تخلیه سیال در تجهیزات مختلف به منظور حفظ سطح فشار بهینه استفاده می شود. شیرهای تخلیه برای سیالات مایع به کار می روند و عملکرد خطی یا  Linear Action دارند.

شیرهای تخلیه به تدریج با افزایش فشار سیال باز می شوند و با تخلیه سیال فشار را کاهش می دهند سپس بسته می شوند. از تفاوت های شیر اطمینان و تخلیه فشار میتوان به نوع سیال و عملکرد اشاره کرد.

شیرهای تخلیه PRV نسبت به فشار سیال به تدریج باز می شوند، در حالی که شیرهای اطمینان PSV به طور ناگهانی پس از رسیدن فشار به سطح معینی باز می شوند تا از فشار بیش از حد و حوادث احتمالی در فرآیند جلوگیری کنند.

شیر اطمینان و رهاسازی(Pressure Safety Relief Valve)

این نوع شیرها عملکرد دوگانه (Dual) دارند بنابراین متناسب با فشار ورودی میتوانند به صورت سریع یا تدریجی عمل کنند. شیرهای اطمینان و رهاسازی برای سیالات مختلف مایع و گاز به کار می روند.

ساختار و عملکرد شیرهای اطمینان

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

قبل از معرفی انواع شیرهای اطمینان برخی اصطلاحات معروف در مورد شیرهای اطمینان در موارد زیر 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.

انواع شیر اطمینان از نظر عملکرد فشار برگشتی

طیف گسترده ای از شیرهای اطمینان برای کاربردهای مختلف و معیارهای عملکرد مورد نیاز در صنایع مختلف وجود دارد.

استاندارد ASME I و استاندارد ASME VIII برای کاربردهای دیگ بخار و مخازن تحت فشار و استاندارد ASME/ANSI PTC 25.3 برای شیرهای ایمنی و شیرهای تخلیه تعریف ارائه می شود.

انواع شیرهای اطمینان بر اساس فشار برگشتی (Back Pressure) به شرح زیر می باشد:

1. شیر اطمینان (Conventional)

شیرهای اطمینان Conventional که به آنها شیرهای اطمینان فنری نیز می گویند یکی از رایج ترین انواع شیرهای اطمینان مورد استفاده در صنایع مختلف می باشند. آنها بر اساس نیروی اعمال شده توسط فنر برای کنترل باز و بسته شدن شیرعمل می کنند.
شیرهای اطمینان با بارگذاری مستقیم در مواردی که فشار برگشتی زیر 10% فشارنقطه تعیین شده (setpoint) باشد به کار می روند. معایب این شیرها این است که تاثیر زیادی از فشار برگشتی (Back Pressure) می گیرند و عملکرد آنها ضربه ای است و پدیده چترینگ (تماس دیسک و سیت زیاد) رخ می دهد.

2. شیر اطمینان بیلوز (Bellows)

در این شیرها قسمت بالای دیسک و سیت با استفاده از یک بیلوز آکاردئونی شکل حرکت ضربه ای و ناگهانی دیسک را آهسته می کند. در واقع این کار باعث می شود شیر از فشار برگشتی تاثیر کمتری بگیرد و آرامتر حرکت کند. از شیر اطمینان بیلوزدار در مواردی که فشار برگشتی بین 10% تا 35% فشار تعیین شده (setpoint) استفاده می شود.
یکی از معایب استفاده از شیر ایمنی بیلوز این خواهد بود که ممکن است فشار تنظیم شده و ظرفیت شیر را تحت تأثیر قرار دهد. بنابراین مهم است که مکانیزمی برای تشخیص هرگونه جریان سیال نامشخص از طریق ونت بیلوز وجود داشته باشد.

همچنین برخی از شیرهای اطمینان بیلوز دارای یک پیستون کمکی هستند که برای غلبه بر اثرات فشار برگشتی در صورت خرابی بیلوز استفاده می ‌شود. این نوع شیر اطمینان معمولاً برای کاربردهای حیاتی در صنایع نفت و پتروشیمی مورد استفاده قرار می گیرد.
علاوه بر کاهش اثرات فشار برگشتی، بیلوزها همچنین برای جدا کردن اسپیندال و فنر از سیال فرآیندی به کار می روند برای زمانی که سیال خورنده است مفید می باشد.

3. شیر اطمینان پایلوت (Pilot)

این نوع شیر اطمینان از فشار ورودی از طریق یک شیر پایلوت برای اعمال نیروی بسته شدن روی دیسک شیر استفاده می کند و معمولاً در کاربردهایی که نیاز به کاهش فشار و دبی بالا دارند استفاده می شود.

شیرهای پایلوت دار (POSV) دو نوع اصلی دیافراگمی و پیستونی دارند. نوع دیافراگمی معمولاً فقط برای کاربردهای فشار کم به کار می رود و عملکردی از نوع را ایجاد می کند که مشخصه شیرهای کمکی مورد استفاده در سیستم های مایع است. بنابراین در سیستم های بخار کاربرد کمی دارند.

شیرهای پایلوت دار دقت بهتری دارند اما در مقایسه با شیرهای اطمینان دیگر از قیمت بالاتری برخوردار هستند. از این شیرهای اطمینان در مواقعی که فشار برگشتی (Back Pressure) بیشتر از 35% فشار تعیین شده باشد استفاده می شود.

متعلقات شیر اطمینان

لوازم جانبی شیر اطمینان تجهیزاتی هستند که همراه با شیرهای ایمنی برای افزایش عملکرد یا قابلیت‌های نظارتی استفاده می ‌شوند. این تجهیزات ویژگی های را ارائه می دهند یا عملکرد و نگهداری صحیح شیرهای ایمنی را آسان می کنند. برخی از انواع متعلقات شیرهای اطمینان در موارد زیر ذکر شده است:

1. Jacketed: در مواقعی که سیال ویسکوزیته بالایی دارد و ممکن است به دیسک سیت بچسبد و در عمکرد شیر تداخل ایجاد کند در اطراف شیر اطمینان قرار می گیرد و باعث حرکت روانتر و راحت تر سیال در شیر می شود.

2. Lifting Device: دستگاه بالابر نوع خاصی از لوازم جانبی است که همراه با شیرهای ایمنی برای کمک به بلند کردن دستی دیسک شیراستفاده می شود.اهرم بسته بندی شده Packed leverبرای سرویس خطرناک واهرم ساده Plain lever برای تخلیه سیالات تمیز و فاقد ارزش مالی مانند آب وهوا استفاده می شود.

3. Test gag: هنگامی که بخواهید بالاتر از فشار نقطه تنظیم (set point) شیر را تست کنید و نخواهید شیر عمل کند از Test gag استفاده می شود که اجازه فعال شدن را به شیر نمی دهد.

سایزینگ شیر اطمینان

سایزینگ یک فرآیند حیاتی در مهندسی است که شامل تعیین اندازه و ظرفیت مناسب یک شیر اطمینان برای یک کاربرد معین می شود. هدف از تعیین سایز شیر، اطمینان از این است که شیر می تواند به طور موثر فشار اضافی را از یک سیستم کاهش دهد و از آن در برابر حوادث فشار بیش از حد محافظت کند.
شیرهای اطمینان باید مطابق با سایز خط لوله ای که شیر روی آن نصب می شود انتخاب شوند و مجاز به کاهش سایز نخواهید بود.
سایزینگ مناسب شیرهای اطمینان بسیار مهم است زیرا اندازه ناحیه اوریفیس باید به گونه ای باشد که شیر اطمینان قادر باشد اضافی فشار را تخلیه کند. در صورتی که سایز ناحیه اوریفیس شیر بزرگتر در نظر گرفته شود موجب ایجاد چترینگ (Chattering) و آسیب به دیسک شیر خواهد شد.

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:

انواع جنس شیرهای اطمینان

قسمت هایی از شیر اطمینان مانند دیسک و نازل ورودی که در تماس با سیال هستند باید از متریال خاصی متناسب با نوع سیال فرآیندی ساخته شوند. همچنین با توجه به اینکه شیرهای ایمنی در شرایط عادی به ندرت کار می کنند تمام اجزای دیگر را می توان از مواد استاندارد برای اکثر کاربردها تولید کرد.

با این حال چندین استثنا وجود دارد که در این موارد باید از متریال خاصی استفاده شود که عبارتند از:

• • کاربردهای برودتی
• • سیالات خورنده
• • هنگامی که آلودگی مایعات تخلیه شده مجاز نیست.
• • هنگامی که شیر به یک منیفولد متصل می شود که حاوی سیالات خورنده است که توسط شیر دیگری تخلیه می شود.

اجزای اصلی در تماس با سیال در شیرهای اطمینان از متریال استنلس استیل، کربن استیل و اینکونل و غیره ساخته می شود. در نظر داشته باشید تمام شیرهای ایمنی باید از موادی ساخته شوند که به راحتی تخریب و خورده نشوند.

با توجه به اینکه که سیت و دیسک دائماً با سیال فرآیند در تماس هستند باید بتوانند در برابر اثرات فرسایش و خوردگی مقاومت کنند.
برای کاربردهای فرآیندی از فولاد ضد زنگ استنلس استیل معمولاً برای سیت و دیسک استفاده می شود. همچنین برای سیالات بسیار خورنده، نازل، دیسک و سیت از آلیاژهای خاصی مانند “monel” یا “hastelloy” ساخته می شوند.

پارامترهای مهم خرید شیر اطمینان

انتخاب و خرید یک شیر اطمینان شامل در نظر گرفتن چندین فاکتور برای اطمینان از مناسب بودن شیر برای کاربردی خاص است و می تواند به طور موثر سیستم را در برابر حوادث فشار بیش از حد محافظت کند. برخی از پارامترهای مهم که هنگام خرید شیرهای اطمینان باید در نظر گرفته شود عبارتند از:

•  برند سازنده و قیمت
•  سایز ورودی و سایز خروجی
•  دما و فشار کاری
•  جنس بدنه، سیت و دیسک
• کلاس فلنج ورودی و خروجی

توجه داشته باشید که انتخاب شیر اطمینان یک فرآیند مهم است بنابراین تمام عوامل تاثیرگذار را به دقت ارزیابی کنید تا اطمینان حاصل شود که شیر انتخابی برای کاربرد مناسب است و می تواند حفاظت از فشار بیش از حد قابل اعتماد را ارائه دهد.

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 با متریال و سایزهای گوناگون از برندهای مختلف را با بهترین کیفیت و قیمت مناسب به فروش می رساند.

جهت کسب اطلاعات بیشتر و استعلام قیمت شیر اطمینان با کارشناسان فنی و فروش ما در ارتباط باشید.