شیر تخلیه فشار یک دستگاه ایمنی است که برای محافظت از یک مخزن یا سیستم تحت فشار در طول یک رویداد فشار بیش از حد طراحی شده است.
یک رویداد فشار بیش از حد به هر شرایطی اطلاق می شود که باعث شود فشار در یک ظرف یا سیستم فراتر از فشار طراحی مشخص شده یا حداکثر فشار کاری مجاز (MAWP) افزایش یابد.
هدف اصلی شیر فشار شکن، حفاظت از جان و مال با تخلیه سیال از یک مخزن تحت فشار بیش از حد است.
امروزه بسیاری از سیستم های الکترونیکی، پنوماتیکی و هیدرولیک برای کنترل متغیرهای سیستم سیال مانند فشار، دما و جریان وجود دارد. هر یک از این سیستم ها برای کار کردن به یک نوع منبع انرژی مانند برق یا هوای فشرده نیاز دارند. یک شیر تخلیه فشار باید همیشه قادر به کار باشد، به ویژه در دوره قطع برق که کنترل‌های سیستم غیرعملکردی هستند. بنابراین، تنها منبع نیرو برای شیر تخلیه فشار، سیال فرآیند است.
هنگامی که شرایطی رخ می دهد که باعث می شود فشار در یک سیستم یا لوله به سطح خطرناکی افزایش یابد، شیر تخلیه فشار ممکن است تنها وسیله ای باشد که از خرابی فاجعه بار جلوگیری می کند. از آنجایی که قابلیت اطمینان مستقیماً با پیچیدگی دستگاه مرتبط است، مهم است که طراحی شیر فشار شکن تا حد امکان ساده باشد.
شیر تخلیه فشار باید با فشار تنظیم شده از پیش تعیین شده باز شود، ظرفیت نامی در یک فشار اضافه مشخص جریان یابد و زمانی که فشار سیستم به سطح ایمن برگشت بسته شود. شیرهای کاهش فشار باید با موادی طراحی شوند که با بسیاری از سیالات فرآیند از هوا و آب ساده گرفته تا خورنده ترین مواد سازگار باشند. آنها همچنین باید طوری طراحی شوند که به طور ثابت و پایدار بر روی انواع سیالات و فازهای سیال عمل کنند.
انواع شیر تخلیه فشار
شیر تخلیه فشار فنری
شیر تخلیه فشار پایه فنری برای رفع نیاز به یک دستگاه ساده، قابل اعتماد و فعال سیستمی برای محافظت از فشار بیش از حد توسعه یافته است.
تصویر سمت راست ساخت یک شیر تخلیه فشار فنری را نشان می دهد.
شیر شامل یک ورودی یا نازل سوپاپ است که بر روی سیستم تحت فشار نصب شده است، یک دیسک برای جلوگیری از جریان در شرایط عملکرد عادی سیستم، یک فنر برای بسته نگه داشتن دیسک و یک بدنه/کاپوت برای محتوی عناصر عامل در مقابل نازل قرار گرفته است. بار فنر برای تغییر فشاری که در آن شیر باز می شود قابل تنظیم است.
هنگامی که یک شیر تخلیه فشار شروع به بلند شدن می کند، نیروی فنر افزایش می یابد. بنابراین اگر قرار است بالابر ادامه یابد، فشار سیستم باید افزایش یابد. به همین دلیل شیر های کاهش فشار مجاز به افزایش فشار بیش از حد هستند تا به بالابر کامل برسند. این فشار بیش از حد مجاز معمولاً 10٪ برای شیرهای روی سیستم های روشن نشده است. این حاشیه نسبتاً کم است و باید وسایلی برای کمک به کار بالابر ارائه شود.
بنابراین، اکثر شیرهای فشار شکن دارای یک محفظه کنترل ثانویه یا محفظه هددلینگ برای افزایش بالابر هستند. هنگامی که دیسک شروع به بلند شدن می کند، مایع وارد محفظه کنترل می شود و ناحیه بزرگتری از دیسک را در معرض فشار سیستم قرار می دهد.
این باعث تغییر تدریجی نیرو می شود که افزایش نیروی فنر را جبران می کند و باعث می شود که شیر با سرعت سریع باز شود. در عین حال، جهت جریان سیال معکوس می شود و اثر تکانه ناشی از تغییر جهت جریان باعث افزایش بیشتر می شود. این اثرات با هم ترکیب می شوند و به شیر اجازه می دهد تا به حداکثر بالابر و حداکثر جریان در محدوده مجاز بیش از حد فشار برسد. به دلیل اینکه بعد از بالا رفتن شیر، ناحیه دیسک بزرگتری در معرض فشار سیستم قرار می گیرد، شیر بسته نمی شود تا زمانی که فشار سیستم به مقداری کمتر از فشار تنظیم شده کاهش یابد. طراحی محفظه کنترل تعیین می کند که نقطه بسته شدن کجا رخ می دهد.
تفاوت بین فشار تنظیم شده و فشار نقطه بسته شدن را blowdown می گویند و معمولاً به صورت درصدی از فشار تنظیم شده بیان می شود.
شیرهای دمی متعادل و شیرهای پیستونی متعادل
هنگامی که فشار برگشتی روی هم متغیر است، یک دم متعادل یا طراحی پیستون متعادل توصیه می شود. یک زیر معمولی متعادل در سمت راست نشان داده شده است. دم یا پیستون با ناحیه فشار موثر برابر با ناحیه نشیمنگاه دیسک طراحی شده است. کاپوت هواکش می شود تا اطمینان حاصل شود که ناحیه فشار دم یا پیستون همیشه در معرض فشار اتمسفر قرار می گیرد و در صورتی که دم یا پیستون شروع به نشتی کند، یک علامت نشان می دهد. بنابراین، تغییرات در فشار برگشتی، تأثیری بر فشار تنظیمی نخواهد داشت. با این حال، فشار برگشتی ممکن است بر جریان تأثیر بگذارد.
شیر تخلیه فشار نوع زیرین
طرح های دیگر شیرهای کمکی
شیر اطمینان
شیر اطمینان یک شیر کاهش فشار است که توسط فشار استاتیک ورودی فعال می شود و با باز شدن سریع یا عمل پاپ مشخص می شود. (به طور معمول برای سرویس های بخار و هوا استفاده می شود.)
- شیر اطمینان کم بالابر
شیر اطمینان کم بالابر یک شیر ایمنی است که در آن دیسک به طور خودکار بلند می شود به طوری که منطقه تخلیه واقعی با موقعیت دیسک تعیین می شود.
- شیر اطمینان کامل بالابر
شیر اطمینان تمام بالابر یک شیر اطمینان است که در آن دیسک به طور خودکار بلند می شود به طوری که منطقه تخلیه واقعی با موقعیت دیسک تعیین نمی شود.
شیر کمکی
شیر تخلیه یک دستگاه کاهش فشار است که توسط فشار استاتیک ورودی فعال می شود و دارای یک بالابر تدریجی است که معمولاً متناسب با افزایش فشار بر فشار باز است. ممکن است با یک محفظه فنر محصور مناسب برای کاربرد سیستم تخلیه بسته ارائه شود و در درجه اول برای سرویس مایع استفاده می شود.
شیر اطمینان کمکی
شیر اطمینان کمکی یک شیر تخلیه فشار است که با باز شدن سریع یا باز شدن متناسب با افزایش فشار بسته به کاربرد مشخص می شود و ممکن است برای مایع یا سیال قابل تراکم استفاده شود.
شیر اطمینان کمکی معمولی
شیر اطمینان کمکی معمولی یک شیر تخلیه فشار است که محفظه فنری آن به سمت تخلیه شیر تخلیه می شود. ویژگی های عملیاتی (فشار باز شدن، فشار بسته شدن و ظرفیت تخلیه) مستقیماً تحت تأثیر تغییرات فشار برگشتی در شیر قرار می گیرند.
شیر اطمینان متعادل
شیر اطمینان کمکی متعادل، یک شیر تخلیه فشار است که دارای ابزارهایی برای به حداقل رساندن اثر فشار برگشتی بر ویژگی های عملیاتی (فشار باز شدن، فشار بسته شدن و ظرفیت تخلیه) است.
شیر کاهش فشار که توسط پایلوت کار می کند
شیر تخلیه فشار پایلوت یک شیر تخلیه فشار است که در آن دستگاه کاهش دهنده اصلی با یک شیر تخلیه فشار کمکی خود فعال شده ترکیب شده و توسط آن کنترل می شود.
شیر فشار شکن نیروزا
شیر تخلیه فشار نیروزا یک نوع شیر تخلیه فشار است که در آن دستگاه کاهش دهنده اصلی با دستگاهی که به منبع خارجی انرژی نیاز دارد ترکیب شده و توسط آن کنترل می شود.
شیر تخلیه فشار با دما
شیر تخلیه فشار تحریک شده با دما یک نوع شیر تخلیه فشار است که ممکن است توسط دمای خارجی یا داخلی یا با فشار در سمت ورودی فعال شود.
شیر کمکی خلاء
شیر کمکی خلاء یک دستگاه کاهش فشار است که برای ورود مایع به منظور جلوگیری از خلاء بیش از حد داخلی طراحی شده است. این دستگاه به گونه ای طراحی شده است که پس از بازیابی شرایط عادی، مجدداً بسته شود و از جریان بیشتر سیال جلوگیری کند.