معرفی و اطلاعات اولیه از شیر اطیمنان که باید بدانید!

هر سیستم تحت فشار به وسایل ایمنی برای محافظت از افراد، فرآیندها و اموال نیاز دارد. این آموزش، موقعیت‌هایی را که ممکن است فشار بیش از حد اتفاق بیفتد، انواع گسترده و اغلب گیج‌کننده دستگاه‌های ارائه شده، نحوه عملکرد این دستگاه‌ها و بسیاری از کدها، استانداردها و مقامات تاییدی که باید به آنها توجه شود، توضیح می‌دهد.

مقدمه ای بر شیرهای اطمینان

به محض اینکه بشر توانست آب را بجوشاند تا بخار ایجاد کند، ضرورت وجود وسیله ایمنی آشکار شد. تا 2000 سال پیش، چینی‌ها از دیگ‌هایی با درب‌های لولایی استفاده می‌کردند تا تولید بخار (نسبتاً ایمن‌تر) را فراهم کنند. در آغاز قرن چهاردهم، شیمیدانان از شاخه های مخروطی شکل و بعداً از فنرهای فشرده استفاده کردند تا به عنوان وسیله ایمن در ظروف تحت فشار عمل کنند.

در اوایل قرن نوزدهم، انفجارهای دیگ بخار در کشتی‌ها و لوکوموتیوها اغلب ناشی از نقص دستگاه‌های ایمنی بود که منجر به توسعه اولین شیرهای اطمینان شد.

در سال 1848، چارلز رتچی محفظه انباشته را اختراع کرد، که سطح فشرده سازی در شیر اطمینان را افزایش می دهد و به آن اجازه می دهد تا به سرعت در یک حاشیه باریک بیش از حد فشار باز شود.

امروزه، اکثر کاربران بخار توسط مقررات بهداشتی و ایمنی محلی مجبور هستند که اطمینان حاصل کنند که کارخانه و فرآیندهای آنها دارای تجهیزات ایمنی و اقدامات احتیاطی است که از شرایط خطرناک جلوگیری می کند.

بنابراین وظیفه اصلی شیر اطمینان محافظت از جان و مال است.

نوع اصلی وسیله ای که برای جلوگیری از فشار بیش از حد در کارخانه استفاده می شود، شیر اطمینان است. شیر اطمینان با آزاد کردن حجمی از سیال از داخل کارخانه در هنگام رسیدن به حداکثر فشار از پیش تعیین شده عمل می کند و در نتیجه فشار اضافی را به روشی ایمن کاهش می دهد. از آنجایی که شیر اطمینان ممکن است تنها وسیله باقیمانده برای جلوگیری از خرابی فاجعه بار در شرایط فشار بیش از حد باشد، مهم است که هر دستگاهی از این قبیل قادر به کار در همه زمان‌ها و تحت همه شرایط ممکن باشد.

شیر های اطمینان باید در هر جایی نصب شوند که از حداکثر فشار کاری مجاز (MAWP) یک سیستم یا مخزن حاوی فشار بیشتر باشد. در سیستم‌های بخار، شیرهای اطمنیان معمولاً برای محافظت در برابر فشار بیش از حد دیگ و سایر کاربردها مانند کنترل‌های کاهش فشار پایین دست استفاده می‌شوند. اگرچه نقش اصلی آنها ایمنی است، اما شیر های اطمینان در عملیات فرآیند نیز برای جلوگیری از آسیب محصول به دلیل فشار بیش از حد استفاده می شوند. فشار اضافی می تواند در شرایط مختلف ایجاد شود، از جمله:

• عدم تعادل دبی سیال ناشی از بسته شدن یا باز شدن ناخواسته شیرهای جداسازی در یک ظرف فرآیند.
• خرابی یک سیستم خنک کننده، که اجازه می دهد بخار یا سیال منبسط شود.
• خرابی هوای فشرده یا برق برای کنترل ابزار دقیق.
• افزایش فشار گذرا.
• قرار گرفتن در معرض آتش سوزی گیاهان.
• خرابی لوله مبدل حرارتی.
• واکنش های گرمازا غیر قابل کنترل در کارخانه های شیمیایی.
• تغییرات دمای محیط.

عبارات “شیر اطمینان” و “شیر اطمنیان ریلیف” اصطلاحات عمومی برای توصیف انواع دستگاه های فشار شکن هستند که برای جلوگیری از افزایش فشار داخلی بیش از حد مایع طراحی شده اند. طیف گسترده ای از شیرهای مختلف برای کاربردهای مختلف و معیارهای عملکرد در دسترس هستند.

علاوه بر این، طرح‌های مختلفی برای برآورده کردن استانداردهای ملی متعددی که بر استفاده از شیرهای اطمینان حاکم است، مورد نیاز است.

در اکثر استانداردهای ملی، تعاریف خاصی برای اصطلاحات مرتبط با شیرهای اطمینان ارائه شده است. چندین تفاوت قابل توجه بین اصطلاحات مورد استفاده در ایالات متحده و اروپا وجود دارد. یکی از مهم ترین تفاوت ها این است که شیری که در اروپا به آن “شیر اطمینان” گفته می شود، در ایالات متحده آمریکا به عنوان “سیفتی ریلیف ولو” یا “شیر تخلیه فشار” نامیده می شود. علاوه بر این، اصطلاح “شیر اطمینان” در ایالات متحده به طور کلی به طور خاص به نوع شیر اطمینان کامل مورد استفاده در اروپا اشاره دارد.

استانداردهای ASME/ANSI PTC25.3 قابل اجرا در ایالات متحده، اصطلاحات عمومی زیر را تعریف می کنند:

• شیر تخلیه فشار – یک شیر تخلیه فشار فنری که برای باز شدن برای کاهش فشار اضافی و بسته شدن مجدد و جلوگیری از جریان بیشتر سیال پس از بازیابی شرایط عادی طراحی شده است. مشخصه آن یک عمل “پاپ” با باز شدن سریع یا باز شدن به روشی است که معمولاً متناسب با افزایش فشار بر فشار باز شدن است. بسته به طراحی، تنظیم یا کاربرد، ممکن است برای سیالات تراکم پذیر یا غیر قابل تراکم استفاده شود.
• شیر اطمنیان – یک شیر کاهش فشار که با فشار استاتیک ورودی فعال می شود و با باز شدن سریع یا عمل پاپ مشخص می شود.شیرهای اطمنیان در درجه اول با گازهای قابل تراکم و به ویژه برای خدمات بخار و هوا استفاده می شوند. با این حال، آنها همچنین می توانند برای کاربردهای نوع فرآیند استفاده شوند، جایی که ممکن است برای محافظت از گیاه یا جلوگیری از فساد محصول در حال پردازش مورد نیاز باشد.

• شیر تخلیه – یک دستگاه کاهش فشار که توسط فشار استاتیک ورودی فعال می شود و دارای یک بالابر تدریجی است که معمولاً متناسب با افزایش فشار بیش از فشار باز است.ریلیف ولو ها معمولاً در سیستم‌های مایع بخصوص برای ظرفیت‌های پایین‌تر و وظیفه انبساط حرارتی استفاده می‌شوند. آنها همچنین می توانند در سیستم های پمپاژ شده به عنوان دستگاه های سرریز فشار استفاده شوند.

• سیفتی ریلیف ولو – یک شیر فشار شکن است که با باز شدن سریع یا باز شدن سریع یا باز شدن متناسب با افزایش فشار بر فشار باز شدن بسته به کاربرد مشخص می شود و ممکن است برای مایع یا سیال تراکم پذیر استفاده شود. به طور کلی، سیفتی ولو هنگام استفاده در یک سیستم گاز تراکم پذیر به عنوان یک شیر اطمینان عمل می کند، اما هنگامی که در سیستم های مایع استفاده می شود، به تناسب فشار بیش از حد باز می شود، همانطور که ریلیف ولو باز می شود.

استاندارد اروپایی EN ISO 4126-1 تعریف زیر را ارائه می دهد:

• شیر اطمینان – شیری که به طور خودکار، بدون کمک هیچ انرژی دیگری غیر از سیال مربوطه، مقداری از سیال را تخلیه می کند تا از تجاوز از فشار ایمن از پیش تعیین شده جلوگیری کند، و برای بسته شدن مجدد و جلوگیری از آن طراحی شده است. جریان بیشتر سیال پس از بازیابی شرایط فشار معمولی سرویس.

طراحی شیر اطمینان

شیر اطمینان پایه فنری که به آن «استاندارد» یا «معمولی» گفته می‌شود، یک دستگاه ساده و قابل اعتماد خودکار است که محافظت در برابر فشار بیش از حد را فراهم می‌کند.

عناصر اصلی طراحی شامل یک بدنه شیر با زاویه راست با اتصال ورودی سوپاپ یا نازل است که بر روی سیستم حاوی فشار نصب شده است. اتصال خروجی ممکن است برای اتصال به سیستم تخلیه لوله‌دار پیچ یا فلنجی باشد. با این حال، در برخی از کاربردها، مانند سیستم های هوای فشرده، شیر اطمینان یک اتصال خروجی نخواهد داشت و سیال مستقیماً به اتمسفر تخلیه می شود.

طراحی ورودی شیر (یا کانال نزدیک) می تواند از نوع پر نازل یا نیمه نازل باشد. طراحی کامل نازل دارای کل مجرای ورودی «خیس» است که از یک قطعه تشکیل شده است. کانال نزدیک تنها بخشی از شیر اطمینان است که در طول عملکرد عادی در معرض سیال فرآیند قرار می گیرد، به غیر از دیسک، مگر اینکه شیر در حال تخلیه باشد.

نازل‌های کامل معمولاً در شیرهای اطمینان که برای کاربردهای فرآیندی و فشار بالا طراحی شده‌اند، مخصوصاً زمانی که سیال خورنده است، تعبیه می‌شود.

برعکس، طراحی نیمه نازل شامل یک حلقه نشیمنگاهی است که در بدنه نصب شده است، که بالای آن محل نشستن شیر را تشکیل می دهد.

دیسک در برابر نشیمنگاه نازل (در شرایط کارکرد عادی) توسط فنر که در یک آرایش فنری باز یا بسته (یا کلاه) نصب شده در بالای بدنه قرار دارد، نگه داشته می شود. دیسک های مورد استفاده در شیر های اطمینان باز شدن سریع (نوع پاپ) توسط یک روکش، نگهدارنده دیسک یا محفظه غلاف احاطه شده اند که به تولید ویژگی باز شدن سریع کمک می کند.

نیروی بسته شدن روی دیسک توسط یک فنر که معمولاً از فولاد کربنی ساخته شده است تأمین می شود. مقدار فشرده سازی روی فنر معمولاً با استفاده از تنظیم کننده فنر قابل تنظیم است تا فشاری را که در آن دیسک از روی صندلی برداشته می شود، تغییر دهد. استانداردهای حاکم بر طراحی و استفاده از شیرهای اطمنان معمولاً فقط سه بعد مربوط به ظرفیت تخلیه شیر اطمینان، یعنی منطقه جریان (یا سوراخ)، منطقه پرده و منطقه تخلیه (یا روزنه).

1. منطقه جریان – حداقل سطح مقطع بین ورودی و صندلی، در باریک ترین نقطه آن.
2. ناحیه پرده – ناحیه دهانه تخلیه استوانه ای یا مخروطی بین سطوح نشیمنگاه ایجاد شده توسط بالابر دیسک بالای صندلی.
3. ناحیه تخلیه – این قسمت کوچکتر از پرده و نواحی جریان است که جریان را از طریق شیر تعیین می کند.

شیر هایی که در آنها ناحیه جریان و نه ناحیه پرده تعیین کننده ظرفیت هستند به عنوان شیرهای بالابر کامل شناخته می شوند.

اگرچه عناصر اصلی یک شیر اطمینان معمولی مشابه هستند، جزئیات طراحی می تواند به طور قابل توجهی متفاوت باشد. به طور کلی، شیرهای سبک DIN (معمولاً در سراسر اروپا مورد استفاده قرار می گیرند) از ساختار ساده تری با آرایش دامن (یا هود) ثابت استفاده می کنند در حالی که شیرهای سبک ASME طراحی پیچیده تری دارند که شامل یک یا دو حلقه دمنده قابل تنظیم است. از موقعیت این حلقه ها می توان برای تنظیم دقیق مقادیر بیش از حد فشار و دمش شیر استفاده کرد.

برای یک ناحیه دهانه معین، ممکن است تعدادی اندازه اتصال ورودی و خروجی مختلف، و همچنین ابعاد بدنه مانند ابعاد مرکز به صورت وجود داشته باشد.

عملکرد اساسی یک شیر اطمینان

بلند کردن

هنگامی که فشار استاتیک ورودی از فشار تنظیم شده شیر اطمینان بالاتر می رود، دیسک شروع به بلند شدن از جایگاه خود می کند. با این حال، به محض اینکه فنر شروع به فشرده شدن کند، نیروی فنر افزایش می یابد. این بدان معنی است که فشار باید قبل از انجام هر گونه بالا بردن بیشتر افزایش یابد و برای اینکه جریان قابل توجهی از طریق شیر وجود داشته باشد.

افزایش فشار اضافی مورد نیاز قبل از تخلیه شیر اطمینان در ظرفیت نامی خود، فشار بیش از حد نامیده می شود. فشار بیش از حد مجاز به استانداردهایی که دنبال می شود و کاربرد خاص بستگی دارد. برای سیالات تراکم پذیر، این میزان معمولاً بین 3 تا 10 درصد و برای مایعات بین 10 تا 25 درصد است.

به منظور دستیابی به باز شدن کامل از این فشار بیش از حد کوچک، آرایش دیسک باید به طور ویژه طراحی شود تا باز شدن سریع را فراهم کند. این کار معمولا با قرار دادن یک کفن، دامن یا کلاه در اطراف دیسک انجام می شود. حجم موجود در این کفن به عنوان اتاق کنترل یا huddling شناخته می شود.

همانطور که لیفت شروع می شود و مایع وارد محفظه می شود، ناحیه بزرگ تری از پوشش در معرض فشار سیال قرار می گیرد. از آنجایی که بزرگی نیروی بالابر (F) با حاصلضرب فشار (P) و ناحیه در معرض سیال (A) متناسب است. (F = P x A)، نیروی باز شدن افزایش می یابد.

افزایش تدریجی نیروی باز شدن، افزایش نیروی فنر را جبران می کند و باعث باز شدن سریع می شود. در همان زمان، کفن جهت جریان را معکوس می کند، که نیروی واکنشی را فراهم می کند و بالابر را بیشتر می کند.

این اثرات ترکیبی به شیر اجازه می دهد تا در یک درصد نسبتاً کمی فشار بیش از حد به بالابر طراحی شده خود برسد. برای سیالات تراکم پذیر، یک عامل کمک کننده اضافی، انبساط سریع است زیرا حجم سیال از ناحیه فشار بالاتر به ناحیه فشار کمتر افزایش می یابد. این نقش مهمی در حصول اطمینان از باز شدن کامل شیر در محدوده کوچک فشار اضافی دارد. برای مایعات، این اثر متناسب‌تر است و متعاقباً، فشار بیش از حد معمولاً بیشتر است. 25 درصد شایع است.

دوباره نشستن

هنگامی که شرایط عادی کار بازیابی شد، شیر باید دوباره بسته شود، اما از آنجایی که ناحیه بزرگتر دیسک همچنان در معرض سیال است، تا زمانی که فشار به زیر فشار تنظیم شده اولیه نزول نکند، شیر بسته نخواهد شد. تفاوت بین فشار تنظیم شده و این فشار مجدد به عنوان “blowdown” شناخته می شود و معمولاً به عنوان درصدی از فشار تنظیم شده مشخص می شود. برای سیالات تراکم پذیر، دمش معمولاً کمتر از 10٪ و برای مایعات، می تواند تا 20٪ باشد.

طراحی روکش باید به گونه ای باشد که هم باز شدن سریع و هم دمش نسبتاً کوچک را ارائه دهد، به طوری که به محض رسیدن به یک موقعیت بالقوه خطرناک، هر گونه فشار اضافی برداشته شود، اما از تخلیه مقادیر بیش از حد سیال جلوگیری شود. در عین حال، لازم است اطمینان حاصل شود که فشار سیستم به اندازه کافی کاهش یافته است تا از بازگشایی فوری جلوگیری شود.

حلقه های دمنده ای که در اکثر شیرهای اطمینان نوع ASME یافت می شوند برای تنظیم دقیق مقادیر فشار بیش از حد و فشار شیرها استفاده می شوند.حلقه دمنده پایین (نازل) یک ویژگی مشترک در بسیاری از شیرها است که در آن فشار بیش از حد و نیازهای فشار قوی تر نیاز به راه حل طراحی پیچیده تری دارد. حلقه دمنده بالایی معمولاً در کارخانه تنظیم می شود و اساساً تحمل های تولید را که بر هندسه محفظه تجمع تأثیر می گذارد، حذف می کند.

حلقه دمنده پایین نیز برای دستیابی به الزامات عملکرد کد مناسب تنظیم شده است، اما تحت شرایط خاصی می توان آن را تغییر داد. هنگامی که حلقه دمنده پایینی در موقعیت بالایی خود تنظیم می شود، حجم محفظه huddling به گونه ای است که شیر به سرعت پاپ می کند.

به حداقل رساندن مقدار بیش از حد فشار، اما به تبع آن نیاز به دمش بیشتر قبل از نشستن مجدد شیر. هنگامی که حلقه دمنده پایینی در موقعیت پایینی خود تنظیم می شود، حداقل محدودیت در محفظه huddling وجود دارد و قبل از باز شدن کامل شیر، فشار بیش از حد بیشتری لازم است، اما مقدار دمش کاهش می یابد.

ما در این مطلب سعی کردیم تا شما را با زوایای مختلف شیرهای اطمینان آشنا کنیم، چنانچه قصد خرید و یا استعلام قیمت شیر اطمینان دارید با شماره 04191010305 تماس داشته باشید.