شیرهای ایمنی و اطمینان فشار

پیرجو

مدیر ارشد
مدیر کل سایت
مدیر ارشد
شیر اطمینان از افراد، محیط زیست و گیاهان در برابر فشار بیش از حدی که می تواند باعث انفجار یا رخدادهای زیان بار شود محافظت می کند. هر وقت فشار از مقدار مشخصی فراتر رود، شیر اطمینان به طور خودکار باز می‌شود. شیرهای اطمینان ابزارهای روز مبادا هستند که پس از عدم موفقیت ابزارهای حفاظتی دیگر وارد عمل می شوند. شیرهای اطمینان به شکل فنردار یا پایلوت دار ساخته می شوند.

شیر اطمینان Safety Valve چیست؟


هرگاه فشار سیال عبوری از شیر از یک مقدار معین (بر حسب Bar یا PSI) فراتر رود، شیر اطمینان به طور خودکار و به یکباره باز می شود. هنگامی که فشار بیش از حد شود، دیسک شیر باز می شود تا سیال را تخلیه کرده و شرایط فشار نرمال را در سیستم لوله کشی برقرار کند.


با کاهش فشار سیال به کمتر از مقدار تعیین شده، شیر دوباره بسته می شود. این حرکت ها مکانیکی هستند؛ یعنی برای انجام عملیات های باز و بسته شدن، عملگرهای مکانیکی یا وسایل خارجی روی شیر نصب نمی‌شوند.

شیر اطمینان از افراد، محیط زیست و گیاهان در برابر فشار بیش از حدی که می تواند باعث انفجار یا رخدادهای زیان بار شود محافظت می کند. هر وقت فشار از مقدار مشخصی فراتر رود، شیر اطمینان به طور خودکار باز می‌شود. شیرهای اطمینان ابزارهای روز مبادا هستند که پس از عدم موفقیت ابزارهای حفاظتی دیگر وارد عمل می شوند. شیرهای اطمینان به شکل فنردار یا پایلوت دار ساخته می شوند.

شیر اطمینان Safety Valve چیست؟

هرگاه فشار سیال عبوری از شیر از یک مقدار معین (بر حسب Bar یا PSI) فراتر رود، شیر اطمینان به طور خودکار و به یکباره باز می شود. هنگامی که فشار بیش از حد شود، دیسک شیر باز می شود تا سیال را تخلیه کرده و شرایط فشار نرمال را در سیستم لوله کشی برقرار کند.
با کاهش فشار سیال به کمتر از مقدار تعیین شده، شیر دوباره بسته می شود. این حرکت ها مکانیکی هستند؛ یعنی برای انجام عملیات های باز و بسته شدن، عملگرهای مکانیکی یا وسایل خارجی روی شیر نصب نمی‌شوند.

شیرهای اطمینان را می توان بر روی مخازن تحت فشار، بویلرها، مخازن ذخیره گاز و در سیستم های لوله کشی نصب کرد. استانداردهای شیرهای اطمینان API 526 یا ASME هستند.

 

پیرجو

مدیر ارشد
مدیر کل سایت
مدیر ارشد

انواع شیرهای اطمینان​


شیر اطمینان از نوع spring loaded​

این نوع شیر، وسیله ای ساده و قابل اعتماد است که از تجهیزات مورد نظر ما در برابر افزایش بیش از حد فشار محافظت می کند. این شیر از یک ورودی یا نازل که بر روی سیستم تحت فشار نصب شده، یک دیسک در مقابل نازل برای جلوگیری از عبور جریان در شرایط عملیاتی نرمال، یک فنر برای بسته نگه داشتن دیسک و یک بدنه برای نگه داشتن اجزای شیر در کنار هم تشکیل شده است. نیروی فنر برای میزان فشاری که در آن شیر باز خواهد شد قابل تنظیم می باشد.

زمانی که فشار درون سیستم شروع به بالا رفتن کند، اگر نیروی حاصل از فشار سیال از نیروی فنر بیشتر شود، دیسک بالا می رود، سیال تخیله می شود و فشار کاهش می یابد. بیشتر شیرهای ایمنی فشار، دارای یک محفظه کنترل ثانویه یا یک محفظه نگهدارنده برای تقویت نیروی وارده به فنر هستند. با شروع بلند شدن دیسک، سیال وارد محفظه کنترل می شود تا مساحت بیشتری از دیسک را در معرض فشار سیستم قرار دهد. این امر باعث تغییر تدریجی نیرو می شود که افزایش نیروی فنر را جبران کرده و موجب می شود که شیر با سرعت زیاد باز شود. در همان زمان، جهت جریان سیال معکوس می شود و تأثیر مومنتوم ناشی از تغییر جهت جریان، بالارفتن فنر را تقویت می کند. این اثرات با هم ترکیب می شوند تا شیر در وضعیت کاملا باز قرار گیرد و حداکثر ظرفیت تخلیه خود را داشته باشد. در این حالت، از آنجا که سطح بزرگتر دیسک در معرض فشار سیستم است تا زمانی که فشار سیستم تا مقدار کمتر از فشار تنظیم شده کاهش نیابد، شیر بسته نمی شود. طراحی محفظه کنترل مشخص می کند که بسته شدن در کدام نقطه رخ خواهد داد. اختلاف بین فشار تنظیم شده و فشار نقطه بسته شدن، پایین ترین فشار (blowdown) خوانده می شود و معمولاً به عنوان درصد فشار تنظیم شده بیان می شود.
 

پیرجو

مدیر ارشد
مدیر کل سایت
مدیر ارشد

شیرهای Balanced bellows و Balanced piston​

هنگامی که فشار انتهایی (فشار در قسمت تخلیه شیر) متغیر باشد، این نوع شیر اطمینان فشار توصیه می شود. در این نوع شیرها، پیستون یا بلوز باید سطحی برابر با سطح نشیمنگاه دیسک روی نازل را در طرف دیگر اشغال کند تا اثرات فشار انتهایی خنثی شود.

Safety valve​

این شیرها برای حفاظت از تاسیسات تحت فشاری که حاوی گاز هستند، روی آنها نصب می شوند. آنها با استفاده از فشار استاتیک ورودی عمل می کنند و با باز شدن سریع یا عمل کردن ضربه ای، سیال را تخلیه می کنند و باعث کاهش فشار تا رسیدن به فشار مجاز می شوند.

LOW-LIFT Safety Valve​

در این شیر اطمینان فشار، دیسک تنها به فاصله کوچکی از نشمین گاه بلند می شود و سطح مقطع تخلیه سیال یا ظرفیت شیر از موقعیت داخلی دیسک تعیین می شود. این نوع شیر ظرفیت کمتری نسبت به نوع FULL-LIFT دارد.

FULL-LIFT Safety Valve​

در این نوع شیر، سطح مقطع تخلیه سیال با سطح نازل ورودی برابر خواهد بود و ظرفیت شیر از روی سطح نازل ورودی تعیین می شود.

Safety Relief valve​

با باز شدن سریع یا عمل کردن ضربه ای یا با باز کردن متناسب با افزایش فشار بیشتر از فشار علمیاتی مجاز، بسته به کاربرد عمل می کند و برای هر دو سیال مایع یا تراکم پذیر مورد استفاده قرار گیرد.

Pilot Operated Pressure Relief Valve​

در این نوع شیر، برای باز و بسته کردن دریچه شیر به جای نیروی فنر از نیروی فشار خود سیال توسط یک شیر پیلوتی که در قسمت فوقانی شیر ایمنی نصب شده است، استفاده می شود.

Power Actuated Safety Relief Valve​

این شیر با یک تجهیز دیگر که نیازمند یک منبع خارجی انرژی می باشد ترکیب شده و به وسیله آن کنترل می شود. زمانی که فشار سیال به فشار مقرر برسد، یک نیروی خارجی به بسته شدن شیر کمک می کند.

Temperature Actuated Pressure Relief Valve​

این شیر بر روی تجهیزاتی که افزایش دمای داخلی یا خارجی باعث افزایش فشار می شود نصب می گردد.

Vaccum Relief Valve​

“شیر ایمنی” خلأ برای جلوگیری از ایجاد خلأ در داخل مخازن و لوله ها بر روی آن ها به صورت عمودی نصب می شود. این شیر باید تا حد امکان نزدیک به مخزن یا مستقیما بر روی نازل مخزن تحت فشار یا بر روی اتصالی کوتاه که جریان مستقیم و بدون مانع بین مخزن و شیر را فراهم کند نصب شود. نصب شیر اطمینان فشار خلأ در موقعیتی غیر از موقعیت های توصیه شده، اثر منفی بر عملکرد آن خواهد گذاشت. شیر هرگز نباید بر روی اتصالی نصب شود که قطر داخلی آن کمتر از اتصال ورودی شیر باشد.
 

پیرجو

مدیر ارشد
مدیر کل سایت
مدیر ارشد

انواع شیرهای اطمینان


سه نوع شیر فشارشکن اصلی وجود دارد.


شیر اطمینان فنردار SPRING LOADED SAFETY VALVE


این متداول ترین نوع است: بار فنر به گونه ای طراحی شده است تا دیسک را برخلاف جریان ورودی فشار دهد. وقتی فشار از یک مقدار معین فراتر رود، فنر باز می شود و دیسک را آزاد می کند و سیال درون شیر جاری می‌شود.


بسته به نوع سیال مانند بخار، گاز یا مایع، می توان بلوز (یک وسیله‌ی آب‌بندی) را به فنر اضافه کرد تا اثر فشار برگشتی را از بین ببرد.

شیر اطمینان وزن خالص DEAD-WEIGHT SAFETY VALVE


شیرهای اطمینان وزن خالص (دد ویت) DEAD-WEIGHT SAFETY VALVE فنر ندارند و برای مخازن کم فشار استفاده می شوند.


این نوع شیراطمینان، فشار را با عمل وزن دیسک تنظیم می کند (با افزایش فشار، دیسک بالا می رود و شیر فشار اضافی را تخلیه می کند).

شیر اطمینان پایلوت دار Pilot-operated valves


شیرهای اطمینان پایلوت دار از یک شیر پایلوت و یک شیر اصلی تشکیل شده اند. بر خلاف شیرهای فنردار، در این نوع شیرها فشار توسط شیر پایلوت (نه شیر اصلی) پایش و تنظیم می شود. این نوع برای شیرهای بزرگ و کاربردهای فشار بالا که به گشتاور قوی‌تر و اطمینان پذیری بیشتر نیاز دارند استفاده می شود.
 

پیرجو

مدیر ارشد
مدیر کل سایت
مدیر ارشد

شیر اطمینان Spring Loaded​


شیر اطمینان Spring Loaded ، شیری ساده و قابل اطمینان است که در برابر فشار بیش از حد از سیستم محافظت می‌کند. این شیر دارای یک ورودی یا نازل می‌باشد که بر روی سیستم تحت فشار نصب می‌شود. یک دیسک بر خلاف نازل حرکت می‌کند تا از برقراری جریان تحت شرایط نرمال سیستم جلوگیری نماید. همچنین یک فنر برای بسته نگاه داشتن دیسک وجود دارد. این شیر دارای یک بدنه/بونت می‌باشد که شامل اِلمان‌های عملیاتی است. می‌توان بار فنر (spring load) را برای هر فشاری تنظیم کرد تا شیر در آن فشار باز شود.


زمانیکه دیسک شیر اطمینان شروع به بالا رفتن (لیفت) می‌کند، نیروی فنر افزایش می‌یابد. بنابراین اگر لیفت دیسک ادامه پیدا کند، یعنی باید فشار سیستم نیز افزایش یابد. به همین دلیل شیر اطمینان اجازه می‌دهد تا فشارِ بیش از حد، میزان لیفت دیسک را به حد نهایت خود برساند. این فشار بیش از حد معمولاً برای شیرآلات 10 درصد است. این حاشیه نسبتاً کم است و برای کمک در نیروی لیفت باید برخی لوازم محیا باشد.

بنابراین اکثر شیرهای اطمینان دارای یک محفظه کنترل ثانویه هستند که قدرت لیفت را افزایش می‌دهد. با شروع لیفت بالا رفتن دیسک، سیال وارد محفظه کنترل شده و بخش بیشتری از دیسک را در معرض فشار سیستم قرار می‌دهد. این امر باعث تغییر نیروی افزایشی و افزایش نیروی فنر شده، در نتیجه شیر به سرعت باز می‌شود. به طور همزمان، جهت جریان سیال معکوس شده و در اثر این تغییر جهت جریان، دیسک به سمت بالا حرکت می‌کند. نهایتاً شیر به حداکثر میزان لیفت خود رسیده و حداکثر جریان در محدوده فشار اضافی مجاز جاری می‌شود.


از آنجاییکه بخش بیشتر دیسک در معرض فشار سیستم قرار گرفته است، پس از اینکه شیر لیفت شد، تا زمانیکه فشار سیستم در پایین‌تر از سطح مشخص شده برای آن (set point) نرسد، بسته نمی‌شود. طراحی محفظه کنترل تعیین می‌کند که نقطه بسته شدن در کجا اتفاق بیفتد.
 

پیرجو

مدیر ارشد
مدیر کل سایت
مدیر ارشد

اصطلاحات رایج در زمینه شیر اطمینان​

تنظیم فشار (Set Point)​

تنطیم فشار به دلایلی همچون اطمینان از عمکلرد صحیح شیر، کمترین مقدار صدا، کاهش صدمات احتمالی نقطه عملکرد و باز شدن ولو صورت می گیرد. نقطه ی مشخص شده نباید بیشتر از محدوده فشار عملکرد ایمن (SOL/P) یا در وضعیت کمتر تنظیم شود. همچنین این نقطه باید در حد نرمال و استاندارد مشخص شده، تنظیم گردد. از طرفی تنظیم فشار و آزاد سازی شیر اطمینان بر روی فشار کمتر از SOL/P هیچ گونه مزیتی نداشته و تنها موجب افزایش احتمالی دفعات باز شدن شیر و فرسودگی آن می شود.

پارامتر دیگری که باید در فشار تنظیم شیر ایمنی به منظور جلوگیری از باز شدن بدون دلیل شیر در نظر گرفته شود، میزان تغییرات احتمالی می باشد. در صورت عدم رعایت این پارامتر، این شیر در بسیاری از موارد در حالت نزدیک به بسته، شروع به کار خواهد کرد. این پدیده Simmering نام دارد. در صورت نزدیک بودن بیش از اندازه فشار سیستم به نقطه تنظیم این حالت اتفاق می افتد. همچنین علاوه بر ایجاد سر و صدا ومسائل جانبی، موجب ایجاد صدمه به قسمت های درونی شیر و در ادامه نشت دائمی شیر اطمینان می گردد.

بالاترین فشار (Over Pressure)​

بالاترین فشار فشاری است که در وضعیت کاملا باز قرار دارد و دارای حداکثر ظرفیت تخلیه خود می باشد. در حقیقت این فشار بالاتر از از فشار نقطه تنظیم (Set pressure) می باشد. میزان این فشار با توجه به کاربردها و استانداردهای مختلف، متفاوت است. استاندارد BS 5500 اين میزان اختلاف فشار را در مورد سيستم های بخار و گاز برابر حداكثر ۱۰% درصد فشار تنظيمی شير اطمينان در نظر می گيرد. در فرایندهایی که امکان خسارت بر اثر ازدیاد فشار به محصول یا تجهیزات وجود دارد، از شیر اطمینان استفاده می شود.

پایین ترین فشار (Blow Down)​

پایین ترین فشار، فشاری است که میزان آن از نقطه تنظیم شیر اطمینان کمتر است. این فشار جهت بسته شدن کامل و محکم شیر اطمینان بعد از باز شدن و سپس بازگشت سیستم به فشار عادی مورد استفاده قرار می گیرد. نام دیگر این فشار Reset Diffrential می باشد. طبق استاندارد میزان Blow Down حدود ۱۰% است. مقدار های Over pressure و Blow down بسته به نوع سيستم انتخاب طراح متغيير می باشد. به طور مثال می تواند به ترتيب ۳% و ۴% انتخاب شوند.

از شیر اطمینان در جاهایی که امکان افزایش فشار بیش از حد مجاز سیستم (MA WP) وجود داشته باشد، استفاده می گردد. شیر اطمینان یا سوپاپ اطمینان در سیستم های بخار معمولا بر روی بویلر بخار و تجهیزاتی مانند خروجی فشار شکن ها تعبیه می شوند. گاهی از شیر اطمینان به عنوان یک شیر خودکار یک طرفه نیز استفاده می گردد.

فشار اطمینانی (Shut-Off Margin)​

فشار اطمینانی زمانی اتفاق می افتد که فشار کاری سیستم و نقطه تنظیم شیر اطمینان به همدیگر نزدیک باشند. همچنین فشار اطمینانی علاوه بر در نظر گرفتن تغییرات فشار احتمالی، به عنوان تضمین و اطمینان یافتن از بسته ماندن کامل شیر بر فشار کاری سیستم اضافی می شود. فشار کاری سیستم معمولا در حدود ۰/۱ بار می باشد.

فشار تنظیم (Set Pressure)​

فشار نسبی ورودی به شیر اطمینان، فشار تنطیم نام دارد. شیر اطمینان به منظور باز شدن در این فشار تنظیم می گردد.

فشار پشتی (Back Pressure)​

خط خروجی PSV قابلیت تخلیه هوای آزاد یا فشار اتسمفر را توسط یک لوله دارا می باشد. همچنین امکان انتقال هوای ازاد به یک خط دیگر را نیز دارد. فشار خط خروجی به Back Pressure نیز معروف است.

فشار پشتی ساختاری (Build-Up Back Pressure)​

افزایش فشار در مدار تخلیه بر اثر جریان ناشی از باز شدن شیر فشار موجب به وجود آمدن فشار پشتی ساختاری می گردد.

فشار تحمیلی (Superimposed Back Pressure)​

فشار استاتیکی موجود در خروجی شیر ایمنی هنگام باز شدن شیر، فشار تحمیلی نام دارد. فشار تحمیلی می تواند ثابت یا متغیر باشد.

فشار باز شدن (Opening Pressure)​

فشار استاتیکی موجود در ورودی شیر که باعث باز شدن شیر بسته می شود، فشار باز شدن است.

فشار بسته شدن (Closing Pressure)​

فشار موجود در ورودی شیر که باعث بسته شدن مجدد یک شیر ایمنی باز می شود، فشار بسته شدن نام دارد.

حداکثر فشار عملکرد (Maximum Operating)​

بیشترین فشاری که هنگام عملکرد سیستم اتفاق می افتد، حداکثر فشار عملکرد نام دارد.

حداکثر فشار کاری قابل قبول ((MAWP) Maximum Allowable Working Pressure)​

این فشار مبنایی برای تنظیم کردن فشار شیرهای اطمینان تعبیه شده بر روی مخازن می باشد. به منظور طراحی مخازن از این فشار استفاده می شود.

فشار انباشتگی (Accumulation Pressure)​

افزایش فشار از مقدار MWAP یک مخزن که موجب تخلیه از تجهیزات ایمنی فشار شده، فشار انباشتگی می گویند. این فشار بر حسب واحد یا درصد بیان می گردد. بیشترین مقدار مجاز این فشار به وسیله کدهای کاربردی برای حوادث هنگام کار یا انفجار، شرح داده می شود.
 

پیرجو

مدیر ارشد
مدیر کل سایت
مدیر ارشد

انواع شیر اطمینان و کاربرد آنها​

شیر اطمینان (SV)​

معمولا در سیستم های اتوماتیک و فشار استاتیک روی گاز را تخلیه می کند. به صورت کاملا باز همراه با صدا عمل تخلیه را انجام داده و عملکرد فنری دارد.

ریلیف ولو (RV)​

در سیستم های اتوماتیک توسط فشار استاتیک در مخزن پر از مایع به کار گرفته شده و عملکرد فنری دارد.

شیر اطمینان ریلیف (SRV)​

سیستمی اتوماتیک که فشار استاتیک روی سیال و گاز را تخلیه می کند و عملکرد فنری دارد.

شیر اطمینان ریلیف با عملکرد پایلوتی (POSRV)​

این شیر اطمینان، فرمان را از راه دور از طریق پایلوت دریافت می کند.

شیر اطمینان فشار کم (LPSV)​

وقتی تفاوت فشار در اتمسفر محیطی و خطوط لوله موجود است، سیستم به صورت اتوماتیک فشار استاتیکی روی گاز را تخلیه می نماید. LPSV عملکرد فنری و یا بارگذاری دارد.

شیر اطمینان فشار وکیوم (VPSV)​

زمانی که افت فشار بین فشار خط لوله و فشار محیطی، منفی و یا نزدیک فشار اتمسفر باشد، سیستم اتوماتیک فشار استاتیک روی گاز را تخلیه می کند. VPSV عملکرد فنری و یا بارگذاری دارد.

شیر اطمینان فشار کم وکیوم (LVSPV)​

سیستمی اتوماتیک که فشار استاتیک روی گاز را تخلیه می کند. این شیر زمانی استفاده می شود که اختلاف فشار کم، منفی، مثبت و نزدیک به فشار اتمسفر می باشد. LPSV عملکرد فنری و یا بارگذاری دارد.
 
بالا