شیر اطمینان (Safety Valve)
شیر اطمینان ( Safety Valve) چیست؟
شیر اطمینان فشار يا PSV يكي از تجهيزات ايمني در صنعت تاسیسات است. كه مانع از قرار گرفتن لوله ها، شيرآلات، مخازن تحت فشار و... در شرايط فشاري بيش از فشار طراحي مي شود. بنابراين انتخاب PSV بسيار مهم بوده و بايد با احتياط كامل صورت پذيرد.
تعريف شير اطمينان فشار PSV:
طبـق استـاندارد & lt;span class="times"& gt; API 520 Part 1 & lt;/span& gt; كه به بررسي نحوه انتخاب، محاسبه سايز، نحوه نصب تجهيزات فشار شكن در پالايشگاه ها مي پردازد. در مورد شير اطمينان تعريف زير ارائه شده است: يك شير اطمينان شيري است كه توسط يك فنر بسته شده است. و با رسيدن فشار پشت شير به يك فشار استاتيكي مشخص عمل كرده و به سرعت باز مي شود. (به اين عملPOP كردن شير مي گويند) شيرهاي اطمينان معمولاً براي سيالات تراكم پذير كاربرد دارد. با مشخص بودن مساحت سطح مجرابند و اندازه نازل مي توان مشخص نمود كه چه حجم سيال از شير خارج خواهد شد. در ابتدا بايد اندازه نازل خروجي (كه اُرفيس ناميده مي شود) محاسبه گردد.
در صنعت، مخازن تحت فشار بايستي بوسيله دريچه اطمينان محافظت شوند. دريچه هاي اطمينان را بايد طوري انتخاب كرد كه در صورت بهم خوردن تعادل در فشار مخزن، شير اطمينان باز شده و مقاديري اضافي مايع يا گاز را خارج كند. در مواردي كه فشار علاوه بر امكان بهم خوردن تعادل در شرايط كاري در معرض خطرات آتش سوزي و يا انفجار نيز هستند بايد اين شيرها طوري انتخاب شوند كه نه فقط در فشار معيني باز گردند بلكه ظرفيت آنرا را داشته باشند تا مقدار زيادي مايع يا گاز داخل مخزن را كه در اثر حرارت تغيير حالت داده است را به خارج منتقل كنند. شيرهاي اطمينان در فشاري در حدود 10% بيش از فشاري كه مخزن بايد نگه دارد و يا درحدود بالاترين فشاري كه مخزن مي تواند تحمل كند طراحي مي شوند. در مخازن ضد انفجار ،فشار مخزن نبايد از 20% فشار طراحي بالاتر برود. شيرهاي اطمينان به عنوان وسيله اي مناسب جهت جلوگيري از ازدياد فشار ناگهاني در موتورخانه ها، كارخانه ها و بطور كلي انواع سايت-هاي صنعتي و براي انواع سيالات از قبيل گاز، بخار، آب و يا هواي فشرده استفاده مي گردند. محدوديت فشار در اينگونه كاربردها معمولاً ناشي از فشار قابل تحمل تجهيزات، لوله ها و دستگاه-ها و يا محصولات توليدي و همچنين مسائل مرتبط با حفظ ايمني افراد مي باشد كه اصطلاحاً به محدوده فشار كاركرد امن (Safe Operating limits for pressure) و يا SOL/P معروف است. نحوه باز شدن شيرهاي اطمينان و مشخصات كاري آنها ارتباط مستقيم با نحوه طراحي قطعات داخلي شير دارد. در اغلب موارد اين طراحي بگونه اي انجام مي گيرد كه پس از شروع باز شدن شير اطمينان در اثر ازدياد فشار، در اثر خاصيت (POP Action) اين عمل به سرعت تشديد شده تا زماني كه شير كاملاً باز گردد.
شيرهاي اطمينان بوسيله آزاد كردن مقداري از سيال به واحد (يا به درون خطوط) عمليات ايمن سازي را انجام مي دهند. شيرهاي فشار در جاهائيكه حداكثر فشار كاري بوجود مي آيند نصب مي گردند. درسيستم-هاي توليد بخار، شيرهاي اطمينان براي جلوگيري از افزايش فشار بر روي بويلرها نصب مي گردند.
شیر اطمینان(Steam safety valve)
شیر اطمینان (Steam safety valve) یا شیرهای تخلیه فشار نیز به دو گروه تقسیم بندی می شوند.
گروه اول : ولوهایی هستند که وظیفه آنها تخلیه فشار (آزاد سازی فشار) از فرآیند حاوی مایع بوده که به آنها اصطلاحا (Relief – Valve) می گویند.
یک شیر اطمینان فنری است که که با توجه به فشار قسمت بالادست به صورت نسبی باز می شود و باعث کاهش فشار جریان سیال می گردد. لازم به ذکر است که این شیر در مسیر جریان سیال تراکم ناپذیر قرار می گیرد.
گروه دوم : ولوهایی هستند که وظیفه آنها تخلیه فشار از فرآیندهایی که درون آنها گاز است بوده که به آنها اصطلاحا (safety valve) گفته می شود.
این شیر اطمینان نیز با کمک یک فنر کار می کند و در هنگام رسیدن به فشار بحرانی به طور سریع و ناگهانی باز می شود تا از فشار جریان بالادست بکاهد. این شیرها برای کنترل فشار در تخلیه بخار بویلرها و گازها به کار می روند.
شیر اطمینان افزایش فشار ناگهانی را لمس کرده و اقدام به تخلیه فشار اضافی ایجاد شده نموده و نهایتا فشار فرآیند را به حد نرمال می رسانند.
ب) گروه دوم ولوهایی هستند که فقط در یک مسیر به سیال اجازه عبور می دهند که به این شیر اطمینان اصطلاحا ولوهای یک طرفه Non-Return valves or check valve گفته می شود.
طراحی این شیرها به گونه ای است که از جریان سیال در جهت دیگر(به صورت مکانیکی) ممانعت می گردد.
همانگونه که بیان شد این ولوها جهت جلوگیری از برگشت سیال به سمت عقب در یک فرایند مورد استفاده قرار می گیرند.
برگشت سیال باعث صدمه دیدن تجهیزات و یا از بین رفتن یکنواختی در فرایند می گردد.
بکار بردن این ولوها در قسمت خروجی تجهیزات دواری همچون پمپ و کمپرسور بسیار حائز اهمیت بوده، به گونه ای که این ولوها در زمان هایی که پمپ و کمپرسور از سرویس خارج می باشند باعث محافظت از آنها در مقابل جریانات برگشتی می گردند.
همچنین در فرایندهایی که دارای فشارهای مختلفی بوده و لازمست تا این فشارها به صورت مجزا از یکدیگر قرار بگیرند نیز از ولوهای یکطرفه استفاده می شود.
ج) گروه سوم ولوهایی هستند که وظیفه آنها تنظیم جریان، دما و یا فشار در هر نقطه ای بین حالت کاملا باز fully open وحالت کاملا بسته fully closed بوده که به این گروه از ولوها اصطلاحا throttling valves گفته می شود.
این ولوها می توانند یک وضعیت، از کورس حرکتی ولو از حالت کاملا باز تا حالت کاملا بسته را حفظ کرده و در آن وضعیت، تنظیم جریان، دما و یا فشار جریان را مهیا نمایند.
با توجه به این تعریف می توان این گونه نتیجه گیری کرد که از این ولوها می توان جهت on/off کردن جریان گروه اول نیز استفاده نمود.
اگرچه بیشتر طراحی های صورت گرفته بر روی این ولوها به گونه ای ست که حرکت آنها به صورت دستی و با استفاده از اهرم Lever و یا یک دستگیره دستی انجام می گیرد ولی برخی از این ولوها مجهز به یک محرک و یا یک سیستم تحریک بوده که از این محرک ها باعث ایجاد نیروی بزرگتر و افزایش قابلیت و کارایی در این قبیل ولوها می گردند.
ولوهای تنظیم کننده فشار Pressure Regulators نیز از جمله ولوهای تنظیم کننده ای بوده که وظیفه آنها حفظ و ثابت نگه داشتن فشار در پایین دست جریان می باشد.
عملکرد این شیرها به گونه ای است که اگر فشار در قسمت پایین دست جریان افزایش یابد انگاه این ولو ها به صورت اتوماتیک باعث کاهش فشار گردیده و بالعکس اگر فشار در قسمت پایین دست جریان کاهش یابد آنگاه این شیرها میزان فشار را افزایش می دهند تا فشار به صورت ثابت و پایدار حفظ شود.
گروه دیگر از شیرهای تنظیم کننده، شیرهای کنترل اتوماتیک بوده که اصطلاحا به نام شیرهای کنترل نامیده می شوند.
شیرهای کنترل قادرند بنا به شرایط و وضعیت های مختلف، میزان جریان مشخصی را مطابق با الزامات نصب شده بر روی آنها تامین نمایند.
در این گروه از ولوها همواره جهت دستیابی به شرایط اتوماتیک در وضعیت کنترل از محرک های ویژه ای که بر روی آنها نصب می گردد استفاده میشود.
این محرک ها به گونه ای طراحی می شوند که یک سیگنال فرمان را دریافت کرده و ان را به یک وضعیت مشخص در ولو تبدیل می کنند.
شیرهای کنترل دما:
نوع دیگری از شیر اطمینان وجود دارد که نسبت به دما واکنش نشان میدهند. گاهی به دلیل توقف پروژه و یا ایجاد وقفه در تولید و حرکت سیال، مقداری از سیال در لوله ها به دام می افتد و در اثر افزایش دما حجم آن زیاد شده و فشار در لوله ها بالا می رود .Temperature Safety Valve شیراطمینانی است که در این مواقع استفاده می شود.
انواع مختلفی از شیرهای اطمینان یا سوپاپ اطمینان با استاندارد های گوناگون مورد استفاده قرار می گیرند.
اصطلاح Safety Valve در اروپا معادل Safety Relief Valve یا Pressure Relief Valve در آمریکا است و لغت Safety Valve در آمریکا اصطلاحا به شیر اطمینان Full-Lift در اروپا اطلاق می شود.
تعریف شیر اطمینان یا سوپاپ اطمینان در استاندارد & lt;span class="times"& gt; DIN3320 & lt;/span& gt;
و & lt;span class="times"& gt; BS 6759 & lt;/span& gt; به شرح زیر است :
شیر اطمینان شیری است که به صورت اتوماتیک و بدون کمک هر گونه انرژی خارجی موجب تخلیۀ مقدار مشخصی از سیال شده تا از افزایش فشار، بیش از مقدار تعیین شده جلوگیری کند و همچنین پس از بازگشت فشار به حالت طبیعی، بسته شده و از خروج بیشتر سیال جلوگیری کند.
در ارتباط با شيرهاي اطمينان لازم است كه با اصطلاحاتي در اين زمينه آشنا شويم:
Over Pressure (بالاترين فشار):
فشاري است كه شيراطمينان در وضعيت كاملاً باز قرار مي گيرد و حداكثر ظرفيت تخليه خود را دارا مي باشد. واضح است كه اين فشار بالاتر از فشار نقطه تنظيم (Set pressure) مي باشد و مقدار آن با توجه به كاربردها و استانداردهاي مختلف، متفاوت مي باشد. استاندارد BS 5500 اين مقدار اختلاف فشار را در مورد سيستم هاي بخار و گاز برابر حداكثر 10% درصد فشار تنظيمي شير اطمينان در نظر مي گيرد. شيرهاي اطمينان در فرآيندهاي كه ممكن است در اثر ازدياد فشار به محصول و يا تجهيزات خسارتي وارد شود از بروز اين خسارات جلوگيري مي كنند.
Blow Down (پايين ترين فشار):
مقدار اختلاف فشار پايين تر از نقطه تنظيم شير اطمينان است كه جهت بسته شدن كامل و محكم شير اطمينان پس از باز شدن و سپس برگشت سيستم به فشار عادي مورد احتياج مي باشد.اين پارامتر بهReset Differentialنيز معروف است. ميزانBlow down نيز طبق استاندارد مذكور حدود10% مي باشد.مقاديرOver pressure وBlow down بسته به نوع سيستم انتخاب طراح متغيير بوده و بطور مثال مي تواند به ترتيب 3% و 4% انتخاب گردند.
در هر جایی که احتمال افزایش فشار بیش از حداکثر مجاز سیستم (MA WP) وجود داشته باشد، باید از شیر اطمینان استفاده کرد. در سیستم های بخار، شیر اطمینان (سوپاپ اطمینان) معمولا در روی بویلر (دیگ بخار) و تجهیزاتی مانند خروجی فشار شکن ها نصب می شود.
حتی گاهی از شیر اطمینان به عنوان یک شیر خودکار یکطرفه استفاده می کنند.
افزایش فشار مجاز به دلایل مختلف اتفاق می افتد :
- جریان ناخواسته سیال توسل شیرهای قطع و وصل
- عملکرد نامناسب و یا خرابی شیرهای تقلیل فشار
- نقص در سیستم خنک کننده که موجب تبخیر و انبساط سیال می شود
- قطع نیروی الکتریسیته یا هوای فشرده به سیستم های کنترل
- آتش سوزی
- شکست لوله های مبدل های حرارتی
- واکنش های شیمیایی ناخواسته
- تغییرات دمای محیل
- ...