شیر اطمینان از جمله مهم ترین تجهیز مهار و کنترل فشار در صنایع مختلف است. شیر اطمینان که شیر ایمنی نیز نامیده می شود به طور گسترده تری در صنایع نفت و گاز کاربرد دارد. شیر اطمینان علاوه بر فشار، تداوم جریان سیال را نیز کنترل می کند. به طور کلی شیرهای کنترلی انواع و کاربردهای مختلفی دارند، دسته ای از آن ها در سطح و بعضا داخل چاه های نفت و گازی قرار می­گیرند و دسته­ای دیگر به عنوان فوران گیرهای سرچاهی به کنترل فوران چاه کمک می کنند.

Pressure Relief Valve

این شیر اطمینان در زمان باز بودن می توانند فشار اضافی را در خطوط لوله و تجهیزات آزاد کرده و از بالا رفتن فشار جلوگیری کنند. با بستن این شیرها، از جریان سیال موقتا جلوگیری می شود تا شرایط سیستم به حالت عادی برگردد. این شیرها دارای انواع مختلفی اند:

الف. : Relief Valve 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.

ب.  Safety Valve : 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.

ج. شیرهای دو منظوره : Safety Relief Valve این تجهیز یک شیر اطمینان دو منظوره است که برای تخلیه و کاهش فشار همزمان مایعات و گازها استفاده می شود  و قابلیت کنترل فشار برای هر دو نوع سیال را دارا می باشد.

د.: Conventional Relief Valve  از جمله شیرهای فنر دار بوده که عملکرد آن ها مستقیما به تغییرات فشار برگشتی (Back Pressure) وابسته است.

ه.: Balanced Pressure Relief Valve  این شیرها با داشتن یک سیلندر یا ابزاری مشابه، تاثیرات فشار برگشتی را بر عملکرد شیر به حداقل می رسانند.

و.  Pilot Operated Pressure Relief Valve: این تجهیز یک شیر اطمینان ترکیبی است که از دو شیر آزاد کننده فشار تشکیل شده است و درواقع شیر اصلی آن توسط شیر دومی (پیلوت) کنترل می شود.

 شیرهای خلاء شکن

علاوه بر شیرهایی که درکنترل فشار بالا کاربرد دارند، استفاده از وسایل ایمنی برای جبران افت فشار در تجهیزاتی چون مخازن ذخیره که امکان ایجاد خلاء وجود دارد بسیار ضروری است. برای جبران این فشار از نوعی شیراطمینان با نام Vacuum Relief Valve استفاده می شود که اساس کاری این نوع شیر اطمینان معکوس شیرهای تخلیه فشار است.

 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.

شیر اطمینان درون چاهی (Sub Surface Safety Valve)

این شیراطمینان از جمله مهم ترین تجهیزات ایمنی لازم در فرآیند تکمیل چاه به شمار می رود و در کشتن چاه کاربرد دارد. شیر اطمیان درون چاهی  در عمق 100 تا 300 متری از سر چاه قرار می گیرد و  با کنترل فشار در هنگام بهره برداری از چاه های تولیدی علی الخصوص چاه های گازی دریایی، از تجهیزات سرچاهی محافظت می کند. در حقیقت استفاده از این شیر اطمینان زمانی است که شیرآلات ایمنی سرچاهی به هر دلیلی اعم از انفجار، بمباران یا عدم کارکرد بهینه، قادر به عملکرد مناسب نباشند. شیر اطمینان درون چاهی درواقع به صورت یک مکمل برای تجهیزات ایمنی سطحی عمل می کند.

شیر اطمینان نوعی از ولو می­باشد که وظیفه آن محافظت از سیستم و سایر تجهیزات در برابر فشار­های غیر متعارف به وجود آمده می­باشد. منظور از فشار­های غیر متعارف فشاری است که بیش از فشار قابل تحمل سیستم باشد.

به طور مثال برای Pressure Vessel ها یک ماکزیم فشار مجاز (MAWP: Maximum Allowable Working Pressure) وجود دارد که این ظرف قطعاً نمی­تواند در فشاری بالاتر از آن سرویس دهی کند.

لازم است اشاره شود که امروزه سیستم­های الکترونیکی، پنوماتیکی و هیدرولیکی بسیار متنوعی طراحی و ساخته شده است تا متغیر­های مختلف را در یک سیستم پایپینگ کنترل کنند. از جمله این متغیر­ها می توان به فشار، دما و دبی اشاره کرد. هرکدام از این سیستم­ها به منظور انجام عملیات خود به یک منبع قدرتی (Power Source) نیاز دارند. به طور مثال سیستم­های الکتریکی به برق، سیستم­های پنوماتیک به هوای فشرده و هیدرولیکی به روغن احتیاج دارند. در مواقعی که این منبع قدرت قطع شود و یا عملکرد درستی نداشته باشد، این تجهیزات نیز عملاً فاقد توانایی می­باشند. در عوض شیر­های اطمینان در هر زمانی قادر به انجام اعمال لازمه می­باشند و به تنها منبعی که نیاز دارند در واقع خود سیال می­باشد.

شیر اطمینان Relief Valve

در شکل زیر می توان تجهیزات مختلف یک شیر اطمینان را مشاهده کرد.

Relief Valve structure

CAP: این قطعه در قسمت فوقانی شیر­ اطمینان نصب می­شود و وظیفه آن محافظت از پیچ تنظیم فنر و سایر اجزا می­باشد. عموماً به دو صورت رزوه­ای (NPT) و پیچ مهره­ای می­باشند. حالت دنده­ای آن بیشتر برای فشار و دماهای پایین استفاده شده  در حالیکه از حالت پیچ و مهره­ای آن بیشتر برای سرویس­های با فشار و دمای بالا (Critical) استفاده می­شود.

Bonnet: بونت که نام دیگر آن Spring Housing می­باشند قسمت پوشاننده فنر است.  Bonnet را بر اساس شکل ظاهری آن­ها می­توان به دو دسته کلی تقسیم بندی کرد.

• Open spring safety valves:

در این مدل از شیر اطمینان، فنر از درون بونت معلوم است و اپراتور می تواند آن را مشاهده کند. از این مدل از شیر­های اطمینان عموماً برای بویلر­های نیروگاه تولید برق و همچنین سیستم­های بخار نظیر توربین بخار استفاده می­شود. ترجیحاً این مدل از شیر­های اطمینان در فضاهای باز و خارج از سایت نصب می­شوند.

• Closed spring safety valve:

در این تیپ از شیر­های اطمینان فنر شیر قابل رویت نمی­باشد. عمده استفاده آن­ها برای سرویس­های مواد شیمیایی، سرویس­های هوا و هیدروکربن­ها و … می­باشد.

انواع شیر اطمینان

Body: بدنه شیر­های اطمینان عمدتاً به صورت عمودی می­باشد و باید توانایی تحمل فشار سیال را هم در حالت بسته و هم در حالت باز داشته باشد. سایز فلنج در طرف خروجی شیر­های اطمینان یا برابر با سایز ورود می­باشد و یا از آن بزرگتر است. بدنه این نوع از شیر­ها می­توانند جنس­های مختلفی از جمله فولادی (WCB)، استنلس استیل، فولادی­های آلیاژی ( همانند WC6) و … داشته باشند.

Nozzle:بخشی در ورودی شیر اطمینان که تحت تاثیر فشار سیال است را نازل می­گویند. نازل­ها به دو صورت  Full و Semi (نیمه) می­باشند.در حالت Full نازل تمامی بخش ورودی را شامل می­شود و عمدتاً به بدنه دنده می­شوند اما در حالت Semi، نازل تنها قسمتی از ورودی را تشکیل می­دهد و معمولاً قابل تعویض نیز نیستند.

انواع نازل های شیر اطمینان

جدول مقایسه دو نوع نازل Full و Semi:

Lifting Device:

اهرم بالابرنده بر روی شیر­های اطمینان نصب می­شود تا زمانیکه لازم باشد بتوان شیر را به صورت دستی باز کرد. در واقع این اهرم با وارد کردن نیرو بر محور شیر اطمینان باعث بالا بردن دیسک می­شود. به طور مثال در زمانیکه تست­های دوره­ای بر روی خط انجام می­شود می­توان از این اهرم برای اطمینان از عملکرد شیر استفاده کرد.

اهرم­های بالا برنده به دو دسته کلی ساده (Plain Lever) و بسته شده (Packed Lever) تقسیم بندی می­شوند.  تیپ اهرم ساده بیشتر برای مواردی است که هیچگونه فشار برگشتی وجود ندارد و بخارات خروجی از شیر هیچگونه زیان و ضرری برای محیط زیست نداشته باشد. اهرم­های بسته شده برای جایی است که نشتی سیال به بیرون مجاز نباشد. معمولاً در سرویس­های آب داغ از این مدل دسته استفاده می شود.

اهرم بالا برنده شیر Relief Valve

نحوه عملکرد شیر­های اطمینان به این شرح می­باشد که در زمانیکه فشار سیستم بیش از ماکزیمم فشار مجاز باشد سیال بر روی دیسک درون شیر اطمینان فشار می آورد و سپس دیسک باعث شده فنری که شیر را بسته نگاه داشته بود به سمت بالا حرکت کند و مسیر تخلیه باز شود. شکل زیر در واقع نازل ورودی، دیسک و فنر یک شیر اطمینان را نشان می­دهد. در زمانیکه نیروی وارده از طرف سیال بر سطح مقطع A1  برابر با نیروی وارده از طرف فنر بر سطح A2 (سطح دیسک) می­شود، دیسک آماده حرکت به سمت بالا می­باشد تا مسیر تخلیه را برای سیال باز نماید.

شیر اطمینان از آخرین تجهیزاتی است که در صنعت هایی مانند

• نیروگاه
• پتروشیمی
• دیگ بخار
• نفت و گاز
• دارو سازی و …

شیر اطمینان یا سیفتی ولو در فشارهای بیش از حد تعیین شده در یک نیروگاه یا سیستم فعال می شوند.

در نتیجه عملکرد شیر به گونه ای است که نهایتا باعث ایمن تر شدن می شود.

طراحی شیر اطمینان به صورتی است که در فشارهای بیش از حد مجاز به صورت خودکار عمل می کنند.

شیر اطمینان علاوه بر جلوگیری از آسیب به تچهیزات در فشارهای بالا؛ به کاربر اطمینان می دهند که فشار در محدوده تنظیم شده دستگاه باقی می ماند.

از مزیت های شیر اطمینان عملکرد سریع در حالت هایی است که فشار به طور ناگهانی افزایش می یاید.

بعد از برگشت فشار به حد مجاز شیر به حالت اولیه باز می گردد.

تفاوت ریلیف ولو و سیفتی ولو

ریلیف ولو و شیر اطمینان برای کنترل و محدود کردن سطح فشار در سیستم طراحی شده اند.

با تعیین یک حد آستانه ایمن از قرار گرفتن سیستم در فشارهای بالا جلوگیری می کنند.

به عبارت ساده تر، ریلیف یا سیفتی ولو برای کنترل فشار در لوله ها و سیستم ها در یک سطح خاص هستند.

همچنین شیر اطمینان فشار بالا در شیر یا تجهیزات را زمانی که فشار از حد مجاز بالاتر است آزاد می کند.

این ویژگی آزاد شدن گازها و مایعات را بدون هیچ گونه آسیب یا صدمه ای از سیستم ممکن می کند.

تفاوت عملکرد

ریلیف ولو عمدتاً در سیستم هیدرولیکی برای محدود کردن فشار سیستم در یک سطح مشخص به کار می روند.

در شیر اطمینان زمانی که فشار به مقدار ایمن طراحی شده برسد.

هدف اصلی نصب شیر اطمینان

• افزایش دوام
• کاهش هزینه تجهیزات در مقابل فشارهای بیش از حد مجاز

در یکی سیستم است.

به عبارت دیگر شیر اطمینان با افزایش فشار از حد مجاز باز می شود.

عملکرد شیر اطمینان در مقابل ریلیف ولو

در ریلیف ولو باز شدن شیر متناسب با افزایش فشار سیال است. بنابراین شیر عمدتاً به تدریج باز می شود نه ناگهانی!

ریلیف ولو در سطح فشار بیشتر از نقطه تنظیم باز شده و مایعات را تخلیه می کند. سپس فشار به مقدار مورد نظر کاهش می یابد.

در شیر اطمینان، با رسیدن فشار به نقطه تنظیم، شیر سریعا باز میشود و از آسیب به سیستم جلوگیری می کند.

شیر اطمینان می تواند همواره در حال کار باشد و مانع اتفاقات فاجعه آمیز در سیستم شود.

نقطه تنظیم

شیر اطمینان و و ریلیف برای فعال شدن در یک سطح معین از پیش تعیین شده که ست پوینت نامیده میشود، طراحی شده اند.

ست پوینت را با فشار تنظیم شده نباید اشتباه گرفت.

در واقع ست پوینت کمترین مقدار ماکسیمم فشار مجاز در سیستم است. قبل از اینکه مشکل حادی در سیستم به وجود بیاید.

با افزایش فشار از مقدار تنظیم شده شیر شروع به باز شدن می کند.

این فشار معمولا بر حسب بار یا اینچ بر متر مربع تعیین می شود.

در شیر اطمینان ، ست پوینت سه درصد بالاتر از سطح فشار کاری و در ریلیف ولو 10 درصد بالاتر از سطح فشار کاری تنظیم می شود.

Technical terms

In the petroleum refining, petrochemical and chemical manufacturing, natural gas processing and power generation industries, the term relief valve is associated with the terms pressure relief valve (PRV), pressure safety valve (PSV) and safety valve:

• Pressure relief valve (PRV) or Pressure Release valve (PRV) or pressure safety valve (PSV): The difference is that PSVs have a manual lever to activate the valve in case of an emergency. Most PRVs are spring operated. At lower pressures, some use a diaphragm in place of a spring. The oldest PRV designs use a weight to seal the valve.
• Set pressure: When the system pressure increases to this value, the PRV opens. The accuracy of the set pressure may follow guidelines set by the American Society of Mechanical Engineers (ASME).
• Relief valve (RV): A valve used on a liquid service, which opens proportionally as the increasing pressure overcomes the spring pressure.
• Safety valve (SV): Used in gas service. Most SVs are full lift or snap-acting, in that they pop completely open.
• Safety relief valve (SRV): A relief valve that can be used for gas or liquid service. However, the set pressure will usually only be accurate for one type of fluid at a time.
• Pilot-operated relief valve (POSRV, PORV, POPRV): A device that relieves by remote command from a pilot valve which is connected to the upstream system pressure.
• Low-pressure safety valve (LPSV): An automatic system that relieves by the static pressure of a gas. The relieving pressure is small and near the atmospheric pressure.
• Vacuum pressure safety valve (VPSV): An automatic system that relieves by the static pressure of a gas. The relieving pressure is small, negative, and near the atmospheric pressure.
• Low and vacuum pressure safety valve (LVPSV): An automatic system that relieves by the static pressure of a gas. The relieving pressure is small, negative, or positive, and near the atmospheric pressure.
• Pressure vacuum release valve (PVRV): A combination of vacuum pressure and a relief valve in one housing. Used on storage tanks for liquids to prevent implosion or overpressure.
• Snap acting: The opposite of modulating refers to a valve that “pops” open. It snaps into the full lift in milliseconds. Usually accomplished with a skirt on the disc so that the fluid passing the seat suddenly affects a larger area and creates more lifting force.
• Modulating: Opens in proportion to the overpressure.