![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/ce/Pressure_relief_valve_DN25_on_cooling_water.jpg)
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.
در شکل زیر می توان تجهیزات مختلف یک شیر اطمینان را مشاهده کرد.
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.
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.
جدول مقایسه دو نوع نازل Full و Semi:
شاخص | Full | Semi |
استاندارد | بیشتر سازندگان آمریکایی از این تیپ استفاده می کنند و بر اساس استاندارد API میباشد. استاندارد API526 و API520 از جمله استانداردهای طراحی در این تیپ هستند. | بیشتر سازندگان اروپایی از این تیپ شیر اطمینان تولید میکنند و بیشتر برای کاربردهای ASME I به کار میروند.(ASME I برای طراحی های نیروگاهی یا Power Plant می باشد.) |
فشار کاری | در تمامی فشار های کاری قابل استفاده می باشد. | ماکزیم فشار قابل تنظیم (Set Pressure) شیر در این حالت 100 بار می باشد. |
تعمیرات | عمدتاً قابلیت جدا شدن از شیر را دارند و میتوانند در خارج از بدنه شیر تعمیر شوند. | عمدتاً نمیتوان آنها را از شیر خارج کرد. تعمیر درون خود شیر با ابزار های لپینگ (Lapping tool) میسر می باشد. |
موارد کاربرد (با توجه به میزان خوردگی) | به صورت همزمان با دیسک از جنس استنلس استیل انتخاب می شود و تمامی نقاط جوش شده دارای مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی دارند. در این حالت حتی در شرایطی که سیال خورندگی بالایی دارد میتوان جنس بدنه را از فولاد انتخاب کرد. | در این بدنه شیر در تمام مدت در ارتباط با سیال می باشد. جنس بدنه فولادی برای سیالات غیر خورنده (همانند هوا، آب و بخار) قابل استفاده می باشد و استنلس استیل نیز برای سیالات خورنده استفاده می شود. |
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.
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.