ویژگی های شیر فشارشکن در سیستم‌های پرفشار؛ سیالات قابل تراکم و تراکم‌ناپذیر را با ایمنی مدیریت می‌کنند. این شیرها برای کنترل جریان سیالاتی که دارای تراکم‌پذیری بالا هستند و با فشار زیاد کار می‌کنند، در سیستم لوله‌کشی صنعتی نقشی حیاتی دارند. شیرهای اطمینان قابل تنظیم، اجازه می‌دهند تا تنظیمات فشار را از طریق درگاه خروجی تغییر دهید، به‌این‌ترتیب همواره سیستمی در حالت تعادل خواهید داشت. شیرهای فشارشکن الکترونیکی نشتی ندارند و از کنترل‌های الکترونیکی برای نظارت و مدیریت فشار سیستم استفاده می‌کنند.

با دانستنی‌های آهن نرخ در مورد انواع شیرهای فشارشکن بیشتر بدانید.

در این مقاله می‌خوانیم:

• شیر فشارشکن چیست؟
• انواع شیرهای فشارشکن
• نحوه تنظیم شیر فشارشکن

مهم‌ترین شیرآلات صنعتی در تأسیسات بسته به کاربرد، اولویت‌بندی می‌شوند و شیرهای فشارشکن و شیرهای اطمینان از اولین اولویت‌ها در هر سیستم لوله‌کشی هستند.

شیر فشارشکن چیست؟

 شیرهای فشارشکن و شیرهای اطمینان تجهیزات حفاظتی هستند که برای کنترل فشار در حین کار اختراع شده‌اند. شیر فشارشکن در برابر آسیب‌های مختلف ناشی از فشار بیش از حد، امکان انفجار یا صدمات دیگر، از افراد و محیط‌زیست محافظت می‌کند. هنگامی که نیروی تنظیم شده در سیستم به هر دلیلی بیشتر شود، یک شیر اطمینان به طور خودکار باز می‌شود.

در میان انواع اتصالات لوله، شیر اطمینان آخرین وسیله مفیدی است که زمان ازکارافتادگی سایر لوازم حفاظتی وارد عمل می‌شود. هنگامی که فشار بیش از حد شناسایی می‌شود؛ دیسک شیر فشارشکن برای آزادکردن سیال باز می‌شود، و وضعیت فشار عادی را بازیابی می‌کند. پس از کاهش فشار در سیستم لوله‌کشی به زیر فشار تنظیم شده، شیر فشارشکن دوباره بسته می‌شود. به‌این‌ترتیب ویژگی های شیر فشارشکن هماهنگ با جرم حجمی سیالات مختلف، و رفتارهای فیزیکی آن‌ها تحت‌فشار تعریف شده است.

شیرهای فشارشکن هیچ قطعه محرک بیرونی یا کلید فرمان خارجی برای عملیات باز یا بسته‌شدن ندارند. این شیرها برای مخازن ذخیره گاز، مخازن تحت‌فشار، بویلرها و کارخانه‌های تولیدی حیاتی هستند. شیرهای فشارشکن کاربرد مفید و مؤثری در شاخه‌های مختلف صنعتی از جمله صنایع پتروشیمی، پالایش نفت، و صنایع شیمیایی دارند. شیر فشارشکن مورداستفاده در صنایع تولید برق و تأسیسات آبی، همچنین فراوری گاز طبیعی است. شیرهای فشارشکن و شیرهای اطمینان مانند سایر اتصالات لوله تحت استانداردهای ASME یا API قرار دارند.

اجزای شیر فشارشکن pressure relief valve:

به‌طورکلی سه بخش اصلی در یک شیر فشارشکن معمولی وجود دارد:

1. نازل ورودی برای اتصال به سیستم
2. دیسک متحرک برای کنترل جریان سیال
3. فنری که موقعیت دیسک را تنظیم می‌کند.

شیرهای فشارشکن در محدوده فشار ۱۵۰۰ تا ۲۵۰۰۰ psi و بیشتر عمل می‌کنند. متریال استانداردی که در ساختار شیر فشارشکن به کار می‌رود معمولاً از فولاد ضدزنگ است و بدنه فولادی و نشیمن‌گاه دیسک متحرک را شامل می‌شود. در شیرهای اطمینان، نشیمن‌گاه به بخشی از داخل بدنه گفته می‌شود که با جزء متحرک یا دیسک در تماس است. به‌این‌ترتیب شیر اطمینان جریان سیالات را از طریق حرکت صفحه دیسک، محدود کرده یا اجازه عبور می‌دهد.

متریال نشیمن‌گاه دیسک در شیرهای فشارشکن معمولی آن‌ها را به دودسته شیر نرم و شیر فلزی طبقه‌بندی می‌کند. نشیمن‌گاه نرم در شیرهای فشارشکن معمولاً از مواد الاستومری مانند سیلیکون، نیتریل و تفلون PTFE ساخته می‌شود. توجه به این نکته ضروری است که متریال نشیمن‌گاه دیسک شیر فشارشکن به سازگاری با سیالی که از شیر عبور می‌کند، ارتباط دارد. در شیرهای اطمینان با نشیمن‌گاه فلزی، معمولاً از دیسک یا توپ فلزی به‌عنوان قطعه آب‌بندی داخلی در برابر دهانه استفاده می‌شود. عملکرد شیر فشارشکن با نشیمن‌گاه سخت فلزی در تماس با مواد خورنده یا دمای بسیار بالا؛ عالی است.

انواع شیرهای فشارشکن

انواع مختلفی از شیرهای فشارشکن که به‌صورت دستی یا خودکار عمل می‌کنند، برای کنترل و هدایت فشار اضافه از سیستم لوله‌کشی طراحی شده‌اند. فشار بیشتر از حداکثر فشار کاری مجاز  MAWP  باید آزاد شود. این کار با تخلیه گاز یا سیال تحت‌فشار از طریق شیر اطمینان به فضای خارجی یا مخزن انجام می‌شود. نمونه‌هایی از شیر تخلیه فشار PRV، با عنوان شیر اطمینان فشار PSV، نیز شناخته شود. اگرچه انواع شیرهای فشارشکن عملی یکسان انجام می‌دهند، اما جزئیات متفاوتی در طراحی و نحوه عملکرد آن‌ها قابل‌مشاهده است.

شیر فشارشکن فنری تعادلی Balanced Spring Loaded valve:

در شیرهای فشارشکن فنری تعادلی دو دیسک برابر وجود دارد؛ یکی در معرض هوای بیرونی و دیسک دیگر تحت‌فشار معکوس جریان سیال قرار می‌گیرد. شیرهای فشارشکن تعادلی به‌صورت اختصاصی برای کاهش اثرات فشار برگشتی طراحی شده‌اند. به‌این‌ترتیب محافظت فنر و میله راهنمای دیسک در برابر مایعات آزاد شده را بر عهده دارند.

شیر اطمینان فنری معمولی Conventional Spring Loaded Valve:

شیر اطمینان فنری معمولی شامل دیسک، میل راهنما و فنر است که در تماس با سیال قرار می‌گیرد. هنگامی که تحت‌فشار، دیسک باز می‌شود فشار برگشتی تنظیم شده و کاهش می‌یابد. در مقابل، زمانی که دیسک به سمت داخل دریچه خروجی وارد می‌شود، روند معکوس می‌شود و فشار برگشتی سیستم کمکی را تنظیم کرده و بالا می‌برد. شیر اطمینان معمولی به طور متداول در سیستم‌های غیر خورنده استفاده می‌شوند که فشار برگشتی کمتر از ۱۰ درصد نقطه تنظیم است.

شیر اطمینان Safety Valve:

شیرهای اطمینان در ردیف انواع شیرهای فشارشکن قرار دارند، با این ویژگی که مکانیسم آن‌ها تحت‌فشار ثابت ورودی سیال کار می‌کند. شیر اطمینان با طراحی ویژه به طور مداوم با یک حرکت روبه‌بالا باز می‌شود. شیرهای اطمینان بیشتر در سرویس‌های پنوماتیک یا بادی استفاده می‌شوند، و به طور معمول به دو صورت در دسترس هستند:

•  شیر ایمنی کم بالابر: در این نوع شیرها، حجم تخلیه سیال به موقعیت دیسک بستگی دارد. دیسک به‌صورت خودکار بلند می‌شود و موقعیت دیسک فضای تخلیه واقعی را مشخص می‌کند.

• شیر اطمینان کامل بالابر: درست مانند شیرهای ایمنی کم بالابر، بالابرهای دیسکی به طور خودکار عمل می‌کنند، اما حجم تخلیه سیال به موقعیت دیسک بستگی ندارد. دریچه‌های ایمنی به طور کامل به سمت بالا حرکت می‌کنند، اما شما نمی‌توانید حجم تخلیه واقعی سیال را با موقعیت دیسک تشخیص دهید.

شیر اطمینان پایلوت دار Pilot Operated Valve :

شیرهای اطمینان پایلوت دار که به شیرهای فشارشکن خلبان نیز مشهور هستند، توسط یک راهبر فشار کمکی مدیریت می‌شوند. هنگامی که پروسه تخلیه سیال از طریق یک روزنه اتفاق می‌افتد، فشاری تولید می‌شود که نیروی اولیه بر روی پیستون شیر اصلی را تأمین می‌کند. زمانی که فشار به نقطه تنظیم شده‌ می‌رسد، نیروی محرک حاصل از فشار اضافه روی پیستون، دیسک را به حرکت درمی‌آورد.

شیر ایمنی Safety Relief Valve:

در بررسی ویژگی های شیر فشارشکن گروه شیرهای ایمنی بسیار محبوب هستند. این شیرهای ایمنی به دلیل باز شدن سریع یا عکس‌العمل روبه‌بالا معروف‌اند. شیرهای ایمنی دارای یک سیستم درجه‌بندی برای باز شدن هستند که با افزایش فشار، بر روی دیسک سنجیده می‌شود. این شیرها برای سیال یا مایع تراکم‌پذیر بسیار مناسب و قابل‌استفاده هستند. شیرهای ایمنی با ۲ نوع مطرح و پرطرف‌دار شناخته می‌شوند: شیرهای ایمنی متعادل، و شیرهای ایمنی معمولی.

شیر محافظتی یا ریلیف ولو Relief Valve:

شیرهای فشارشکن محافظتی یا ریلیف ولو به صورتی طراحی شده‌اند که خود تحت‌فشار پایدار ورودی هستند. شیرهای فشارشکن محافظتی از برگشت فشار در سیستم جلوگیری می‌کنند، در فشار بالا باز شده و مانع از خرابی سیستم لوله‌کشی می‌شود. هنگامی‌که فشار سیستم به بیش از اندازه تنظیم‌شده افزایش می‌یابد،  یک بالابر آن را اندازه‌گیری کرده، به شکل تدریجی مطابق با فشار عمل می‌کند. در شیرهای فشارشکن محافظتی، دریچه‌های خروجی کمکی در اطراف محفظه فنری وجود دارند که برای تخلیه فوری ایدئال هستند.

شیر اطمینان ریلیف برقی Power-Actuated Pressure Relief Valve:

شیر اطمینان برقی به‌عنوان یکی از انواع شیرهای فشارشکن، دستگاهی متمایز از سایر هم‌خانواده‌های خود است. شیرهای فشارشکن برقی با ترکیب یک قطعه اضافه بیرونی، به‌وسیله یک منبع انرژی بیرونی کنترل می‌شود.

شیر اطمینان ریلیف دمایی Temperature-Actuated Pressure Relief Valve:

همان‌طور که از این نام مشخص است؛ شیرهای اطمینان دمایی با تغییرات شدید دمایی فعال می‌شوند. این قطعات مشابه شیرهای فشارشکن سایر سیالات عمل می‌کنند، با این تفاوت که توسط دمای خارجی یا فشار بخش ورودی، فعال می‌شوند.

شیر کنترل خلأ Vacuum Relief Valve:

شیرهای کنترل خلأ  قطعاتی مؤثر در کاهش فشار هستند که وظیفه دارند در برابر خلأ داخلی بیش از حد مقاومت کنند. این شیرهای فشارشکن به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که جریان اضافی سیال را پس از بازیابی فشار تعریف شده  عادی، با بسته‌شدن مجدد متوقف کنند.

نحوه تنظیم شیر فشارشکن

باتوجه‌به ویژگی های شیر های فشارشکن و شیرهای اطمینان؛ برای نصب در سیستم نیاز دارید موارد کلی نحوه تنظیم شیر فشارشکن را بدانید. شیرهای اطمینان قطعات کمکی مستقلی هستند که با رعایت برخی نکات برای تنظیم درست، باکیفیت عمل می‌کنند. پس از نصب شیر فشارشکن در یک مدار، درگاه ورودی فشار را به خط فشار، و خروجی مخزن را مستقیماً به مخزن متصل کنید. شیر تخلیه را در کمترین میزان فشار ممکن تنظیم کنید. به‌این‌ترتیب می‌توانید از شرایط غیرمنتظره هنگام واردشدن نیروی هیدرولیک به مدار، جلوگیری کنید.

هنگامی که شیر فشارشکن به‌درستی نصب شد و در حالت حداقل تنظیم فشار قرار گرفت، برق سیستم را برای حرکت سیال روشن کنید. در این حالت ممکن است سروصدایی از شیر فشارشکن بشنوید. نگران نشوید! زیرا هنگامی که فشار در پایین‌ترین حالت ممکن قرار دارد، امکان عبور سیال از میان شیر کمکی هست.

در قدم بعدی تنظیم شیر فشارشکن؛ به‌تدریج شروع به افزایش فشار کنید و از طریق فشار‌سنج مربوط به مدار، شیر اطمینان جدید را کنترل کنید. این نحوه تنظیم شیر فشارشکن در سیستم مدارهایی با پمپ ثابت رایج است.

نحوه تنظیم شیر فشارشکن با وجود یک شیر کمکی در سیستم:

در سیستم‌های لوله‌کشی که از یک شیر کمکی در مدار استفاده می‌شود و پمپ جبران فشار وجود دارد، نحوه تنظیم شیرهای فشارشکن کمی پیچیده‌تر می‌شود! باتوجه‌به آنچه در بالا توضیح دادیم، شیر کمکی را با همان سبک در مدار نصب کنید. به این شکل که  درگاه فشار به خط فشار، و درگاه مخزن به طور مستقیم به مخزن متصل می‌شود. اطمینان حاصل کنید که شیر فشارشکن در کمترین میزان فشار ممکن تنظیم شده است. باز هم این مدل تنظیم شما را از شرایط غیرمنتظره هنگام اِعمال نیروی هیدرولیکی نجات خواهد داد. پس از نصب صحیح، پمپ و شیر تخلیه کمکی که تازه نصب کردید را روی حداقل تنظیمات هرکدام  تنظیم کنید. پمپ را راه‌اندازی کنید تا شروع به راه‌افتادن شیر فشارشکن در سیستم و تقریباً به حداکثر موقعیت تنظیم برسد.

 اکنون به‌آرامی تنظیم جبران‌کننده فشار پمپ را آغاز کنید تا روی حدود ۲۰۰ PSI بالاتر از تنظیم نهایی فشار سیستم مورد نظرتان قرار گیرد. سپس در  مرحله بعدی، کاهش تنظیمات شیر فشارشکن را شروع کنید تا زمانی که درجه فشار، پایین آمدن از فشار پمپ را نشان دهد. اکنون شیر اطمینان سیستم را در موقعیت ۲۰۰ PSI بالاتر از فشار موردنیاز قفل کنید. در نهایت، تنظیمات فشار پمپ جبران‌کننده را روی فشار واقعی سیستم که موردنیاز است تنظیم کنید.

محدوده تنظیم فشار شیر فشارشکن

به‌خاطر داشته باشید که شیر فشارشکن سیستم باید حدود ۲۰۰   PSI بالاتر از تنظیم فشار پمپ تنظیم شود. در غیر این صورت دو تنظیم فشار مقابل یکدیگر قرار می‌گیرند با یکدیگر مقابله می‌کنند. در این صورت سیستم همانند جابه‌جایی ثابت عمل می‌کند، صداهای بلند پمپ هشداردهنده می‌شوند و گرمای زیادی در جریان سیال تولید می‌شود.

به طور کلی ویژگی های شیر فشارشکن، بخش بزرگی از ایمنی سیستم‌های لوله‌کشی را تضمین می‌کنند.