انتخاب صحیح شیر اطمینان تنها به فشار تنظیم یا سایز اتصال محدود نمیشود، بلکه نوع طراحی، نحوه عملکرد، شرایط فرآیندی و استاندارد ساخت نیز نقش تعیینکنندهای در عملکرد ایمن این تجهیز دارند. به همین دلیل، تولیدکنندگان و استانداردهای بینالمللی، شیرهای اطمینان (Safety Valve) را بر اساس ویژگیهای عملکردی، مکانیزم بازشدن، ساختار داخلی و کاربرد، در گروههای مختلفی طبقهبندی کردهاند.
در این مقاله انواع مختلف سیفتی ولو، تفاوت میان مدلهای Full Lift، Low Lift، Conventional، Balanced، Pilot Operated، Direct Loaded و سایر دستهبندیهای مطرح در استانداردهای ASME، DIN و BS بررسی میشود. همچنین با ساختار شیر اطمینان فنری، تفاوت مدلهای Open Bonnet و Closed Bonnet و معیارهای انتخاب هر یک برای کاربردهای مختلف آشنا خواهید شد تا دید دقیقتری نسبت به انواع شیرهای اطمینان و حوزه کاربرد آنها به دست آورید.
انواع شیر اطمینان بر اساس استاندارد ASME
استانداردهای ASME Section I و ASME Section VIII که برای دیگهای بخار و مخازن تحت فشار تدوین شدهاند، به همراه استاندارد ASME / ANSI PTC 25.3، علاوه بر تعیین الزامات عملکردی، انواع مختلف شیرهای اطمینان را نیز تعریف میکنند. مهمترین انواع معرفیشده در این استانداردها عبارتاند از:
شیر اطمینان ASME Section I
این نوع شیر اطمینان برای حفاظت از دیگهای بخار طراحی شده و باید الزامات بخش اول استاندارد ASME را رعایت کند. مطابق این استاندارد، شیر باید حداکثر با ۳ درصد اضافه فشار (Overpressure) باز شده و پس از کاهش فشار، حداکثر در ۴ درصد پایینتر از فشار تنظیمشده مجدداً بسته شود.
این نوع شیر معمولاً به دو حلقه تنظیم Blowdown مجهز بوده و پس از تأیید، نشان V از سوی National Board روی آن درج میشود.
شیر اطمینان ASME Section VIII
این گروه برای حفاظت از مخازن تحت فشار طراحی شده است. در این استاندارد، شیر باید حداکثر با ۱۰ درصد اضافه فشار باز شود و در حدود ۷ درصد پایینتر از فشار تنظیمشده دوباره روی نشیمنگاه خود قرار گیرد. شیرهای این گروه پس از تأیید، دارای علامت UV از سوی National Board هستند.
شیر اطمینان Low Lift
در شیر اطمینان کمبالابر (Low Lift Safety Valve)، مقدار بازشدن دیسک مستقیماً سطح مؤثر خروج سیال را تعیین میکند. به عبارت دیگر، هرچه میزان حرکت دیسک بیشتر باشد، سطح تخلیه نیز افزایش مییابد و ظرفیت عبور سیال به میزان بازشدن شیر وابسته است.
شیر اطمینان Full Lift
در شیر اطمینان تمامبازشو (Full Lift Safety Valve)، ظرفیت تخلیه به میزان جابهجایی دیسک وابسته نیست، بلکه طراحی داخلی شیر به گونهای است که پس از رسیدن به نقطه عملکرد، سطح تخلیه مستقل از موقعیت دیسک تأمین میشود. این ساختار امکان دستیابی به ظرفیت تخلیه بیشتر را نسبت به شیرهای Low Lift فراهم میکند.
شیر اطمینان فلنجی PN16 و PN25 مدل NES2013 در سبد محصولات شرکت انرژی بخار آسیا از نوع Full Lift میباشد که برای کاربردهای صنعتی با ظرفیت تخلیه بالا مناسب است.
شیر اطمینان Full Bore
در این نوع شیر اطمینان (Full Bore Safety Valve) هیچ مانعی در مسیر عبور سیال داخل مجرای شیر وجود ندارد. میزان بازشدن شیر نیز به اندازهای است که کوچکترین سطح مقطع موجود در مسیر جریان، به عنوان سطح کنترلکننده دبی عمل کند. این طراحی باعث میشود ظرفیت عبور سیال به حداکثر مقدار ممکن نزدیک شود.
شیر اطمینان Conventional
شیر اطمینان متداول (Conventional Safety Relief Valve) دارای محفظه فنر (Bonnet) است که به سمت خروجی شیر تخلیه میشود. به همین دلیل، تغییرات فشار برگشتی (Back Pressure) مستقیماً بر ویژگیهای عملکردی شیر تأثیر میگذارد. این موضوع در ادامه مقاله و در بخش اختصاصی Conventional Safety Valve با جزئیات بیشتری بررسی خواهد شد.
شیر اطمینان Balanced
در شیر اطمینان بالانسشده (Balanced Safety Relief Valve)، طراحی شیر به گونهای انجام شده است که اثر فشار برگشتی بر عملکرد شیر تا حد امکان کاهش یابد. استفاده از این طراحی در شرایطی که فشار برگشتی قابل توجه باشد، موجب پایداری بیشتر عملکرد شیر اطمینان خواهد شد.
شیر اطمینان Pilot Operated
در شیر اطمینان پایلوتدار (Pilot Operated Pressure Relief Valve)، عملکرد شیر اصلی توسط یک شیر کمکی که به صورت خودکار عمل میکند کنترل میشود. در این طراحی، شیر پایلوت فرمان باز و بسته شدن تجهیز اصلی را صادر میکند.
شیر اطمینان Power Actuated
شیر اطمینان با محرک خارجی (Power-Actuated Safety Relief Valve) نوعی شیر فشارشکن ایمنی است که عملکرد شیر اصلی توسط تجهیزی انجام میشود که برای کار کردن به یک منبع انرژی خارجی نیاز دارد. برخلاف شیرهای خودعملگر، این گروه بدون تأمین انرژی خارجی قادر به عملکرد نخواهد بود.
تأثیر فشار برگشتی بر عملکرد شیر اطمینان متداول (Conventional Safety Valve)
یکی از مهمترین ویژگیهای شیرهای اطمینان متداول (Conventional Safety Valve) این است که عملکرد آنها تحت تأثیر فشار برگشتی (Back Pressure) قرار میگیرد. به همین دلیل، هنگام انتخاب و نصب شیر اطمینان باید شرایط خط تخلیه نیز به دقت بررسی شود.
در استانداردهای مختلف، وجه مشترک شیرهای اطمینان متداول این است که مشخصات عملکردی آنها با تغییر فشار برگشتی تغییر میکند. فشار برگشتی به دو بخش تقسیم میشود:
فشار برگشتی اولیه (Superimposed Back Pressure)
این فشار، فشاری است که قبل از باز شدن شیر و در سمت خروجی آن وجود دارد. این فشار ممکن است ناشی از شرایط فرآیند یا وجود فشار در خط تخلیه باشد.
فشار برگشتی ایجاد شده (Built-up Back Pressure)
این فشار زمانی ایجاد میشود که سیفتی ولو در حال تخلیه سیال باشد. عبور جریان از مسیر خروجی باعث افزایش فشار در خط تخلیه شده و این افزایش فشار، فشار برگشتی ایجاد شده نام دارد.
بنابراین در یک شیر اطمینان متداول:
- فشار برگشتی اولیه بر فشار تنظیم (Set Pressure) و نحوه باز شدن شیر تأثیر میگذارد.
- مجموع فشار برگشتی اولیه و فشار برگشتی ایجاد شده، بر مقدار Blowdown و فشار بسته شدن مجدد شیر اثرگذار است.
به همین دلیل طراحی صحیح مسیر تخلیه و کنترل فشار برگشتی، یکی از الزامات مهم در عملکرد صحیح شیرهای اطمینان فنری محسوب میشود.
تفاوت محفظه فنر باز (Open Bonnet) و بسته (Closed Bonnet)
در شیرهای اطمینان فنری، مجموعه فنر در محفظهای به نام Bonnet قرار دارد. این محفظه میتواند به دو شکل باز یا بسته طراحی شود که هر کدام کاربرد متفاوتی دارند.
Open Bonnet (محفظه فنر باز)
در این طراحی، فضای داخلی محفظه فنر با هوای آزاد در ارتباط است و در صورت نیاز امکان خروج سیال از این قسمت وجود دارد.
استفاده از محفظه باز معمولاً در کاربردهای بخار و سیالات با دمای بالا مزیت دارد، زیرا:
- از تجمع حرارت در اطراف فنر جلوگیری میشود.
- افزایش دمای فنر باعث کاهش سختی فنر و تغییر فشار تنظیم شیر نخواهد شد.
- خنککاری طبیعی فنر به حفظ دقت عملکرد شیر کمک میکند.
البته این طراحی یک محدودیت مهم نیز دارد؛ زیرا فنر و قطعات داخلی در معرض شرایط محیطی قرار میگیرند و احتمال خوردگی، آلودگی یا آسیب مکانیکی افزایش پیدا میکند.
Closed Bonnet (محفظه فنر بسته)
در این نوع طراحی، محفظه فنر کاملاً بسته است و هیچ ارتباطی با هوای محیط ندارد.
از این طراحی زمانی استفاده میشود که:
- سیال نباید به محیط نشت کند.
- خروج بخار یا گاز میتواند برای اپراتور خطرناک باشد.
- الزامات ایمنی یا زیستمحیطی اجازه انتشار سیال را ندهد.
به همین دلیل امروزه بسیاری از شیرهای اطمینان فنری بهویژه مدلهای رزوهای کوچک و بسیاری از مدلهای صنعتی جدید با Closed Bonnet تولید میشوند.
شرکت انرژی بخار آسیا نیز در میان محصولات خود، مدلهایی با این ساختار را برای کاربردهای صنعتی و خطوط بخار عرضه میکند. برای آشنایی بیشتر با این مدلها، شیر اطمینان دندهای برنجی برند آیواز ترکیه را در سبد محصولات شرکت انرژی بخار آسیا ملاحظه کنید.
آببندی با بیلوز یا دیافراگم (Bellows and Diaphragm Sealing)
در برخی کاربردها لازم است فنر و قسمتهای متحرک شیر از تماس مستقیم با سیال فرآیندی محافظت شوند. برای این منظور از بیلوز (Bellows) یا دیافراگم (Diaphragm) استفاده میشود.
در این طراحی، یک المان انعطافپذیر بین سیال و محفظه فنر قرار میگیرد و مانع ورود سیال به قسمت بالایی شیر میشود.
مزایای این ساختار عبارتاند از:
- محافظت فنر در برابر خوردگی
- جلوگیری از ورود سیال خورنده به محفظه فنر
- افزایش طول عمر قطعات داخلی
- کاهش تأثیر فشار برگشتی در برخی طراحیها
بر اساس مستندات وب سایت Spirax Sarco، نوع آببندی با توجه به نوع سیال انتخاب میشود:
- دیافراگم یا بیلوز الاستومری معمولاً در سیستمهای آب گرم و گرمایش استفاده میشود.
- بیلوز استنلس استیل برای سیالات فرآیندی و مواد خطرناک یا خورنده کاربرد دارد.
این طراحی در صنایع شیمیایی، پتروشیمی و فرآیندهایی که سیال خورنده یا سمی دارند، اهمیت ویژهای پیدا میکند.
شیر اطمینان چدنی مدلNES2013 یکی دیگر از انواع شیرهای اطمینان در سبد محصولات شرکت انرژی بخار آسیا است که توسط کمپانی NES ترکیه تولید میشود.
جمعبندی
در این مقاله با انواع مختلف شیر اطمینان (Safety Valve) و نحوه دستهبندی آنها در استانداردهای معتبر بینالمللی آشنا شدیم. همانطور که مشاهده شد، هر استاندارد با توجه به نوع کاربرد، شرایط بهرهبرداری و الزامات ایمنی، طبقهبندی متفاوتی برای شیرهای اطمینان ارائه میدهد. به همین دلیل، انتخاب یک سیفتی ولو مناسب تنها بر اساس فشار تنظیم یا سایز اتصال انجام نمیشود، بلکه باید استاندارد طراحی، نوع عملکرد، شرایط فرآیند و الزامات نصب نیز در نظر گرفته شوند.
اگر هنوز مقاله اصول طراحی و عملکرد شیر اطمینان را مطالعه نکردهاید، پیشنهاد میکنیم ابتدا آن را بخوانید تا با نحوه عملکرد، اجزای داخلی و مفاهیم پایه این تجهیزات آشنا شوید. همچنین در مقاله استانداردهای شیر اطمینان به بررسی کدها، استانداردهای ASME، DIN، BS، ISO و الزامات تأییدیههای بینالمللی پرداختهایم که مکمل مباحث این مقاله است.
شرکت انرژی بخار آسیا بهعنوان نماینده رسمی برندهای Ayvaz و NES Valves در ایران، مجموعهای از شیرهای اطمینان فنری را برای کاربردهای بخار، آب داغ، هوا و سایر سیالات صنعتی عرضه میکند و کارشناسان فنی این مجموعه آمادهاند تا در انتخاب مناسبترین مدل متناسب با شرایط کاری پروژه شما، مشاوره تخصصی ارائه دهند.