شیر اطمینان Safety Valve فشار ( PSV ) یک شیرخودکار است که یکی از تجهیزات ایمنی در صنعت نفت،گاز و پتروشیمی است.که از قرار گرفتن لوله ها، شیرآلات، مخازن تحت فشار و… در شرایط فشاری بیش از فشار طراحی ممانعت به عمل می آورد.
استـاندارد API 520 به بررسی نحوه انتخاب،محاسبه سایزینگ، نحوه نصب تجهیزات فشار شکن در پالایشگاه ها و مجتمع های پتروشیمی می پردازد.
شیر اطمینان Safety Valve فشار ( PSV ).
طبق همین استاندارد یک شیر اطمینان شیری است که توسط یک فنر بسته شده است و با رسیدن فشار پشت شیر به یک فشار استاتیکی مشخص عمل کرده و به سرعت باز می شود. به این عمل POP کردن شیر می گویند. لازم به ذکر است که شیرهای اطمینان معمولاً برای سیالات تراکم پذیر(گازها) کاربرد دارد. با مشخص بودن مساحت سطح مقطع و اندازه نازل می توان مشخص نمود که چه حجم سیال از شیر خارج خواهد شد.در ابتدا باید اندازه نازل خروجی (که اُرفیس نامیده می شود) محاسبه گردد.
در صنعت نفت و گاز ، مخازن تحت فشار ،بایستی بوسیله شیر اطمینان ( safety valve ) محافظت شوند. شیر های اطمینان را باید طوری انتخاب کرد که در صورت بهم خوردن تعادل در فشار مخزن، شیر اطمینان باز شده و مقادیری اضافی مایع یا گاز را خارج کند.از آنجایی که مخازن با فشار بالا ، علاوه بر امکان بهم خوردن تعادل در شرایط کاری، در معرض خطرات آتش سوزی و یا انفجار نیز هستند باید این شیرها طوری انتخاب شوند که نه فقط در فشار معینی باز گردند بلکه ظرفیت آن را داشته باشند تا مقدار زیادی مایع یا گاز داخل مخزن را که در اثر حرارت تغییر حالت داده است را به خارج منتقل کنند.
انواع شیراطمینان
در صنعت شیرهای ایمنی و اطمینان، مستقل از این که در سرویس مایع به کار گرفته شوند یا گاز، از نظر ساختاری در سه شکل عمده وزنه ای، فنری و پیلوت دار تولید می شوند.
شیرهای ایمنی/اطمینان وزنه ای-۱
مثال ساده این نوع شیرها، شیر روی زودپز است. در این شیرها، نیروی مقاوم، وزن بندآور و متعلقات آن است. این شیرها بسیار ساده و ارزان هستند.
شیرهای ایمنی/ اطمینان فنری Spring Loaded Safety/Relief Valves-2
در این نوع از شیرهای ایمنی/ اطمینان، دو نیرو در دو طرف بندآور وجود دارد. از یک سو بندآور برای باز شدن تحت فشار سیال سرویس قرار دارد؛ از طرف مقابل نیز یک فنر، نیرویی در جهت بستن شیر اعمال می کند و شیر را تا زمانی که فشار سیال به اندازه کافی زیاد نشده باشد، بسته نگه می دارد. اما به محض این که فشار در سیستم به بالاتر از فشار تخلیه برسد، نیروی ناشی از فشار سیال بر نیروی فنر غلبه کرده و بندآور را از محل خود بلند می کند. با خروج سیال از سیستم، فشار سیستم تعدیل می گردد. با کاهش فشار سیستم، مجدداً نیروی فنر بر فشار سیال غلبه کرده و بندآور را پایین می راند. بدین ترتیب این شیر با افزایش فشار سیستم، باز شده و پس از تخلیه فشار اضافی سیستم، بسته می شود.
این شیرها در تمام نقاطی که احتمال بالا رفتن فشار وجود دارد، کاربرد دارند. از موارد استفاده متداول این شیرها میتوان به مخازن تحت فشار، دی گهای بخار، آب گرم کن های منازل، خروجی پمپ های رفت و برگشتی، کمپرسورها و خطوط لوله تحت فشار اشاره کرد.
اجزای اصلی این شیرها شامل بدنه، نشیمن گاه، بندآور، ساقه و درپوش می باشد. اما علاوه بر موارد فوق، Bellow down Ring پیچ تنظیم کننده یاAdjusting Bolt و مهره قفل کننده یا Lock-nut اجزایی هستند که خاص این نوع شیرها می باشند.
وظیفه پیچ تنظیم، کنترل و تنظیم فشار باز شدن شیر است. در حقیقت با تغییر موقعیت این پیچ، میزان
تراکم اولیه فنر و در پی آن، نیرویی که از سوی فنر به بندآور اعمال میگردد را کم یا زیاد می کنیم. با این کار فشاری که در آن شیر باز می شود تنظیم می گردد.
از سوی دیگر با تغییر وضعیت Ring down below فشار بسته شدن شیر را کنترل می کنیم؛ یعنی با جابه جا کردن این رینگ، تعیین می کنیم که شیر چند درصد پایین تر از فشار باز شدن، بسته شود. نزدیک بودن این دو عدد به یکدیگر می تواند باعث باز و بسته شدن مکرر شیر ایمنی شود. با کم کردن دفعات باز و بسته شدن شیر، هم احتمال بروز خرابی در شیر کمتر می شود و هم استهلاک ناشی از سایش قطعات به یک دیگر کاهش می یابد.نهایتاً مهره قفل کننده برای جلوگیری از تغییر وضعیت پیچ تنظیم کننده، استفاده می شود تا از تغییر وضعیت های ناخواسته در اثر لرزش جلوگیری شود.
از معایب عمومی شیرهای ایمنی/ اطمینان، احتمال خرابی و باز نشدن شیر در وضعیت اضطراری است.
برای کاهش ضریب خطا و بالا بردن امنیت سیستم ها معمولاً از دو و یا در سیستم های حساس حتی تا چهار شیر، به صورت موازی استفاده می شود تا در صورت عمل نکردن یکی از شیرها، شیر دیگر فشار سیستم را تخلیه نماید.
از دیگر معایب این شیرها می توان به تغییر خواص فنر در اثر عواملی چون تغییرات دما یا خستگی اشاره کرد. هم چنین با افزایش فشار سیال یا سطح مقطع نشیمنگاه شیر و به تبع آن زیاد شدن نیروی اعمال شده به وسیله سیال، برای بسته نگه داشتن شیر، استفاده از فنر ضخیم تر و بزر گتر،اجتناب ناپذیر می گردد.
این امر علاوه بر بالا بردن هزینه تولید و اشغال فضای زیادی در بالای شیر، محدودیت های اساسی برای تولید شیر در ابعاد و فشارهای بالا ایجاد می کند. به همین دلیل طراحان به فکر تولید شیری افتادند که این معایب در طراحی آن برطرف شده باشد. شیرهای ایمنی/ اطمینان پیلوت دار حاصل این طراحی هستند.
شیرهای ایمنی / اطمینان پیلوت دار pilot-operation-3
ایده اصلی در شیرهای پیلوت دار، این است که از یک شیر کوچک به نام پیلوت برای فرمان دادن و
راه اندازی یک شیر بزرگ استفاده شود. در حقیقت این شیر کوچک، در نقش کلید راه انداز شیر بزرگ تر عمل می کند.
این شیر کوچک، یک شیر ایمنی یا اطمینان از نوع فنری است. همانند دیگر شیرهای فنری، این شیر نیز دارای فنر، بندآور، نازل و دیگر متعلقات شیرهای فنری است. این شیر علاوه بر مسیرهای ورودی و خروجی، نیازمند مسیر جدیدی است تا بتواند از طریق آن مسیر، به شیر اصلی فرمان بدهد.
در این شیرها، از فشار خود سیال برای بسته نگ هداشتن شیر استفاده می شود.
در شیر اصلی، سطح مقطع بندآور در قسمت بالای محفظه فشار از سطح مقطع آن در قسمت پایین بیشتر است. در نتیجه هنگامی که فشار بالا و پایین بندآور مساوی باشد، نیروی اعمال شده به قسمت بالای بندآور از نیروی اعمال شده به قسمت پایین آن بیشتر بوده و شیر تا زمان لازم بسته می ماند.
حال فرض کنید فشار سیستم بالا رود. در این صورت فشار قسمت پایین و بالای بندآور به صورت یکسان زیاد می گردد تا جایی که شیر پیلوت عمل کرده و باز شود. با باز شدن پیلوت، ارتباط سیال بخش درپوش با بیرون برقرار شده و در یک لحظه، فشار از روی بندآور شیر اصلی برداشته می شود. در نتیجه نیروی اعمال شده بر سطح بالای بندآور شیر اصلی، کمتر از نیروی وارده به سطح پایینی آن می شود. در این شرایط شیر اصلی نیز عمل نموده و باز می شود. با تخلیه حجم زیادی از سیال، فشار سیستم کاهش می یابد. پس از این که فشار سیستم به پایین تر از فشار تنظیم رسید، شیر پیلوت بسته می شود و با قطع ارتباط محفظه بالای بندآور و محیط خارج، فشار بالای بندآور افزایش یافته و شیر مجدداً بسته و آماده عمل مجدد در شرایط لازم می گردد.
