شیر اطمینان یا PSV


 شیر اطمینان یا PSV فشار یکی از تجهیزات ایمنی در صنایع نفت و گاز است که مانع از قرار گرفتن لوله ها ، شیرآلات، مخازن تحت فشار و ... در شرایط فشاری بیش از فشار طراحی می شود. بنابراین انتخاب PSV بسیار مهم بوده و باید با احتیاط کامل صورت پذیرد.

در انتخاب PSV و تعیین جزئیات آن چند سوال مهم مطرح می گردد :

·        چه نوع PSV برای فرایند مورد نظر ما مناسب است؟

·        آیا روش ساده ای برای محاسبه سایز PSV وجود دارد که راحتر از محاسبات دستی باشد ؟

·        چه نوع متریالی برای PSV باید انتخاب گردد تا با شرایط فرآیندی مورد نظر هم خوانی داشته باشد ؟

قبل از پاسخ دادن به این سوالات و نحوه انتخاب PSV بهتر است با نحوه کار PSV آشنا شویم و آشنایی با قطعات اساسی PSV به ما کمک خواهد کرد که با آگاهی کامل این انتخاب را انجام دهیم .

تعریف شیر اطمینان فشار یا PSV :

طبق استاندارد API 520 Part 1  که به بررسی نحوه انتخاب ، محاسبه سایز ، نحوه نصب تجهیزات فشار شکن در پالایشگاهها می پردازد ؛ در مورد شیر اطمینان تعریف زیر ارایه شده است : " 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 )"شیر های اطمینان معمولاً برای سیالات تراکم پذیر کاربرد دارد . شکل زیر یک PSV عادی را نشان می دهد که صرفاً برای توضیح آمده است :با مشخص بودن مساحت سطح دیسک و سایز نازل می توان مشخص نمود که چه حجمی از سیال از شیر خارج خواهد شد. در ابتدا باید سایز نازل خروجی ( که اُرفیس نامیده می شود ) محاسبه گردد.

 با توجه به اینکه PSV در حالت عادی در وضعیت بسته است ، قطعه سیل (SEAL) کننده نیز باید توانایی جلوگیری از نشتی سیال به نازل خروجی را دارا باشد . تعریف BACK PRESSURE : لاین خروجی PSV می تواند توسط یک لوله به هوای آزاد ( فشار اتمسفر) تخلیه گردد یا اینکه به یک خط دیگر هدایت گردد . فشار خط خروجی به BACK PRESSURE موسوم است.تاثیر این فشار بر فشار SET در شکل 3 آمده است.

 بر اساس BACK PRESSURE ، PSVها به سه نوع کلی تقسیم می شود :

1)     CONVENTIONAL TYPE

2)     BELLOW TYPE

3)     PILOT TYPE

CONVENTIONAL TYPE :

ساده ترین نوع PSV است که در شکل 4 شماتیکی از آن آمده است که بعلت پایین بودن BACK PRESSURE در محاسبات مربوطه  به حساب نمی آید . در این نوع PSVها معمولاً مقدار BACK PRESSURE  کمتر از 10% مقدار SET PRESSURE  است یا برابر صفر است . خروجی این PSV معمولاً به هوای آزاد است و اغلب برای سیالات بی خطر مانند بخار آب بکار می رود .

 

BELLOWS TYPE  :

یک PSV نوع بیلوز یا بیلوز بالانس شده (BALANCED-BELLOWS) هنگامی مورد استفاده قرار می گیرد که BACK PRESSURE  از 50% فشار SET PRESSURE کمتر باشد . این نوع PSV مشابه نوع CONVENTIONAL است، با این تفاوت که یک BELLOWS به آن اضافه گردیده است که وظیفه آن کاهش اثر فشاری سیال به دیسک است و میله (ROD) را محافظت می کند.معمولاً این نوع PSV ها دامنه کاربردی وسیعی ندارند و در برابر تغییر فشار SET انعطاف پذیری ندارد.

PILOT TYPE  :

 یک PSV  از این نوع ، شامل یک شیر اصلی بوده و یک سیستم دیگر برای کنترل حرکت پیستون به آن اضافه شده است

پیستون طوری طراحی شده است که سطح مقطع آن در قسمت فوقانی بیشتر از قسمت تحتانی است . در هنگامی که فشار لاین به فشار SET برسد هر دو قسمت فوقانی و تحتانی تحت فشار می گیرند اما نیروی برآیند پیستون را در نازل شیر سفت می کند با افزایش فشار در لاین این فشردگی به بیشتر می شود . این سیستم این امکان را می دهد که مقدار SET PRESSURE  را با کنترل و تغییر داد .

تعريف شير اطمينان فشار PSV:

طبق استاندارد API 520 Part 1 كه به بررسي نحوه انتخاب، محاسبه سايز ، نحوه نصب تجهيزات فشار شكن در پالايشگاهها مي پردازد . در مورد شير اطمينان تعريف زير ارائه شده است: يك شير اطمينان شيري است كه توسط يك فنر بسته شده است. و با رسيدن فشار پشت شير به يك فشار استاتيكي مشخص عمل كرده و به سرعت باز مي شود. (به اين عمل pop كردن شير مي گويند)شيرهاي اطمينان معمولا براي سيالات تراكم پذير كاربرد دارد .در صنعت ، مخازن تحت فشار بايستي بوسيله دريچه اطمينان محافظت شوند . دريچه هاي اطمينان را بايد طوري انتخاب كرد كه در صورت بهم خوردن تعادل در فشار مخزن ، شير اطمينان باز شده و مقاديري اضافي مايع يا گاز را خارج كند . در موارديكه فشار علاوه بر امكان بهم خوردن تعادل در شرايط كاري در معرض خطرات آتش سوزي و يا انفجار نيز هستند بايد اين شيرها طوري انتخاب شوند كه نه فقط در فشار معيني باز گردند بلكه ظرفيت آنرا را داشته باشند تا مقدار زيادي مايع يا گاز داخل مخزن را كه در اثر حرارت تغيير حالت داده است را به خارج منتقل كنند . شيرهاي اطمينان در فشاري در حدود 10 درصد بيش از فشاري كه مخزن بايد نگه دارد و يا در حدود بالاترين فشاري كه مخزن مي تواند تحمل كند طراحي مي شوند . در مخازن ضد انفجار ، فشار مخزن نبايد از 20 درصد فشار طراحي بالاتر برود.شيرهاي اطمينان به عنوان وسيله اي مناسب جهت جلوگيري از ازدياد فشار ناگهاني در موتورخانه ها ، كارخانه ها و بطور كلي انواع سايتهاي صنعتي و براي انواع سيالات از قبيل گاز ، بخار ، آب و يا هواي فشرده استفاده مي گردند.محدوديت فشار در اينگونه كاربردها معمولا ناشي از فشار قابل تحمل تجهيزات ، لوله ها و دستگاهها و يا محصولات توليدي و همچنين مسائل مرتبط با حفظ ايمني افراد مي باشد كه اصطلاحاً به محدوده فشار كاركرد امن (Safe perating limits for pressure) و يا SOL/P معروف است . نحوه باز شدن شيرهاي اطمينان و مشخصات كاري آنها ارتباط مستقيم با نحوه طراحي قطعات داخلي شير دارد. در اغلب  موارد اين طراحي بگونه اي انجام مي گيرد كه پس از شروع باز شدن شير اطمينان در اثر ازدياد فشار ، در اثر خاصيت (POP Action) اين عمل به سرعت تشديد شده تا زماني كه شير كاملاً باز گردد شكل زير نشان دهنده عملكرد يك شير اطمينان مي باشد.

 شيرهاي اطمينان  بوسيله آزاد كردن مقداري از سيال به واحد (يا به درون خطوط) عمليات ايمن سازي را انجام مي دهند. شيرهاي فشار در جاهائيكه  حداكثر فشار كاري بوجود مي آيند نصب مي گردند. درسيستم هاي توليد بخار ، شيرهاي اطمينان براي جلوگيري از افزايش فشار بر روي بويلرها نصب مي گردند.

 در ارتباط با شيرهاي اطمينان لازم است كه با اصطلاحاتي در اين زمينه آشنا شويم:

بالاترين فشار Over pressure

فشاري است كه شيراطمينان در وضعيت كاملاً باز قرار مي گيرد و حداكثر ظرفيت تخليه خود را دارا مي باشد. واضح است كه اين فشار بالاتر از فشار نقطه تنظيم (Set pressure) مي باشد و مقدار آن با توجه به كاربردها و استانداردهاي مختلف ، متفاوت مي باشد. استاندارد BS 5500 اين مقدار اختلاف فشار را در مورد سيستم هاي بخار و گاز برابر حداكثر 10% درصد فشار تنظيمي شير اطمينان در نظر مي گيرد.شيرهاي اطمينان در فرآيندهاي كه ممكن است در اثر ازدياد فشار به محصول و يا تجهيزات خسارتي وارد شود از بروز اين خسارات جلوگيري مي كنند.

 

پايين ترين فشار Blow down (

مقدار اختلاف فشار پايين تر از نقطه تنظيم شير اطمينان است كه جهت بسته شدن كامل و محكم شير اطمينان پس از باز شدن و سپس برگشت سيستم به فشار عادي مورد احتياج مي باشد. اين پارامتر به Reset Differential نيز معروف است. ميزان Blow down نيز طبق استاندارد مذكور حدود 10% مي باشد.مقادير Over pressure و Blow down بسته به نوع سيستم انتخاب طراح متغيير بوده و بطور مثال مي تواند به ترتيب 3% و 4 % انتخاب گردند.

 

نقطه تنظيم Set point

تنظيم مناسب نقطه عملكرد و باز شدن شير اطمينان ، اولاً به دلايل ايمني مذكور و ثانياً به منظور اطمينان از كاركرد شير اطمينان با حداقل صدا و همچنين ممانعت از صدمه به شير اطمينان ضروري مي باشد. اين نقطه نبايد بيشتر از SOL/P يا محدوده فشار كاركرد ايمن تجهيزات باشد و از طرفي بايد بخاطر داشت كه تنظيم فشار آزاد سازي شير اطمينان روي فشار كمتر از SOL/P هيچگونه مزيتي به همراه نخواهد داشت و تنها باعث افزايش احتمالي دفعات باز شدن شير اطمينان و فرسوده شدن آن خواهد گشت.ميزان تغييرات احتمالي در فشار سيستم به عنوان پارامتر ديگري است كه بايد در فشار تنظيم شير اطمينان در نظر گرفته شود تا از باز شدن بي مورد شير جلوگيري بعمل آيد. در صورت ناديده انگاشتن اين مورد ، شير اطمينان در بسياري از موارد در حالت نزديك به بسته كار خواهد نمود كه به اين پديده Simmering گفته مي شود. اين حالت در نتيجه نزديك بودن بيش از اندازه فشار سيستم به نقطه تنظيم روي مي دهد و علاوه بر ايجاد سر و صدا و مسائل جانبي ، باعث ايجاد صدمه به قسمتهاي داخلي شير و در نتيجه نشت دائمي آن خواهد شد.

 

فشار اطميناني Shut –off Margin

هنگامي كه فشار كاري سيستم و نقطه تنظيم شير اطمينان به هم نزديك باشند ، علاوه بر در نظر گرفتن تغييرات فشار احتمالي سيستم كه در بالا عنوان گرديد ، فشار اطميناني نيز بعنوان گارانتي كردن و مطمئن شدن از بسته ماندن كامل شير بر فشار كاري سيستم اضافه مي گردد كه معمولا حدود 0.1Bar است.

 فشار تنظيم Set pressure)

فشار نسبي ورودي به شير ايمني كه شير براي باز شدن در اين فشار تنظيم مي شود.

 فشار پشتي Back pressure

لاين خروجي PSV مي تواند توسط يك لوله به هواي آزاد (فشار اتمسفر) تخليه گردد يا اينكه به يك خط ديگر هدايت گردد. فشار خط خروجي به BACK PRESSURE موسوم است.

 فشار پشتي ساختاري Build-up back pressure

به افزايش فشار در مدار تخليه در اثر جريان ناشي از باز شدن شير ايمني فشار مي گويند.

 فشار تحميلي Superimposed back pressure

فشار استاتيكي در خروجي شير ايمني فشار درست در لحظه باز شدن شير را گويند . اين فشار مي تواند ثابت و يا متغيير باشد.

 فشار باز شدن Opening pressure

فشار استاتيكي در ورودي شير كه موجب باز شدن شير بسته مي گردد.

 فشار بسته شدن Closing pressure

فشار استاتيكي در ورودي شير كه منجر به بسته شدن مجدد يك شير اطمينان باز مي گردد.

 حداكثر فشار عملكرد Maximum operating

ماكزيمم فشار كه در حين عملكرد سيستم اتفاق مي افتد.

  حداكثر فشار كاري قابل قبول(MAWP)Maximum allowable working pressure

مبنايي براي تنظيم كردن فشار در شيرهاي ايمني كه بر روي مخازن نصب مي شوند و همچنين فشار است كه براي طراحي مخازن مورد استفاده قرار مي گيرد.

فشار انباشتگي Accumulation pressure

به افزايش فشار از مقدار MWAP يك مخزن كه باعث تخليه از تجهيزات ايمني فشار مي گردد گويند و بر حسب واحد يا درصد بيان مي شود.

بيشترين مقدار مجاز براي آن توسط كدهاي كاربردي براي حوادث در حين كار و يا انفجاري بيان مي شود.

واژه شير اطمينان (Safety Valve) و شير اطمينان فشار شكن(Safety Relief Valve) اصطلاحاتي هستند كه جهت تشريح انواع متنوعي از تجهيزات مرتبط با آزاد سازي فشار اضافي سيال در واحد مي باشند.

در همين رابطه محدوده وسيعي از شيرهاي مختلف كه براي كاركردهاي متنوعي جهت عمل در شرايط بحراني فشار مي باشند مورد استفاده قرار مي گيرند.در بيشتر استانداردها تعاريف ويژه اي براي دو شير اطمينان(Safety Valve) و شير اطمينان فشار شكن (Safety Relief Valve) عنوان گرديده است.در استانداردهاي امريكايي و اروپايي تفاوتهاي بين اصطلاحات تجهيزات كاربردي از لحاظ معني وجود دارد. از جمله اين تجهيزات مي توان به همين شيرها اشاره نمود.در استانداردهاي اروپايي به اين قبيل ولوها اصطلاحاً شير اطمينان (Safety Valve) و در استانداردهاي آمريكايي شير اطمينان فشار شكن (Safety Relief Valve) گفته مي شود.از جمله موارد ديگر اختلاف بين Safety Valve و Relief Valve مي توان به اين نكته اشاره نمود كه در شيرهاي اطمينان (Safety Valve) به محض اينكه فشار عملكردي به فشار تنظيمي(Set Point) برسد سريعاً اين شير عمل مي كند و تا هنگاميكه فشار عملكردي به پائين تر از فشار تنظيمي نرسد اين شير باز خواهد ماند.ولي در شيرهاي اطمينان فشار شكن (Safety Relief Valve) هنگاميكه فشار ورودي سيال تا نقطه فشار تنظيمي بالا برود اين شير به تدريج باز كرده تا فشار را بالانس نمايد.شير فشار شكن (Relief Valve) عموماً براي سيالاتي كه غير قابل تراكم مي باشند مانند آب و روغن و غيره مورد استفاده قرار مي گيرد ولي شير اطمينان (Safety Valve) عموماً براي سيالات تراكم پذير مورد استفاده قرار مي گيرد.Relief Valveها معمولاً بصورت مداوم در حالت Overpressure عمل مي كنند تا فشار سيستم را در حد نرمال تنظيم كنند. عمل كردن اين شيرها هيچگاه بصورت POP-Action (عمل كردن ضربه اي) نمي باشد.



/ 0 نظر / 37 بازدید