شیر اطمینان از افراد، محیط زیست و گیاهان در برابر فشار بیش از حدی که می تواند باعث انفجار یا رخدادهای زیان بار شود محافظت می کند. هر وقت فشار از مقدار مشخصی فراتر رود، شیر اطمینان به طور خودکار باز می‌شود. شیر اطمینان ابزارهای روز مبادا هستند که پس از عدم موفقیت ابزارهای حفاظتی دیگر وارد عمل می شوند. شیر اطمینان به شکل فنردار یا پایلوت دار ساخته می شوند.
شیر اطمینان (Safety Valve) چیست؟
هرگاه فشار سیال عبوری از شیر از یک مقدار معین (بر حسب Bar یا PSI) فراتر رود، شیر اطمینان به طور خودکار و به یکباره باز می شود. هنگامی که فشار بیش از حد شود، دیسک شیر باز می شود تا سیال را تخلیه کرده و شرایط فشار نرمال را در سیستم لوله کشی برقرار کند. با کاهش فشار سیال به کمتر از مقدار تعیین شده، شیر دوباره بسته می شود. این حرکت ها مکانیکی هستند؛ یعنی برای انجام عملیات های باز و بسته شدن، عملگرهای مکانیکی یا وسایل خارجی روی شیر نصب نمی‌شوند.
شیر اطمینان را می توان بر روی مخازن تحت فشار، بویلرها، مخازن ذخیره گاز و در سیستم های لوله کشی نصب کرد. استانداردهای شیر اطمینان API 526 یا ASME هستند.
مقایسه شیر اطمینان (Safety Valve) و شیر فشارشکن (PRESSURE RELIEF VALVE)
گاهی اوقات، اصطلاح شیر اطمینان و شیر فشارشکن به عنوان مترادف استفاده می شوند. با این حال، تفاوت هایی بین شیر اطمینان و شیر فشارشکن وجود دارد:
- هنگامی که فشار دستگاه (مخازن تحت فشار، بویلرها) از مقدار معینی فراتر رود، شیر اطمینان کاملاً و به یکباره باز می شود. شیراطمینان بدون کمک کنترلگر یا عملگر فشار را تخلیه می کنند.
- شیر فشارشکن (PRV) یک وسیلۀ تخلیه فشار است که روی مخزنی پر از سیال نصب می شود. بازشدن دیسک شیر فشارشکن متناسب با افزایش فشار مخزن است (یعنی به صورت تدریجی) و یکباره نیست (برخلاف شیر اطمینان). شیر فشارشکن عموماً به وسیلۀ ترکیبی از یک کنترلگر فشار و یک مکانیزم عملگر کار می کند (که دیسک شیر را متناسب با سیگنال فشار بیش از حد که توسط کنترلگر دریافت می شود باز می کند).
دلایل فشار بیش از حد در مخزن
فشار درون مخزن یا سیستم لوله کشی به دلایل متعددی می تواند از یک حد آستانه فراتر رود. توضیحات API 521 علت های ریشه ای معمول را ذکر می کند:
- عدم تخلیه
- واکنش شیمیایی
- ترکیدگی لوله ها یا وسایل دیگر
- آتش سوزی (تجهیزات در معرض آتش سوزی بیرونی قرار دارند)
- انبساط حرارتی
- خرابی سیستم خنک کننده
هر یک از این رخدادهای مخرب می توانند به شکل مجزا یا همزمان رخ دهند و جرم و حجم متفاوتی از جریان برای تخلیه ایجاد کنند (برای مثال، جرم کمِ جریان برای انبساط حرارتی و جریان با جرم زیاد در واکنش شیمیایی). تیم مهندسی باید برای سایزبندی و انتخاب شیر فشارشکن مناسب، بدترین سناریو را با در نظر گرفتن عوامل فوق تعیین کند.
انواع شیر اطمینان
سه نوع شیر فشارشکن اصلی وجود دارد.
شیر اطمینان فنردار (SPRING LOADED SAFETY VALVE)
این نوع شیر متداول ترین مدل است: بار فنر به گونه ای طراحی شده است تا دیسک را برخلاف جریان ورودی فشار دهد. وقتی فشار از یک مقدار معین فراتر رود، فنر باز می شود و دیسک را آزاد می کند و سیال درون شیر جاری می‌شود. بسته به نوع سیال مانند بخار، گاز یا مایع، می توان بلوز (یک وسیله‌ی آب‌بندی) را به فنر اضافه کرد تا اثر فشار برگشتی را از بین ببرد.
تصویر بالا عملکرد فنر را در نگه داشتن دیسک روی سیت (Seat) نشان می دهد که دارای موقعیت های باز یا بسته است.
شیر اطمینان وزن خالص (Dead-Weight Safety Valve)
شیر اطمینان وزن خالص (دد ویت) DEAD-WEIGHT SAFETY VALVE فنر ندارند و برای مخازن کم فشار استفاده می شوند. این نوع شیراطمینان، فشار را با عمل وزن دیسک تنظیم می کند (با افزایش فشار، دیسک بالا می رود و شیر فشار اضافی را تخلیه می کند).
شیر اطمینان پایلوت دار (Pilot-operated valves)
شیر اطمینان پایلوت دار از یک شیر پایلوت و یک شیر اصلی تشکیل شده اند. بر خلاف شیرهای فنردار، در این نوع شیرها فشار توسط شیر پایلوت (نه شیر اصلی) پایش و تنظیم می شود. این نوع برای شیرهای بزرگ و کاربردهای فشار بالا که به گشتاور قوی‌تر و اطمینان پذیری بیشتر نیاز دارند استفاده می شود.
شیر فشارشکن با اکثر گریدهای مواد ساخته می شوند (از فولاد کربنی تا فولاد ضد زنگ) و می توانند برای هر نوع سیالی (هیدروکربن‌ها، گاز، بخار یا آب) استفاده شوند. برای هر نوع شیر، صدها پیکربندی موجود است (بر اساس ترکیبی از پارامترهایی مانند نوع شیر، زیرنوع، اندازه بور، درجه بندی فشار، استانداردهای ساخت و تولید، مواد بدنه و تریم، کارکرد شیر).