راهنمای شیرهای فشار

شیر فشار چیست و چگونه کار می کند

یک شیر فشار، فشار را در یک سیستم سیال با آزاد کردن فشار اضافی هنگامی که از یک نقطه تنظیم از پیش تعیین شده فراتر می‌رود، کنترل یا محدود می‌کند. اصل اصلی ساده است: نیروی فنر دریچه را بسته نگه می دارد تا زمانی که فشار سیال نیروی کافی برای غلبه بر فنر و بلند کردن دیسک شیر ایجاد کند. پس از باز شدن، مایع خارج می شود تا زمانی که فشار از نقطه بسته شدن پایین بیاید و فنر دریچه را دوباره جابجا کند.

تعادل مهندسی حیاتی در دیسک سوپاپ اتفاق می افتد. در یک طرف، فشرده سازی فنر نیروی بسته شدن ایجاد می کند. از طرف دیگر، فشار سیال بر روی ناحیه دیسک، نیروی باز شدن ایجاد می کند. هنگامی که نیروی باز کردن از نیروی بسته شدن بیشتر شود، دریچه بلند می شود. این رابطه از معادله اصلی پیروی می کند:فشار × ناحیه دیسک = نیروی فنر در نقطه تنظیم.

دریچه‌های فشار مدرن ویژگی‌های پیچیده‌ای را فراتر از این توازن نیرو ساده دارند. طراحی محفظه جمع شدن، که در بسیاری از سوپاپ های ایمنی یافت می شود، یک عمل ناگهانی "پاپ" ایجاد می کند. هنگامی که شیر شروع به بلند شدن می کند، مایع به داخل محفظه انبساط زیر دیسک می رود. این محفظه دارای سطح بزرگتری نسبت به ورودی است، بنابراین فشار یکسانی در حال حاضر روی ناحیه بزرگتری اعمال می شود. نتیجه افزایش فوری نیروی بالابر است که دریچه را به طور کامل باز می کند. این اکشن پاپ برای سرویس‌های گاز و بخار که در آن باز شدن تدریجی می‌تواند باعث افزایش فشار خطرناک شود، حیاتی است.

شیرهای فشار مستقیم برای بسته شدن کاملاً به نیروی فنر متکی هستند و آنها را ساده و قابل اعتماد می کند. فنر مستقیماً در بالای دیسک یا ساقه سوپاپ قرار می گیرد. این شیرها به سرعت به تغییرات فشار پاسخ می دهند اما محدودیت هایی دارند. آنها می توانند تحت تأثیر فشار برگشتی در سمت خروجی قرار گیرند، و ممکن است هنگامی که فشار عملیاتی به نقطه تنظیم نزدیک می شود، "جوش بجوشد" (نشتی جزئی) زیرا نیروی بسته شدن حداقل می شود.

شیرهای فشار پایلوت بسیاری از محدودیت‌های عمل مستقیم را از طریق مهندسی هوشمندانه حل می‌کنند. یک شیر پایلوت کوچک فشار را در یک محفظه گنبدی بالای پیستون شیر اصلی کنترل می کند. فشار سیستم به هر دو ورودی و گنبد وارد می شود، اما سطح گنبد بزرگتر است. این بدان معنی است که شیر اصلی با نشتی صفر حتی در 98٪ فشار نقطه تنظیم محکم می ماند. هنگامی که فشار به نقطه تنظیم می رسد، شیر پایلوت گنبد را به اتمسفر باز می کند. عدم تعادل فشار، شیر اصلی را باز می کند. این طراحی در کاربردهای فشار بالا و شرایط با فشار برگشتی متغیر برتری دارد.

انواع شیرهای فشار: درک تفاوت های بحرانی

اصطلاحات "شیر اطمینان فشار"، "شیر کاهش فشار" و "شیر کاهنده فشار" اغلب به جای یکدیگر استفاده می شوند، اما عملکردهای اساسی متفاوتی دارند. مخلوط کردن آنها در سیستم شما می تواند منجر به آسیب به تجهیزات یا بدتر شود.

شیرهای ایمنی فشار (PSV)

شیرهای ایمنی فشار به طور خاص برای سیالات تراکم پذیر مانند بخار، گازها و بخارات طراحی شده اند. مشخصه تعیین کننده عمل سریع یا رفتار باز کردن "پاپ" آنها است. هنگامی که فشار سیستم به نقطه تنظیم می رسد، شیر به تدریج باز نمی شود. در عوض، در چند میلی ثانیه به بالا آمدن کامل می زند.

این باز شدن سریع تمام ضربه به دلیل محفظه جمع شدن یا طراحی لب واکنش اتفاق می افتد. همانطور که دیسک شروع به بلند شدن می کند، گاز در حال انبساط به داخل محفظه ای جریان می یابد که در آن روی سطح بزرگتری عمل می کند. افزایش ناگهانی نیروی بالابر باعث باز شدن کامل سوپاپ می شود. دریچه کاملاً باز می ماند تا زمانی که فشار به طور قابل توجهی به زیر نقطه تنظیم کاهش یابد، معمولاً 2-4٪. به این اختلاف فشار بین باز و بسته شدن، دمنده می گویند.

پاپ اکشن و انفجار بزرگ نقص طراحی نیستند. آنها ویژگی های ایمنی ضروری برای سیستم های گازی هستند که فشار می تواند به طور تصاعدی افزایش یابد. دریچه ای که به آرامی باز می شود فشار را به اندازه کافی سریع کاهش نمی دهد تا از انفجار در ظرف پر از گاز جلوگیری کند. باز شدن سریع حجم عظیمی را به سرعت تخلیه می‌کند و فشار را قبل از اینکه فاجعه‌بار شود از بین می‌برد.

Tieto dva porty sa zvyčajne nazývajú vstup a výstup, hoci v hydraulických systémoch môžu byť tieto výrazy flexibilné v závislosti od vášho návrhu okruhu. Na rozdiel od zložitejších ventilov, ktoré majú oddelené porty P (tlak), T (nádrž), A a B (pracovné), 2-cestný ventil sa zameriava na jednu základnú úlohu: umožniť prietok medzi dvoma bodmi alebo ho úplne zablokovať.

شیرهای کاهش فشار (PRV)

دریچه‌های کاهش فشار، اسباب کار برای سیالات تراکم ناپذیر، عمدتاً مایعاتی مانند آب، روغن و سیال هیدرولیک هستند. برخلاف PSV ها، PRV ها متناسب با افزایش فشار باز می شوند. با بالا رفتن فشار از نقطه تنظیم، دیسک به تدریج بلند می شود. سرعت جریان از طریق شیر متناسب با افزایش فشار افزایش می یابد.

این عمل متناسب از چکش آب، موج فشار مخربی که با قطع ناگهانی جریان مایع رخ می دهد، جلوگیری می کند. اگر یک PSV اکشن پاپ را روی یک خط مایع نصب کنید و ناگهان باز شود، افت فشار سریع می تواند امواج ضربه ای ایجاد کند که لوله ها را ترک می زند و اتصالات را از بین می برد. باز و بسته شدن تدریجی PRV از سیستم های لوله کشی در برابر این شوک های هیدرولیکی محافظت می کند.

PRV ها معمولاً با 10٪ یا 25٪ فشار اضافی مجاز بسته به کد کار می کنند (بخش VIII ASME اجازه 10٪ را برای یک شیر می دهد). عمل بسته شدن به همان اندازه تدریجی است، با کاهش فشار به سمت نقطه تنظیم، شیر به آرامی در جای خود قرار می گیرد.

شیرهای کاهش فشار

شیرهای کاهش فشار عملکرد کاملاً متفاوتی نسبت به شیرهای ایمنی یا تسکین دارند. در حالی که شیرهای ایمنی معمولاً بسته هستند و فقط در مواقع اضطراری فشار بیش از حد باز می‌شوند، دریچه‌های کاهنده معمولاً دستگاه‌های کنترل باز هستند. آنها بدون توجه به تغییرات فشار بالادست یا تغییرات تقاضای جریان، جریان را برای حفظ فشار پایین دست ثابت نگه می دارند.

دریچه های کاهنده مستقیم از فشار پایین دستی استفاده می کنند که در برابر دیافراگم یا پیستون بارگذاری شده با فنر کار می کند. اگر فشار پایین دست افزایش یابد، فنر را فشرده می کند و عنصر شیر را می بندد. اگر فشار پایین دست کاهش یابد، فنر شیر را بیشتر باز می کند. این شیرها مقرون به صرفه هستند اما تحت شرایط جریان بالا "افت فشار" را تجربه می کنند زیرا سیستم فنر-دیافراگم ظرفیت نیروی محدودی دارد.

دریچه‌های کاهنده با استفاده از پایلوت با استفاده از یک شیر پایلوت کوچک برای بارگذاری دیافراگم شیر اصلی، دقت فوق‌العاده‌ای را ارائه می‌کنند. این تقویت نیروی کنترلی به شیر اجازه می دهد تا تحمل فشار پایین دست را حتی با نوسانات جریان عظیم حفظ کند. دریچه‌های کاهش‌دهنده آزمایشی را در کارخانه‌های فرآوری شیمیایی، شبکه‌های توزیع گاز طبیعی و سیستم‌های بزرگ تامین آب که در آن‌ها کنترل دقیق فشار غیرقابل مذاکره است، پیدا خواهید کرد.

مشکلات رایج شیر فشار و عیب یابی

درک حالت‌های خرابی به شما کمک می‌کند مشکلات را سریع تشخیص دهید و به جای تعمیرات گران‌قیمت آزمون و خطا، راه‌حل‌های صحیح را اجرا کنید.

دریچه گپ زدن

چرت زدن باز و بسته شدن سریع و شدید یک شیر فشار شکن است. صدا متمایز است: صدای تق تق مسلسل که می تواند در کل مرکز شنیده شود. این حالت خرابی به طور گسترده مخرب‌ترین حالت در نظر گرفته می‌شود، زیرا سیت سوپاپ را چکش می‌کند و می‌تواند داخل سوپاپ را ظرف چند ساعت پودر کند.

بزرگی بیش از حد شایع ترین علت پچ پچ است. هنگامی که شیری را با ظرفیت جریان بیش از حد برای بار تسکین واقعی نصب می کنید، باز می شود و فورا فشار سیستم را به زیر نقطه بسته شدن کاهش می دهد. دریچه به شدت بسته می شود. فشار بلافاصله بازسازی می شود و چرخه صدها بار در دقیقه تکرار می شود. راه حل مستلزم تعویض دریچه با اندازه دهانه کوچکتر است که با نیاز واقعی امداد مطابقت دارد.

افت بیش از حد فشار ورودی نیز از طریق مکانیسم متفاوتی باعث ایجاد پچ پچ می شود. API 520 قسمت 2 مشخص می کند که افت فشار لوله کشی بین مخزن محافظت شده و ورودی شیر نباید از 3٪ فشار تنظیم شده تجاوز کند. اگر تلفات خط ورودی بیشتر باشد، این اتفاق می افتد: شیر باز می شود، جریان شروع می شود و فشار در ورودی شیر به دلیل تلفات اصطکاک لوله به زیر فشار بسته شدن می رسد. دریچه بسته می شود. جریان متوقف می شود، فشار بازیابی می شود و شیر دوباره باز می شود. این چرخه تا زمانی ادامه می یابد که چیزی بشکند. رفع نیاز به افزایش قطر لوله ورودی یا جابجایی شیر نزدیکتر به مخزن دارد.

فشار برگشت بالا در سیستم تخلیه نیز می تواند باعث ایجاد پچ پچ شود. هنگامی که فشار تخلیه به دیسک سوپاپ فشار می آورد، به طور موثری به نیروی بسته شدن می افزاید. فشار باز شدن واقعی شیر از فشار تنظیم شده آن بیشتر می شود. به محض باز شدن دریچه و شروع جریان، فشار تخلیه از جریان ناگهانی افزایش می یابد و دریچه به صورت ناگهانی بسته می شود. نصب شیر پایلوت یا شیر آب بندی شده اثرات فشار برگشتی بر عملکرد شیر را از بین می برد.

نشتی صندلی سوپاپ (در حال جوشیدن)

نشتی قبل از اینکه شیر به فشار تنظیم شده برسد، جوشیدن نامیده می شود. صدای بخار را از دریچه دریچه ایمنی خواهید دید یا صدای خش خش مداوم را می شنوید. این شرایط محصول را هدر می دهد، محدودیت های انتشار محیطی را نقض می کند و به تدریج از طریق فرسایش و سیم کشی به صندلی آسیب می رساند.

کارکردن خیلی نزدیک به فشار تنظیم شده دلیل اصلی است. بخش هشتم ASME توصیه می‌کند که حداقل 10% زیر فشار تنظیم شده کار کنید. وقتی با 98 درصد فشار تنظیم شده کار می کنید، نیروی بسته شدن تقریباً صفر می شود. هر گونه لرزش، انبساط حرارتی یا فشار جزئی می تواند به طور لحظه ای دیسک را بلند کند و نشتی را شروع کند. هنگامی که نشتی شروع می شود، سیال با سرعت بالا که خارج می شود، شیاری را در فلز صندلی نرم برش می دهد. نشت دائمی می شود. کاهش فشار عملیاتی یا افزایش فشار تنظیم سوپاپ (در صورت ایمن بودن) قبل از آسیب دیدن صندلی، جوشیدن متوقف می شود.

زباله های روی صندلی یکی دیگر از منابع رایج است. خاک، سرباره جوش، رسوب لوله یا ذرات مواد واشر بین دیسک و نشیمنگاه قرار می گیرند و از بسته شدن محکم جلوگیری می کنند. در طول راه‌اندازی سیستم جدید، زباله‌های ساختمانی تقریبا تضمین می‌شوند مگر اینکه روش‌های شستشوی گسترده دنبال شوند. راه حل شامل برداشتن سوپاپ و بازرسی دستی و تمیز کردن صندلی و دیسک است. اگر آسیب جزئی باشد، ترکیب لایه‌بندی می‌تواند سطح آب‌بندی را بازیابی کند، اما شیارهای عمیق نیاز به قطعات جایگزین دارند.

ناهماهنگی میل یا راهنماهای سوپاپ باعث بارگذاری ناهموار روی صندلی می شود. اگر دیسک کاملا صاف قرار نگیرد، نشت می کند. این امر به ویژه پس از دست زدن به خشن در حین نصب یا نگهداری رایج است. بررسی عمودی اسپیندل و فاصله های راهنما معمولاً مشکل را مشخص می کند.

باز نشدن

این خطرناک ترین حالت خرابی است زیرا شیر فشار نمی تواند عملکرد ایمنی اولیه خود را انجام دهد. هنگامی که فشار به سطوح خطرناک می رسد و دریچه بسته می ماند، چند ثانیه قبل از وقوع خرابی فاجعه بار فرصت دارید.

خوردگی علت اصلی گیرکردن شیرها است. هنگامی که یک دریچه فولاد کربنی برای ماه ها در یک محیط مرطوب یا خورنده بیکار می ماند، زنگ زدگی در رابط دیسک به صندلی ایجاد می شود. اکسید به معنای واقعی کلمه سطوح را به هم جوش می دهد. در زمان وقوع فشار بیش از حد، نیروی فنر برای شکستن پیوند خوردگی کافی نیست. دریچه هرگز باز نمی شود. جلوگیری از این امر مستلزم آزمایش منظم بالابر با استفاده از اهرم دستی است، اما فقط زمانی که فشار سیستم حداقل 75 درصد فشار تنظیم شده باشد تا از آسیب دیدگی صندلی در اثر باز شدن دیسک در برابر فشرده شدن کامل فنر جلوگیری شود.

پوسته پوسته شدن و پلیمریزاسیون شیمیایی باعث چسبندگی مشابه می شود. مایعات فرآیندی می توانند رسوباتی بر جای بگذارند که در طول زمان سخت می شوند. این امر به ویژه در خدمات هیدروکربنی رایج است که در آن پلیمریزاسیون به تدریج باعث بسته شدن شیر می شود. حذف منظم و آزمایش نیمکت تنها روش پیشگیری قابل اعتماد برای خدمات حیاتی است.

آسیب های مکانیکی مانند ساقه های خم شده یا راهنماهای گیر کرده نیز از باز شدن آن جلوگیری می کند. این معمولاً ناشی از نصب نادرست، حمل و نقل خشن یا آسیب یخ زدگی در تأسیسات در فضای باز است. بازرسی فیزیکی در طول تعمیر و نگهداری برنامه ریزی شده، این مسائل را قبل از اینکه بحرانی شوند، شناسایی می کند.

دستورالعمل‌های انتخاب و اندازه‌گیری دریچه فشار

انتخاب شیر فشار اشتباه بدتر از نداشتن شیر است زیرا احساس امنیت کاذب ایجاد می کند. انتخاب مناسب مستلزم تطبیق مشخصات شیر ​​با شرایط سرویس و محاسبه ظرفیت تخلیه مورد نیاز است.

تعیین ظرفیت امدادی مورد نیاز

اولین گام در انتخاب سوپاپ، محاسبه بار کاهش‌دهنده است، دبی جرمی که شیر باید در بدترین سناریوی فشار بیش از حد تحمل کند. این نیاز به دانش فرآیندی دارد که فراتر از حجم ساده سیستم است. API 521 متدولوژی های محاسبه را برای سناریوهای مختلف فراهم می کند.

لوله های ورودی باید افت فشار را به حداقل برسانند تا از زنگ زدن جلوگیری شود. API 520 Part 2 حداکثر 3% افت فشار را از مخزن به ورودی شیر مشخص می کند. این به معنای لوله کشی کوتاه و با قطر بزرگ با حداقل زانو و اتصالات است. یک اشتباه رایج این است که از اتصال مخزن 4 اینچی به ورودی شیر 2 اینچی با استفاده از یک کاهنده پایین می‌آید. افت فشار از طریق آن کاهنده به راحتی می تواند در جریان کامل از 3٪ تجاوز کند و مشکلات پچ پچ را تضمین کند.

خرابی سیستم خنک‌کننده در یک راکتور شیمیایی می‌تواند باعث واکنش‌های فراری شود که حجم‌های عظیم گاز تولید می‌کند. محاسبه امداد باید سینتیک واکنش، سرعت تولید گرما و تولید بخار را در نظر بگیرد. این جایی است که مهندسان شیمی دستمزد خود را دریافت می کنند زیرا محاسبات بار کمکی برای سیستم های راکتیو نیاز به مدل سازی دقیق ترمودینامیکی دارد.

سناریوهای تخلیه مسدود شده زمانی اتفاق می‌افتد که پمپ با یک شیر بسته در پایین دست به کار خود ادامه دهد. شیر کاهش فشار روی تخلیه پمپ باید جریان کامل پمپ را در سر خاموشی کنترل کند. این معمولاً یک سرویس مایع است که به جای انتخاب PSV به PRV نیاز دارد.

آسیب مکانیکی (ساقه خم شده)

هنگامی که ظرفیت تخلیه مورد نیاز را دانستید، اندازه دهانه شیر را با استفاده از معادلات اندازه‌گیری API 520 قسمت 1 انتخاب می‌کنید. برای سرویس گاز و بخار، این معادله اثرات تراکم پذیری، وزن مولکولی، دما و ضریب جریان تایید شده شیر را در نظر می گیرد. محاسبه حداقل سطح تخلیه موثر مورد نیاز را تعیین می کند.

API 526 تعیین روزنه‌ها را از D تا T استاندارد می‌کند و هر حرف یک ناحیه دهانه خاص را نشان می‌دهد. این استاندارد امکان جایگزینی مستقیم بین تولید کنندگان را می دهد. روزنه "J" یک روزنه "J" است چه از کراسبی، اندرسون گرین وود یا لسر بخرید. ابعاد واقعی در جداول API 526 منتشر شده است.

نسبت فشار بحرانی بر اندازه دریچه گاز تأثیر می گذارد. هنگامی که فشار پایین دست به زیر 50 تا 60 درصد فشار بالادست می رسد (بسته به ویژگی های گاز)، جریان به سرعت صوتی در گلوی دریچه می رسد. جریان "خفه" می شود و بدون توجه به اینکه فشار پایین دست چقدر پایین می آید، نمی تواند بیشتر افزایش یابد. معادلات اندازه برای این اثر تراکم پذیری توضیح می دهند. نادیده گرفتن آن منجر به کوچک شدن خطرناک می شود.

اندازه دریچه مایع از اصول مختلفی پیروی می کند زیرا مایعات اساساً تراکم ناپذیر هستند. معادله اندازه، نرخ جریان را با افت فشار در سراسر شیر با استفاده از ضریب تخلیه مرتبط می‌کند. محاسبه ساده تر از اندازه گاز است، اما همچنان نیازمند توجه دقیق به اثرات ویسکوزیته و چشمک زدن بالقوه است اگر افت فشار باعث تبخیر مایع شود.

انتخاب مواد برای شرایط خدمات

سازگاری مواد، قابلیت اطمینان و طول عمر شیر را تعیین می کند. دریچه‌های فولاد کربن استاندارد برای کاربردهای غیر خورنده و در دمای متوسط ​​به خوبی کار می‌کنند. اما شرایط سخت به مواد خاصی نیاز دارد.

خدمات هیدروژن به دلیل شکنندگی هیدروژن نیازمند متالورژی خاصی است. اتم های هیدروژن در ساختارهای کریستالی فولادی پخش می شوند و شکل پذیری را کاهش می دهند و باعث شکستگی شکننده تحت تنش می شوند. فولادهای با مقاومت بالا مانند 440C در نازل های هیدروژن PRV به طرز فاجعه باری شکست خورده اند. فولادهای زنگ نزن آستنیتی مانند 316L مقاومت بهتری دارند، اما حتی اینها نیز نیاز به انتخاب دقیق دارند. برای ایستگاه های سوخت گیری هیدروژن، شیرها باید در 102000 چرخه فشار در محدوده دمایی از -40 درجه سانتیگراد تا +85 درجه سانتیگراد زنده بمانند. مواد استاندارد به سادگی نمی توانند این خواسته ها را برآورده کنند.

سرویس بخار در دمای بالا به موادی نیاز دارد که استحکام بالای 450 درجه سانتیگراد را حفظ کنند. آلیاژهای کروم-مولی مانند SA-217 Grade WC9 انتخاب های رایجی هستند. فنر همچنین باید در برابر دما مقاومت کند و اغلب به اینکونل یا سایر آلیاژهای با دمای بالا به جای فولاد کربنی نیاز دارد.

خدمات خورنده ممکن است به آلیاژهای عجیب و غریب نیاز داشته باشد. مونل (نیکل-مس) در برابر آب دریا و اسید هیدروفلوئوریک مقاومت می کند. هاستلوی (نیکل-مولیبدن-کروم) اسید سولفوریک داغ و گاز کلر را کنترل می کند. این مواد ویژه هزینه شیر را به طور قابل توجهی افزایش می دهد، اما خرابی هزینه بسیار بیشتری دارد.

بهترین روش های نصب و نگهداری

حتی شیرهای کاملاً انتخاب شده بدون نصب و نگهداری مناسب از کار می افتند. پیروی از استانداردهای صنعتی از اکثر مشکلات رایج جلوگیری می کند.

دستورالعمل های نصب

لوله های ورودی باید افت فشار را به حداقل برسانند تا از زنگ زدن جلوگیری شود. API 520 Part 2 حداکثر 3% افت فشار را از مخزن به ورودی شیر مشخص می کند. این به معنای لوله کشی کوتاه و با قطر بزرگ با حداقل زانو و اتصالات است. یک اشتباه رایج این است که از اتصال مخزن 4 اینچی به ورودی شیر 2 اینچی با استفاده از یک کاهنده پایین می‌آید. افت فشار از طریق آن کاهنده به راحتی می تواند در جریان کامل از 3٪ تجاوز کند و مشکلات پچ پچ را تضمین کند.

لوله کشی تخلیه نیاز به ملاحظات مختلفی دارد. برای تخلیه PSV ها به اتمسفر، خطوط تخلیه باید از دریچه دورتر شوند تا میعانات را تخلیه کنند. تجمع آب در لوله های تخلیه می تواند در هوای سرد یخ بزند و خط را مسدود کند. خط تخلیه باید قطر بزرگتری نسبت به خروجی شیر داشته باشد تا فشار برگشتی کمتر از درجه بندی شیر باشد. تولیدکنندگان حداکثر مقادیر مجاز فشار معکوس را منتشر می کنند که معمولاً 10٪ فشار تنظیم شده برای شیرهای معمولی است.

شیرهای پایلوت فشار برگشت بالاتری را تحمل می کنند، تا 50 درصد فشار تنظیم شده در برخی طرح ها، زیرا فشار برگشتی بر نیروی بسته شدن تأثیر نمی گذارد. این آنها را برای سیستم‌هایی با هدرهای تخلیه طولانی یا هدرهای فلر مشترک که فشار برگشتی با عملکرد سایر شیرها متفاوت است، ایده‌آل می‌کند.

شیر را مستقل از لوله کشی پشتیبانی کنید. شیر نباید وزن لوله های ورودی یا تخلیه را تحمل کند. تنش لوله می تواند قسمت های داخلی سوپاپ را نادرست کند و باعث نشتی یا اتصال شود. از تکیه گاه های لوله با طراحی مناسب در مجاورت شیر ​​استفاده کنید.

فواصل نگهداری و تست

اکثر حوزه های قضایی به آزمایش دوره ای شیر فشار شکن نیاز دارند. این فاصله به شدت خدمات و الزامات نظارتی بستگی دارد. سرویس‌های تمیز و غیر خورنده ممکن است فواصل آزمایشی 5 ساله را مجاز کنند. خدمات کثیف، خورنده یا رسوب‌کننده نیاز به آزمایش سالانه یا مکرر دارند.

تست درجا از ابزارهای کمکی هیدرولیک برای بلند کردن شیر در حالی که نصب است استفاده می کند. این تأیید می کند که دیسک آزاد است و می تواند باز شود. با این حال، آزمایش درجا نمی تواند سفتی صندلی یا دقت فشار تنظیم شده واقعی را تأیید کند. این یک بررسی عملیاتی اساسی است، نه یک گواهینامه جامع.

تست نیمکت در یک فروشگاه معتبر تأیید کامل را فراهم می کند. شیر برداشته می شود، جدا می شود، تمیز می شود، بازرسی می شود، دوباره مونتاژ می شود و سپس روی پایه تست تست می شود. پایه تست در حین نظارت بر نشتی به تدریج فشار را افزایش می دهد. هنگامی که دریچه باز می شود، فشار باز شدن ثبت می شود. این باید در ± 3٪ فشار تنظیم شده پلاک نام در هر الزامات ASME باشد. سپس سوپاپ مجدداً قرار می گیرد و فشار بسته شدن برای تأیید دمیدن مناسب ثبت می شود. در نهایت، سفتی صندلی بر اساس API 527 آزمایش می‌شود، که نرخ حباب مجاز را برای اندازه‌های مختلف سوپاپ مشخص می‌کند.

پس از گذراندن تست روی میز، شیر یک برچسب گواهینامه جدید دریافت می کند که تاریخ تست، فشار تنظیم شده و امکانات تست را نشان می دهد. این مستندات انطباق را در طول بازرسی های نظارتی ثابت می کند.

عمودی دوک را بررسی و تصحیح کنید

طراحی، آزمایش و کاربرد شیر فشار توسط چندین سازمان استاندارد کنترل می شود. درک این الزامات اختیاری نیست. از نظر قانونی در اکثر تاسیسات صنعتی الزامی است.

کد دیگ بخار و مخزن تحت فشار ASME

انجمن مهندسین مکانیک آمریکا استانداردهای ایمنی مخازن تحت فشار قطعی را برای آمریکای شمالی و بسیاری از مناطق دیگر منتشر می کند. بخش I ASME BPVC بویلرهای آتش گرفته را پوشش می دهد که در آن انفجار بخار خطرات فاجعه باری ایجاد می کند. الزامات اینجا سخت تر از هر جای دیگری است.

شیرهای بخش I باید دارای مهر "V" باشند، به این معنی که آنها تحت کنترل کیفیت دقیق ASME ساخته شده و توسط بازرس مجاز آزمایش شده اند. این دریچه‌ها به کنترل دمنده خاصی نیاز دارند که معمولاً 2 psi یا حداقل 2٪ است که از طریق طراحی دقیق حلقه تنظیم به دست می‌آید. تجمع مجاز (افزایش فشار بالاتر از MAWP) به 3% برای یک شیر یا 5% برای چندین شیر محدود شده است. این کنترل محکم از افزایش فشار خطرناک جلوگیری می کند.

بخش هشتم ASME مخازن تحت فشار پخته نشده مانند راکتورهای شیمیایی، مخازن ذخیره سازی و سیلندرهای گاز فشرده را پوشش می دهد. شیرهای بخش هشتم مهر "UV" را دارند و نسبت به بخش I الزامات راحت تری دارند. انباشتگی تا 10 درصد برای یک شیر یا 16 درصد برای چندین شیر مجاز است. Blowdown به شدت اجباری نیست.

نکته مهمی که بسیاری از مهندسان از آن غافل هستند: شیرهای بخش هشتم را نمی توان در بویلرهای بخش I استفاده کرد. شیرهای بخش هشتم فاقد ویژگی‌های کنترل اجباری دمیدن دریچه‌های بخش I هستند، که باعث ایجاد صدای خطرناک و تخریب احتمالی شیر در سرویس دیگ بخار می‌شود. این عدم تطابق مشخصات باعث تصادفات جدی شده است.

استانداردهای API برای صنعت نفت

در حالی که ASME قوانین ساخت و ساز و الزامات مهر زنی را ارائه می دهد، موسسه نفت آمریکا دستورالعمل های عملی را برای انتخاب، اندازه و بهره برداری در تاسیسات نفت و گاز ارائه می دهد.

API 520 اندازه کتاب مقدس است. بخش 1 فرمول های محاسباتی را برای شرایط جریان بخار، گاز، مایع و دو فاز ارائه می دهد. قسمت 2 جزئیات نصب را پوشش می دهد که برای جلوگیری از افت فشار ورودی و مدیریت فشار برگشتی ضروری است. اینها اسنادی هستند که مهندسان شیر هر روز هنگام طراحی سیستم های امدادی به آنها مراجعه می کنند.

API 521 به جای انتخاب سوپاپ، بر طراحی سیستم تمرکز دارد. این محاسبه بارهای امدادی را برای سناریوهای مختلف هدایت می کند: قرار گرفتن در معرض آتش، شکست آب خنک کننده، واکنش های فرار، انبساط حرارتی، و دمیدن بخار. API 521 سناریوهایی را که شیر شما باید انجام دهد را تعریف می کند.

API 526 ابعاد فیزیکی و درجه بندی فشار و دما را برای شیرهای ایمنی فولادی فلنجی استاندارد می کند. این استانداردسازی امکان تعویض بین تولیدکنندگان را فراهم می کند. می‌توانید یک شیر خراب را با هر معادلی که با API 526 مطابقت دارد، بدون تغییر لوله‌کشی جایگزین کنید.

API 527 روش های تست تنگی صندلی و معیارهای پذیرش را تعریف می کند. نرخ حباب مجاز را در حین آزمایش نیمکت مشخص می کند. این امر معنای واقعی "نشت نشتی" را در شرایط قابل اندازه گیری به جای قضاوت ذهنی مشخص می کند.

API 576 دستورالعمل های بازرسی و آزمایش را برای دستگاه های کاهش فشار پالایشگاه و کارخانه های شیمیایی ارائه می دهد. مکانیزم های شکست (خوردگی، پوسته پوسته شدن، فرسایش) را به تفصیل شرح می دهد و فواصل و روش های بازرسی را تجویز می کند. این همراه عملیاتی استانداردهای طراحی است.

استانداردهای انتشار محیطی و فراری

دریچه‌های فشار از نظر تاریخی منبع اصلی انتشارات فراری بودند، نشت‌های ناخواسته که ترکیبات آلی فرار و گازهای گلخانه‌ای را به اتمسفر آزاد می‌کنند. مقررات زیست محیطی مدرن پیشرفت های چشمگیری را در فناوری آب بندی دریچه ها وادار می کند.

API 624 تست مهر و موم ساقه را برای دریچه های ساقه بلند مانند شیرهای دروازه و گلوب پوشش می دهد. این شیر باید در 310 سیکل مکانیکی به علاوه سیکل های حرارتی با کمتر از 100 پی پی ام نشت متان شناسایی شود. این یک آزمون نوع قبولی/شکست است که طرح های ضعیف را حذف می کند.

ISO 15848 این را با "کلاس های استقامتی" متفاوت پیش می برد. یک شیر کلاس CO3 باید 2500 چرخه مکانیکی را حفظ کند و در عین حال یکپارچگی آب بندی را حفظ کند. این استاندارد از تشخیص نشت هلیوم برای حساسیت شدید استفاده می کند. مطابق با استاندارد ISO 15848 به فناوری بسته بندی "Low-E" (کم انتشار) نیاز دارد که معمولاً شامل سیستم های بسته بندی بارگذاری شده زنده با واشرهای فنری Belleville است که فشار بسته بندی ثابت را با فشرده شدن مواد در طول زمان حفظ می کند.

این استانداردهای انتشار فراری در بسیاری از حوزه های قضایی اختیاری نیستند. مقررات اتحادیه اروپا، الزامات EPA ایالات متحده و سیاست های محیطی شرکت ها به طور فزاینده ای شیرهای دارای گواهی Low-E را برای همه تاسیسات جدید و جایگزینی شیرهای موجود الزامی می کنند.

دیسک جوش خوردگی به نشیمنگاه

شیرهای فشار عملکردهای بسیار متفاوتی را در بخش‌های صنعتی انجام می‌دهند و درک الزامات خاص برنامه به انتخاب مناسب کمک می‌کند.

سیستم های آب و تهویه مطبوع

سیستم های آب مسکونی و تجاری از شیرهای کاهش فشار برای پایین آوردن فشار بالای تامین شهری به سطوح ساختمانی ایمن استفاده می کنند. آب شهری ممکن است به 120 psi برسد، اما لوله‌کشی و وسایل ساختمان حداکثر 80 psi درجه‌بندی شده‌اند. یک شیر کاهنده فشار در ورودی ساختمان دریچه گاز را برای ثابت نگه داشتن 60-70 psi در پایین دست بدون توجه به نوسانات بالادست یا تقاضای جریان جریان می دهد.

شیرهای ایمنی آبگرمکن از انفجار ناشی از خرابی ترموستات جلوگیری می کند. اگر ترموستات بچسبد و گرمایش به طور نامحدود ادامه یابد، دمای آب افزایش می‌یابد و فشار بخار به سرعت افزایش می‌یابد. شیر کاهش فشار دما (TPRV) که در بالای مخزن نصب شده است، در 150 psi یا 210 درجه فارنهایت باز می شود، هر کدام زودتر اتفاق بیفتد. این وسیله ساده سالانه از هزاران انفجار احتمالی جلوگیری می کند.

آسیب کاویتاسیون یک نگرانی عمده در سیستم های آب پرفشار است. هنگامی که سرعت آب از طریق یک شیر کاهنده فشار افزایش می یابد، فشار استاتیک کاهش می یابد. اگر فشار از فشار بخار آب کمتر شود، حباب‌هایی تشکیل می‌شوند. با کاهش جریان در پایین دست و بهبود فشار، این حباب ها به شدت منفجر می شوند. حباب های در حال فروپاشی جت های متمرکزی از مایع تولید می کنند که با سرعت صدها متر در ثانیه حرکت می کنند. این میکروجت ها فلز را از بدنه دریچه در فرآیندی به نام حفره شدن فرسایش می دهند. افت فشار مرحله ای با استفاده از دو دریچه پشت سر هم یا استفاده از طرح های مخصوص ضد حفره که افت فشار را به چند مرحله کوچک تقسیم می کند و فروپاشی حباب را از سطوح فلزی دور می کند.

فرآوری شیمیایی و پالایشگاه ها

کارخانه های شیمیایی به شیرهای فشاری نیاز دارند که مواد خورنده، سمی و واکنش پذیر را مدیریت کنند. انتخاب مواد بسیار مهم است. دریچه ای که در سرویس بخار خوب کار می کند در اسید سولفوریک یا گاز کلر به سرعت خراب می شود.

دریچه های حرارتی از سیستم های مایع مسدود شده محافظت می کنند. اگر قسمتی از لوله پر از مایع بین شیرهای بسته جدا شود و سپس توسط خورشید یا حرارت فرآیند گرم شود، انبساط حرارتی فشار زیادی ایجاد می کند. مایعات اساساً تراکم ناپذیر هستند، بنابراین حتی چند درجه افزایش دما می تواند فشارهایی ایجاد کند که لوله ها را ترکاند. دریچه های تسکین حرارتی کوچکی که برای حجم های انبساط مایع اندازه می شوند، این محافظت را فراهم می کنند.

سناریوهای واکنش فراری نیازمند تجزیه و تحلیل دقیق نیازهای تسکین دهنده هستند. یک واکنش گرمازا با سرد شدن ناموفق می تواند گاز را با سرعت های شتاب تولید کند. شیر تسکین نه تنها باید تولید بخار معمولی بلکه بدترین حالت تولید بخار از واکنش فرار را نیز انجام دهد. این محاسبات نیاز به دانش دقیق سینتیک واکنش و فرضیات محافظه کارانه در مورد خرابی سیستم خنک کننده دارد.

تولید نفت و گاز

شیرهای ایمنی فشار سر چاه در برابر افزایش ناگهانی فشار تشکیل شده محافظت می کنند. لوله های تولیدی با فشار بالا کار می کنند و خرابی تجهیزات می تواند باعث افزایش ناگهانی فشار شود. PSVهایی که برای ظرفیت جریان کامل تشکیل شده اند، آخرین خط دفاعی را در برابر انفجارها ارائه می دهند.

سیستم های شعله ور تخلیه های شیر تسکین را از سراسر یک تاسیسات جمع آوری می کنند. دریچه‌های فشار متعدد در سربرگ‌های مشترک تخلیه می‌شوند که همه آزادها را به سمت نوک شعله‌ور هدایت می‌کنند که در آن هیدروکربن‌ها به جای رها شدن مستقیم به جو می‌سوزند. هدر فلر با فشار برگشتی متغیر بسته به دریچه هایی که جریان دارند کار می کند. این نیاز به مهندسی دقیق دارد تا اطمینان حاصل شود که وقتی چندین دریچه به طور همزمان کار می کنند، از درجه بندی فشار برگشتی سوپاپ بیشتر نمی شود.

سکوهای فراساحلی با چالش های منحصر به فردی از نظر وزن و محدودیت فضا مواجه هستند. هر پوند تجهیزات باید با جرثقیل یا هلیکوپتر بلند شود. این امر تقاضا برای طرح های دریچه های فشرده و سبک وزن را افزایش می دهد. کاربردهای زیر دریا عوارض دمای سرد آب دریا و فشارهای بالای محیط را به همراه دارد. مواد و طرح های ویژه این شرایط شدید را برطرف می کند.

هیدروژن و سوخت های جایگزین

فشار به سمت اقتصاد هیدروژن چالش‌های بی‌سابقه‌ای را برای فناوری شیر فشار ایجاد می‌کند. مولکول های هیدروژن به اندازه ای ریز هستند که در شبکه های کریستالی فلزی پخش شوند و باعث شکنندگی هیدروژن شوند که شکل پذیری مواد را کاهش می دهد. فولادهای با استحکام بالا که در سرویس گاز طبیعی کاملاً کار می کنند به طور فاجعه آمیزی در هیدروژن ترک می کنند.

ایستگاه‌های سوخت‌گیری هیدروژن به دریچه‌های فشاری برای سرویس 700 بار (10000 psi) با چرخه حرارتی شدید از -40 درجه سانتیگراد تا +85 درجه سانتیگراد نیاز دارند. مواد استاندارد نمی توانند در 102000 چرخه فشار تحت این شرایط دوام بیاورند. آلیاژهای جدید فولاد زنگ نزن آستنیتی و پروتکل های تست تخصصی به طور خاص برای کاربردهای هیدروژن در حال توسعه هستند.

مواد مهر و موم همچنین نیاز به طراحی مجدد برای هیدروژن دارند. الاستومرهای استاندارد اجازه نفوذ بیش از حد هیدروژن را می دهند. گاز هیدروژن حل شده در مواد مهر و موم می تواند باعث کاهش فشار انفجاری در هنگام کاهش سریع فشار شود. گاز محلول سریعتر از آن که بتواند خارج شود منبسط می شود و به معنای واقعی کلمه مهر و موم را پاره می کند. این نیاز به ترکیبات مهر و موم تخصصی مقاوم در برابر نفوذ و رفع فشار انفجاری دارد.

صنعت شیر ​​فشار در تقاطع سنت مهندسی مکانیک و نوآوری دیجیتال قرار دارد. در حالی که فیزیک اصلی بدون تغییر باقی می ماند، زمینه ای که این دستگاه ها در آن کار می کنند تغییر کرده است. مهندسان مدرن باید دریچه‌ها را با استفاده از API 520 اندازه‌گیری کنند و همزمان مواد سازگار با هیدروژن مقاوم در برابر شکنندگی را انتخاب کنند، اطمینان حاصل کنند که آب‌بندها استانداردهای انتشار فراری مانند API 624 و ISO 15848 را رعایت می‌کنند، و ادغام نظارت صوتی را برای نگهداری پیش‌بینی‌کننده در نظر می‌گیرند.

شیرهای فشار هوشمند مجهز به حسگرهای اینترنت اشیا دیگر نگهبان مکانیکی ایزوله نیستند، بلکه گره‌های ارتباطی در سیستم‌های مجهز به ایمنی در سراسر کارخانه هستند. تجزیه و تحلیل داده ها خرابی مهر و موم را از 45 تا 75 روز قبل پیش بینی می کند و پارادایم های تعمیر و نگهداری را از تعمیرات واکنشی به مداخلات مبتنی بر شرایط تغییر می دهد که باعث صرفه جویی میلیون ها نفر در هزینه های خرابی می شود.

همانطور که صنایع در حال گذار به سمت پایداری هستند، شیرهای فشار نقش بزرگی در حصول اطمینان از اینکه حامل های انرژی نسل بعدی، از هیدروژن گرفته تا آمونیاک، با همان سخت گیری و ایمنی که از سیستم های بخار و نفت محافظت می کند، ایفا می کنند. موفقیت در بازار متعلق به تولیدکنندگانی خواهد بود که متالورژی پیشرفته را با فناوری آب بندی کم انتشار و تشخیص هوشمند ترکیب می کنند و نه تنها سخت افزار بلکه راه حل های ایمنی کامل را برای دوره بعدی زیرساخت های صنعتی ارائه می دهند.