آموزش جامع شیرآلات صنعتی (Valveها) در صنایع نفت و گاز

آموزش جامع شیرآلات صنعتی (Valveها) در صنایع نفت و گاز

مقدمه:

شکی نیست از زمانهای دور که انواع اولیه شیرهای دروازه در آبیاری باغات بکار برده می شدند، تا امروزه که شیرها از اجزای لاینفک خطوط لوله نفت و گاز به شمار می‌روند، همواره استفاده از این تجهیزات در خطوط انتقال سیال صورت پذیرفته است. با گذشت زمان و در پی نیاز و صنعتی شدن، بشر توانست انواع مختلفی از شیرهای ساده و پیچیده را برای رفع احتیاجات خود ابداع کند.

امروزه در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، انواع شیرها به تعداد زیاد مورد استفاده قرار می‌گیرند و طبعاً به واسطه وظیفه ­ای که در این خطوط دارند، شناخت، انتخاب، طراحی آن‌ها از اهمیت بالایی برخوردار می‌باشد.

در حالت کلی از جمله مهمترین حوزه هایی که شیرآلات صنعتی در آن‌ها بکار گرفته می‌شوند می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

سیستم‌های لوله کشی صنایع نفت، گاز و پتروشیمی

خطوط لوله توزیع و انتقال سیالات

لوله‌های منازل

تأسیسات شهری

سیستم‌های آبیاری

که در اغلب موارد، استفاده از شیرآلات صنعتی بدین منظور می‌باشد:

قطع و وصل کردن جریان

تنظیم و کنترل جریان

تغییر مسیر سیال

جلوگیری از برگشت جریان سیال

کنترل یا آزاد کردن فشار سیال

انواع تقسیم بندی شیرآلات

۱- تقسیم بندی شیرآلات بر مبنای عملکرد:

Isolation: این نوع شیرها برای توقف جریان و یا ایزوله کردن بخشی از سیستم تا وقتی جریان پایین دست به حالت مطلوب برسد به کار برده می شود.

از ویژگیهای این نوع شیرها ایجاد حداقل مقاومت برای جریان در حالت کاملا باز و ارائه ویژگیهای قطع کامل جریان در حالت کاملا بسته است.انتخاب واقعی شیر توسط پارامترهایی همچون افت فشار، نشتی، ویژگیهای سیال، تعمیر و نگهداری و غیره اعمال شده است.

Gate valve

Ball valve

Plug valve

Piston valve

Diaphragm valve

Butterfly valve

Pinch valve

Regulation valve:

همانطور که از نام آن برمیاد، این شیرها در سطح گسترده ای در سیستمهای لوله برای تنظیم جریان مورد استفاده قرار میگیرد.

تنظیم جریان توسط افزایش یا کاهش جریان عبوری از شیر در پاسخ به سیگنال فشار، جریان، یا دمای کنترلر انجام می شود.

Globe valve

Needle valve

Butterfly valve

Diaphragm valve

Piston valve

Pinch valve

Non- return valve: به طور کلی شیرهای یکطرفه برای جلوگیری از برگشت جریان در سیستم لوله مورد استفاده قرار میگیرد و معمولا خود عملگرند.

دیسک شیر با استفاده از جریان رو به جلو در حالت باز نگه داشته شده و با برگشت جریان به سرعت بسته می شود.در کاربردهای خاص، برای کمک به بسته شدن سریع ممکن است از عملگرهای بادی استفاده شود.

Pressure relief valve:

از این نوع شیرها برای محافظت از سیستم لوله و تجهیزات در برابر افزایش فشار سیستم بیشتر از فشار طراحی استفاده می شود. به طور کلی نشیمنگاه این نوع شیرها با استفاده از یک فنر فشرده، نیرویی در خلاف جهت روی دیسک شیر اعمال می کند. وقتی نیروی اعمال شده روی شیر افزایش می یابد شیر به طور اتوماتیک باز شده تا افزایش فشار را کاهش دهد.

Special purpose valve:

Multi-port valve

Flush bottom valve

Foot valve

Line blind valve

Pressure/vacuum relief valve

۲- تقسیم بندی بر اساس اتصالات دو سر شیر:

Screwed ends

Socket weld ends

Flanged ends

Butt weld ends

Socketed ends

Wafer type ends

۳- تقسیم بندی شیر آلات بر مبنای ساختمان و مواد:

Cast Iron

Bronze

Gun metal

Carbon Steel

Stainless Steel

Alloy Carbon Steel

Poly Propylene UHMW-PE, UHMW-HDPE etc.

Special Alloys

۴- تقسیم بندی بر اساس حرکت مکانیکی:

Linear motion valve

Rotary motion valve

Quarter turn valve

شیر دروازه ای:

همینطور که از نام این شیر مشخص است به کمک دروازه ای که در مسیر حرکت سیال قابل تغییر مکان دادن می باشد عمل می ­نماید که این دروازه به صورت عمودی در مسیر جریان حرکت کرده و در مورد لزوم جریان را قطع و یا برقرار می کند. شیرهای دروازه ای در نمونه ها و اندازه های مختلف موجود می باشند اما نکته حائز اهمیت در مورد این نوع شیرها این است که همگی دارای اجزای یکسانی هستند که با توجه به مدلهای مختلف ازنظر نوع شرکت سازنده با یکدیگر تفاوت جزئی دارند. البته با نگاهی جامع تر این مهم قابل استحصال خواهد بود که به طور کلی تمامی شیرها دارای مکانیسم یکسان بوده و فقط از لحاظ ساختمانی با یکدیگر تفاوت هایی دارند .

عمل اصلی این شیر در حقیقت قطع کامل و یا ایجاد ارتباط بین دو جریان سیال می باشد. این بدان معناست که این نوع شیرها یا باید در حالت کاملاً بسته باشند و یا در حالت کاملاً باز. در واقع این شیرها برای عملکرد در حالت نیمه باز طراحی نشده ­اند، علت این امر نیز حساسیت آنها در مقابل سایش است. حرکت سریع سیال، و احتمالاً برخورد ذرات موجود درون سیال، در نزدیکی وضعیت بسته شیر، سایش و متعاقباً فرسایش زودهنگام شیر را در پی خواهد داشت، لذا به هیچ وجه نباید شیر در وضعیت نزدیک به حالت بسته رها کرد.

باز و بسته کردن شیرهای دروازه ­ای معمولاً به زمان زیادی نیاز داشته و در مواردی که نیاز به باز و بسته شدن سریع شیر باشد، از آنها استفاده نمی شود. درصورتیکه لازم باشد از این نوع شیرها به منظور کنترل جریان استفاده شود، بهتر است در شیرهای کنترلی قطع و وصل کننده جریان بکار گرفته شوند؛ هرچند کند بودن فرآیند قطع و وصل جریان، به واسطه ماهیت عملکرد این نوع شیرها، در هنگام طراحی و انتخاب آنها میبایست مدنظر قرار داده شود.

شیرهای دروازه ای در انواع مختلفی از دیسک یا مجرابند در دسترس هستند که در زیر به معمولی ترین آنها اشاره شده است.مجرابند جامد(Solid wedge) که معمولی­ترین نوع آن است، از یک مجرابند ساده و مستحکم ساخته شده است.

یک شیر با این نوع مجرابند می تواند در هر شرایط نصب بشه و تقریبا برای تمام مایعات مناسب است. این نوع مجرابند یک ساختار جامد یک تیکه است، و عملا برای جریان مغشوش است.

مجرابند انعطاف پذیر(Flexible wedge) که شامل یک دیسک یک تیکه با دوربرهای اطراف دیسک جهت بهبود در توانایی اصلاح اشتباهات یا تغییرات در زوایه بین دیسک ها. برش باریک و کم عمق، استحکام بیشتر و انعطاف­ پذیری کمتر در صورتیکه برش عمیقتر و پهنتر، یا فرورفتگی میانی باعث استحکام کمتر و انعطاف پذیری بیشتر میشود.

مجرابند دوبخشی(Split wedge) که برای هر دو طرف دیسک، یک شیر خود تنظیم کن است. این نوع مجرابند شامل ساختار دو تیکه است که بین مخروطی نشیمنگاه در بدنه شیر جای گرفته است. این نوع مجرابند مناسب گازها و مایعات غیر چگال در دمای نرمال، به ویژه مایعات خورنده است.

Reference: Selection and Application of Valve – Piping Handbook