شیر اطمینان / safty valve
شیر اطمینان فشار یا PSV یکی از تجهیزات ایمنی در صنعت 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 سئوال مهم مطرح می گردد:
-چه نوع PSV برای فرآیندمورد 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 اساس PSV به ما کمک خواهد کرد که با آگاهی کامل این انتخاب را انجام دهیم.

تعریف شیر اطمینان
فشار PSV: طبق استاندارد API 520 Part 1 که به بررسی نحوه انتخاب، محاسبه سایز ، نحوه نصب تجهیزات فشارشکن در پالایشگاهها می پردازد.
در مورد شیر اطمینان تعریف زیر ارائه 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 عملpop کردن شیر می گویند)شیرهای اطمینان معمولا برای سیالات تراکم پذیر کاربرد دارد.
در صنعت ، مخازن تحت فشار بایستی بوسیله دریچه اطمینان محافظت شوند. دریچه 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. در مواردیکه فشار 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 آنرا را داشته باشند تا مقدار زیادی مایع یاگاز داخل مخزن را که در اثر حرارت تغییر حالت داده است را به خارج منتقل کنند. شیرهای اطمینان در فشاری در حدود 10 درصد بیش از فشاری
که مخزن باید نگه دارد و یا در حدود بالاترین فشاری که مخزن می تواند تحمل کند طراحی می شوند. در مخازن ضد انفجار، فشار مخزن نباید از 20 درصد فشار طراحی بالاتر برود.
شیرهای اطمینان به عنوان وسیله ای مناسب جهت جلوگیری از ازدیاد فشار ناگهانی در موتورخانه ها ، کارخانه ها و بطور کلی انواع سایتهای صنعتی و برای انواع سیالات از قبیل گاز ، بخار ، آب و یا هوای فشرده استفاده می گردند.
محدودیت فشار در اینگونه کاربردها معمولا ناشی از فشار قابل تحمل تجهیزات ، لوله ها و دستگاهها و یا محصولات تولیدی و همچنین مسائل مرتبط با حفظ ایمنی افراد می باشد که اصطلاحاً به محدوده فشار کارکرد امن (Safe perating limits for pressure) و یاSOL/P معروف است. نحوه باز شدن شیرهای اطمینان و مشخصات کاری آنها ارتباط مستقیم با نحوه طراحی قطعات داخلی شیر دارد. در اغلب موارد این طراحی بگونه ای انجام می گیرد که پس از شروع باز شدن شیر اطمینان در اثر ازدیاد فشار، در اثر خاصیت (POP Action) این عمل به سرعت تشدید شده تا زمانی که شیر کاملاً باز گردد شکل زیر نشان دهنده عملکرد یک شیر اطمینان می باشد.
شیرهای اطمینان بوسیله آزاد کردن مقداری از سیال به واحد (یا به درون خطوط) عملیات ایمن سازی را انجام می دهند. شیرهای فشار در جاهائیکه حداکثر فشار کاری بوجود می آیند نصب می گردند. درسیستم های تولید بخار، شیرهای اطمینان برای جلوگیری از افزایش فشار بر روی بویلرها نصب می گردند.
در ارتباط با شیرهای اطمینان لازم است که با اصطلاحاتی در این زمینه آشنا شویم:
Over pressure (بالاترین فشار) فشاری است که شیراطمینان در وضعیت کاملاً باز قرار می گیرد و حداکثر ظرفیت تخلیه خود را دارا می باشد. واضح است که این فشار بالاتر از فشار نقطه تنظیم (Set pressure) می باشد و مقدار آن با توجه به کاربردها و استانداردهای مختلف، متفاوت می باشد. استاندارد BS 5500 این مقدار اختلاف فشار را در مورد سیستم های بخار و گاز برابر حداکثر 10% درصد فشار تنظیمی شیر اطمینان در نظر می گیرد.
شیرهای اطمینان در فرآیندهای که ممکن است در اثر ازدیاد فشار به محصول و یا تجهیزات خسارتی وارد شود از بروز این خسارات جلوگیری می کنند.
Blow down (پایین ترین فشار) مقدار اختلاف فشار پایین تر از نقطه تنظیم شیر اطمینان است که جهت بسته شدن کامل و محکم شیر اطمینان پس از باز شدن و سپس برگشت سیستم به فشار عادی مورد احتیاج می باشد. این پارامتر به Reset Differential نیز معروف است. میزان Blowdown نیز طبق استاندارد مذکور حدود 10% می باشد.
مقادیر Over pressure و Blow down بسته به نوع سیستم انتخاب طراح متغییر بوده و بطور مثال می تواند به ترتیب 3% و 4 % انتخاب گردند.
Set point (نقطه تنظیم) تنظیم مناسب نقطه عملکرد و باز شدن شیر اطمینان، اولاً به دلایل ایمنی مذکور و ثانیاً به منظور اطمینان از کارکرد شیر اطمینان با حداقل صدا و همچنین ممانعت از صدمه به شیر اطمینان ضروری می باشد. این نقطه نباید بیشتر از SOL/P یا محدوده فشار کارکرد ایمن تجهیزات باشد و از طرفی باید بخاطر داشت که تنظیم فشار آزاد سازی شیر اطمینان روی فشار کمتر از SOL/P هیچگونه مزیتی به همراه نخواهد داشت و تنها باعث افزایش احتمالی دفعات باز شدن شیر اطمینان و فرسوده شدن آن خواهدگشت.
میزان تغییرات احتمالی در فشار سیستم به عنوان پارامتر دیگری است که باید در فشار تنظیم شیر اطمینان در نظر گرفته شود تا از باز شدن بی مورد شیر جلوگیری بعمل آید. در صورت نادیده انگاشتن این مورد، شیر اطمینان در بسیاری از موارد در حالت نزدیک به بسته کار خواهد نمود که به این پدیده Simmering گفته می
شود. این حالت در نتیجه نزدیک بودن بیش از اندازه فشار سیستم به نقطه تنظیم روی می دهد و علاوه بر ایجاد سر و صدا و مسائل جانبی ، باعث ایجاد صدمه به قسمتهای داخلی شیر و در نتیجه نشت دائمی آن خواهد شد.
Shut –off Margin (فشار اطمینانی) هنگامی که فشار کاری سیستم و نقطه تنظیم شیر اطمینان به هم نزدیک باشند، علاوه بر در نظر گرفتن تغییرات فشار احتمالی سیستم که در بالا عنوان گردید، فشار اطمینانی نیز بعنوان گارانتی کردن و مطمئن شدن از بسته ماندن کامل شیر بر فشار کاری سیستم اضافه می گردد که معمولا حدود 0.1Bar است.
Set pressure (فشار تنظیم) فشار نسبی ورودی به شیر ایمنی که شیر برای باز شدن در این فشار تنظیم می شود.
Back pressure (فشار پشتی) 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.
Build-up back pressure (فشار پشتی ساختاری) به افزایش فشار در مدار تخلیه در اثر جریان ناشی از باز شدن شیر ایمنی فشار می گویند.
Superimposed back pressure (فشار تحمیلی) فشار استاتیکی در خروجی شیر ایمنی فشار درست در لحظه باز شدن شیر را گویند. این فشار می تواند ثابت و یا متغییر باشد.
Opening pressure (فشارباز شدن) فشار استاتیکی در ورودی شیر که موجب باز شدن شیر بسته می گردد.
Closing pressure (فشار بسته شدن) فشار استاتیکی در ورودی شیر که منجر به بسته شدن مجدد یک شیر اطمینان باز می گردد.
Maximum operating (حداکثر فشار عملکرد) ماکزیمم فشار که در حین عملکرد سیستم اتفاق می افتد.
MAWP)Maximum allowable working pressure)(حداکثر فشار کاری قابل قبول) مبنایی برای تنظیم کردن فشار در شیرهای ایمنی که بر روی مخازن
نصب می شوند و همچنین فشار است که برای طراحی مخازن مورد استفاده قرار می گیرد.
Accumulation pressure (فشار انباشتگی) به افزایش فشار از مقدار MWAP یک مخزن که باعث تخلیه از تجهیزات ایمنی فشار می گردد گویند و بر حسب واحد یا درصد بیان می شود.
بیشترین مقدار مجاز برای آن توسط کدهای کاربردی برای حوادث در حین کار و یا انفجاری بیان می شود.
واژه شیر اطمینان (Safety Valve) و شیر اطمینان فشار شکن(Safety Relief Valve) اصطلاحاتی هستند که جهت تشریح انواع متنوعی از تجهیزات مرتبط
با آزاد سازی فشار اضافی سیال در واحد می باشند.
در همین رابطه محدوده وسیعی از شیرهای مختلف که برای کارکردهای متنوعی جهت عمل در شرایط بحرانی فشار می باشند مورد استفاده قرار می گیرند.
در بیشتر استانداردها تعاریف ویژه ای برای دو شیر اطمینان(Safety Valve) و شیر اطمینان فشار شکن(Safety Relief Valve) عنوان گردیده است. در استانداردهای امریکایی و اروپایی تفاوتهای بین اصطلاحات تجهیزات کاربردی از لحاظ معنی وجود دارد. از جمله این تجهیزات می توان به همین شیرها اشاره نمود.
در استانداردهای اروپایی به این قبیل ولوها اصطلاحاً شیر اطمینان (Safety Valve) و در استانداردهای آمریکایی شیر اطمینان فشار شکن (Safety Relief Valve) گفته می شود.
از جمله موارد دیگر اختلاف بین Safety Valve و Relief Valve می توان به این نکته اشاره نمود که در شیرهای اطمینان (Safety Valve) به محض اینکه فشار عملکردی به فشار تنظیمی(Set Point) برسد سریعاً این شیر عمل می کند و تا هنگامیکه فشار عملکردی به پائین تر از فشار تنظیمی نرسد این شیر باز خواهد ماند.
ولی در شیرهای اطمینان فشار شکن (Safety Relief Valve) هنگامیکه فشار ورودی سیال تا نقطه فشار تنظیمی بالا برود این شیر به تدریج باز کرده تا فشار را بالانس نماید.
شیر فشار شکن (Relief Valve) عموماً برای سیالاتی که غیر قابل تراکم می باشند مانند آب و روغن و غیره مورد استفاده قرار می گیرد ولی شیر اطمینان (Safety Valve) عموماً برای سیالات تراکم پذیر مورد استفاده قرار می گیرد.
Relief Valve ها معمولاً بصورت مداوم در حالت Overpressure عمل می کنند تا فشار سیستم را در حد نرمال تنظیم کنند. عمل کردن این شیرها هیچگاه بصورت POP-Action (عمل کردن ضربه ای) نمی باشد.