شیرهای ایمنی و تسکین مستقیم

شیرهای ایمنی و تسکین مستقیم چیست؟

شیرهای کاهش فشار ( PRV) و شیرهای ایمنی فشار (PSV) انواع خاصی از شیرها هستند که برای باز شدن به منظور کاهش فشار اضافی از داخل مخزن فرآیند یا سیستم لوله‌کشی طراحی شده‌اند.

این دریچه‌ها معمولاً بسته می‌شوند و تنها زمانی باز می‌شوند که فشار سیال کافی در آنها ایجاد شود تا فشار سیال فرآیند کاهش یابد و در نتیجه از لوله‌ها و مخازن بالادست محافظت شود.

برخلاف شیرهای کنترل معمولی، PRVها و PSVها به جای فشار یا نیروی خارجی (مانند فشار سیگنال پنوماتیک، موتور الکتریکی یا سیم پیچ برقی) توسط خود فشار سیال فرآیند فعال می شوند.

در حالی که اصطلاحات “دریچه تسکین” و “سوپاپ ایمنی” گاهی اوقات با یکدیگر تعویض می شوند، تفاوت مشخصی در عملکرد بین آنها وجود دارد.

یک شیر تسکین به نسبت مستقیم با مقدار فشار بیش از حدی که در لوله کشی فرآیند تجربه می کند باز می شود. یعنی یک PRV برای فشارهای اضافی جزئی کمی باز می شود و برای فشارهای بیش از حد بیشتر باز می شود.

شیرهای کاهش فشار معمولاً در خدمات مایع استفاده می شوند. در مقابل، یک سوپاپ اطمینان هر زمان که شرایط فشار بیش از حد کافی را تجربه می‌کند، کاملاً با یک «عمل ضربه‌گیر» باز می‌شود و تا زمانی که فشار سیال فرآیند به میزان قابل‌توجهی از مقدار فشار «بالابر» کاهش پیدا نکند، بسته نمی‌شود.

به عبارت دیگر، عمل PSV هیستراتیک است. شیرهای ایمنی فشار معمولاً در خدمات گاز و بخار استفاده می شود مانند سیستم های هوای فشرده و سیستم های بخار.

شیرهای ایمنی معمولاً دارای دو درجه بندی فشار هستند: مقدار فشار مورد نیاز برای باز کردن (“بلند کردن”) دریچه اولیه و مقدار فشار لازم برای قرار دادن مجدد (بستن) شیر.

تفاوت این دو فشار را فشار دمیدن می نامند. فشار بالابر یک سوپاپ اطمینان همیشه از فشار بازنشستگی آن بیشتر می شود و به شیر رفتار هیستراتیک می دهد.

دریچه های ایمنی و امدادی با فعال شدن مستقیم

این عکس یک شیر کاهش فشار Varec را بر روی یک سیستم آب گرم صنعتی نشان می دهد که برای کاهش فشار در جو در صورت لزوم برای جلوگیری از آسیب به لوله های فرآیند و مخازن در سیستم طراحی شده است:

لوله عمودی خط دریچه اتمسفر است، در حالی که فلنج پایینی این PRV به خط آب گرم تحت فشار متصل می شود. یک فنر بزرگ در داخل شیر کمکی فشار بالابر را ایجاد می کند.

یک دریچه فشار فشار مینیاتوری تولید شده توسط Nupro که برای نشان دادن اجزای داخلی آن بریده شده است، در این عکس بعدی ظاهر می شود. اتصالات لوله در این شیر ۱/۴ اینچ NPT است، تا حس مقیاس را ایجاد کند:

کلاس

یک عکس از نمای نزدیک، دوشاخه و نشیمنگاه داخل این PRV را نشان می‌دهد که با نوک یک قلم توپ نشان داده شده است:

کلاس

یک مکانیسم ساده تنظیم تنش روی فنر، فشار بالابر این شیر را تعیین می کند. فنر نیرویی به ساقه سمت راست وارد می‌کند و دوشاخه را روی سطح صندلی فشار می‌دهد.

یک دستگیره امکان تنظیم دستی کشش فنر را می دهد که مستقیماً به فشار بالابر مربوط می شود:

عملکرد این تسکین دریچه مکانیسم بسیار ساده است: فشار سیال فرآیندی که وارد اتصالات سمت راست می‌شود، نیرویی را علیه دوشاخه وارد می‌کند، که معمولاً عبور سیال را از طریق اتصالات جانبی مسدود می‌کند.

منطقه دوشاخه به عنوان پیستونی برای فشار سیال عمل می کند، مقدار نیرویی که با فرمول آشنای نیرو-فشار-منطقه F = PA پیش بینی می شود.

اگر فشار سیال به اندازه کافی به انتهای دوشاخه فشار وارد کند تا آن را از روی صندلی در برابر نیروی مهار فنر (در سمت چپ مکانیسم سوپاپ) بلند کند. دوشاخه فشار سیال را از طریق درگاه کناری بالا می برد و تخلیه می کند.

شایان ذکر است که بیشتر مکانیزم‌های شیر کمکی دقیقاً بر اساس همان اصل فعال‌سازی کار می‌کنند: دوشاخه شیر به عنوان محرک خودش عمل می‌کند.

اختلاف فشار در این دوشاخه تمام نیروی محرکه لازم برای فعال کردن شیر را فراهم می کند. این سادگی به درجه بالایی از قابلیت اطمینان، کیفیت مطلوب در هر مؤلفه سیستم مرتبط با ایمنی ترجمه می‌شود.

سبک دیگری از شیر فشار بیش از حد در این عکس بعدی ظاهر می شود.

تولید شده توسط شرکت Groth، این مجموعه ترکیبی از شیر ایمنی فشار/خلاء برای یک مخزن زیرزمینی است که برای تخلیه فشار اضافی به جو یا وارد کردن هوا به مخزن در این رویداد طراحی شده است. ایجاد خلاء اضافی در داخل:

حتی در هنگام دفن شدن، خطر آسیب به مخزن در اثر فشار بیش از حد کاملاً واقعی است. سطح بسیار بزرگ دیواره های داخلی مخزن نشان دهنده مقدار باورنکردنی پتانسیل نیرو حتی با فشار گاز کم است.

با محدود کردن مقدار فشار دیفرانسیل گازی که ممکن است بین داخل و خارج مخزن وجود داشته باشد، میزان تنش اعمال شده به دیواره های مخزن توسط فشار گاز یا خلاء به همان نسبت محدود می شود. .

مخزن‌های ذخیره‌سازی بزرگ – چه روی زمین و چه زیرزمینی – معمولاً به دلایل اقتصادی دیواره‌ای نازک دارند و نمی‌توانند فشار یا خلاء قابل توجهی را تحمل کنند.

مخزن ذخیره‌سازی با تهویه نامناسب ممکن است تنها با فشار جزئی در داخل منفجر شود یا تنها با خلاء جزئی داخل آن به داخل فرو بریزد. شیرهای ایمنی فشار/خلاء ترکیبی مانند این واحد گروت مدل ۱۲۰۸، احتمال بروز خرابی را کاهش می‌دهد.

البته یک راه حل جایگزین برای این مشکل این است که به طور مداوم مخزن را با یک لوله دریچه باز در بالا تخلیه کنید. اگر مخزن همیشه به اتمسفر تخلیه شود، نمی تواند فشار یا خلاء در داخل ایجاد کند.

اما، تهویه مداوم به این معنی است که اگر مایع ذخیره شده در داخل فرار باشد، بخارات می توانند از مخزن خارج شوند. خروج بخارات ممکن است باعث از بین رفتن محصول و/یا اثرات منفی محیطی شود که نوعی انتشار فرار است.

در چنین مواردی عاقلانه است که مخزن را با یک دریچه خودکار مانند این تنها در مواقعی که لازم است برای جلوگیری از فشار ناشی از فشار بر روی دیواره های مخزن تخلیه کنید.

یک تصویر ساختار داخلی این سوپاپ ایمنی:

کلاس

مانند شیر تسکین مینیاتوری که قبلا نشان داده شده بود، روکش این شیر اطمینان Groth مانند محرک: فشار گاز فرآیند مستقیماً دوشاخه دریچه را از صندلی خود جدا می کند، در حالی که خلاء گاز فرآیندی، دوشاخه خلاء را از صندلی خود جدا می کند.

میزان فشار بالابر و درجه خلاء شیر Groth بسیار کم است و بنابراین از فنری برای ایجاد نیروی بازدارنده به شاخه ها استفاده نمی شود. در عوض، وزن دوشاخه‌ها آنها را روی صندلی‌هایشان در برابر نیروی گاز فرآیند نگه می‌دارد.

این مجموعه از تصاویر یک شیر اطمینان فشار/خلاء را در هر دو حالت کار نشان می‌دهد:

در هر حالت، دیسک مربوطه در برابر نیروی وزن خود بلند می شود تا به گازها اجازه عبور از شیر را بدهد. اگر درجه بندی فشار بالابر (یا خلاء بالابر) بیشتر مورد نظر باشد، وزنه های دقیق ممکن است در بالای هر دیسک ثابت شود.

وزن‌های بزرگ‌تر برابر با فشار بیشتر است، به دنبال معادله آشنا P = F/A، که در آن F نیروی گرانشی است که بر روی دیسک و وزن (ها) و A برابر است. ناحیه دیسک.

به عنوان مثال، فرض کنید دیسک در یکی از این شیرهای اطمینان ۸ پوند وزن و ۹ اینچ قطر دارد. مساحت سطح یک دیسک دایره ای به قطر ۹ اینچ ۶۳٫۶۲ اینچ مربع است (A = πr²) که باعث می شود فشار بالابر برابر با ۰٫۱۲۶ PSI (P = F/A) باشد.

چنین فشارهای پایینی اغلب در واحدهایی غیر از PSI بیان می‌شوند تا اعداد قابل کنترل‌تر باشند. فشار بالابر ۰٫۱۲۶ PSI برای این شیر ایمنی ممکن است به عنوان ستون آب ۳٫۴۸ اینچ یا ۰٫۸۶۷ کیلو پاسکال توصیف شود.

بازرسی دقیق از طراحی این سوپاپ همچنین سرنخ هایی را در مورد اینکه چرا از نظر فنی به جای یک سوپاپ تسکین دهنده، یک سوپاپ ایمنی است، ارائه می دهد.

به یاد بیاورید که تمایز بین این دو نوع شیر حفاظتی بیش از حد فشار این بود که یک شیر تخلیه متناسب با فشار بیش از حد تجربه شده باز می شود، در حالی که یک شیر اطمینان به صورت “فشار” رفتار می کند. روش عمل، باز شدن در فشار بالابر و بسته نشدن دوباره تا زمانی که فشار نشستن مجدد (کمتر) حاصل شود.

«راز» دستیابی به این رفتار عملکرد سریع دریچه های ایمنی این است که پلاگین شیر را به گونه ای طراحی کنید که سطح بزرگتری برای سیال فرآیند فرار ارائه دهد. عمل کردن به یک بار باز نسبت به زمانی که بسته می شود. به این ترتیب، فشار کمتری برای باز نگه داشتن دریچه نسبت به برداشتن اولیه آن از حالت بسته مورد نیاز است.

با بررسی مکانیسم کاهش فشار در طراحی شیر گروت، می بینیم که چگونه قطر دوشاخه از ناحیه نشیمنگاه با یک “لب” به سمت پایین کشیده می شود.

این دوشاخه عریض، همراه با لبه، هنگام برداشتن دوشاخه، سطح مؤثری را تشکیل می‌دهد که بزرگ‌تر از سطحی است که در هنگام قرار دادن دوشاخه در معرض فشار فرآیند قرار می‌گیرد.

بنابراین، سیال فرآیند باز نگه داشتن دوشاخه را آسان‌تر از بلند کردن اولیه آن از روی صندلی می‌بیند. این به معنای فشار نشستن مجدد است که کمتر از فشار بالابر است، و زمانی که سوپاپ در ابتدا از روی صندلی بلند می‌شود، «عمل ضربه‌گیر» مربوطه را انجام می‌دهد.

کلاس

منطقه اضافی در سطح پایین پلاگین که توسط لبه محصور شده است (یعنی ناحیه نگهدارنده منهای ناحیه بلند کردن) گاهی اوقات به عنوان یک محفظه جمع کردن نامیده می شود. اندازه این “محفظه جمع کردن” و طول لب درجه هیسترزیس (دمش) در رفتار سوپاپ اطمینان را تعیین می کند.

یک دسته خاص از شیرهای فشار بیش از حد به نام شیر تسکین ایمنی با یک “حلقه دمنده” قابل تنظیم طراحی شده است تا امکان تغییرات در هندسه محفظه تجمع را فراهم کند.

در اصل، حلقه blowdown به عنوان یک لبه داخلی روی صندلی سوپاپ عمل می کند تا لبه بیرونی دوشاخه را تکمیل کند. تنظیم این لبه داخلی دورتر از دوشاخه باعث می‌شود تا مایع فرآیند بیشتری بدون تماس با دوشاخه به‌صورت جانبی خارج شود، در نتیجه اثر محفظه جمع‌کردن را به حداقل می‌رساند و باعث می‌شود که دریچه به‌عنوان یک دریچه تسکین‌دهنده ساده بدون هیچ ضربه‌ای عمل کند.

تنظیم حلقه دمنده نزدیک تر به دوشاخه، مایع فرار را مجبور می کند تا قبل از برگشت جهت معکوس از لبه بیرونی، به سمت سطح پلاگ حرکت کند، که باعث می شود محفظه جمع کردن مؤثرتر شود و در نتیجه ضربه محکمی ایجاد کند. رفتار کنشی.

این قابلیت تنظیم به شیر اطمینان اجازه می دهد تا به عنوان یک شیر تسکین دهنده ساده (یعنی باز شدن متناسب با فشار بیش از حد) یا به عنوان یک سوپاپ اطمینان (عمل ضربه محکم) با مقادیر مختلف دمش عمل کند (P _blowdown = P_lift − P_reseat) که توسط کاربر تعیین شده است.

موقعیت این حلقه دمنده معمولاً با یک مهر و موم در جای خود قفل می شود تا از دستکاری پس از نصب شیر در فرآیند جلوگیری شود.

این عکس بعدی بریده ای از سوپاپ ایمنی :

کلاس

پیچ تنظیمی که با حرف “A” در بالای شیر مشخص شده است، با تنظیم مقدار پیش بار روی فنر، تنظیم فشار بالابر را تعیین می کند. مانند دریچه‌های Nupro و Groth که قبلاً نشان داده شد، دوشاخه شیر کراسبی به عنوان محرک خود عمل می‌کند، نیروی محرک تابعی از فشار دیفرانسیل در سراسر دریچه و ناحیه دوشاخه/صندلی (F = PA) است.

جزء چرخ دنده دندانه دار که مستقیماً از حرف “J” سمت چپ است حلقه راهنما نامیده می شود و به عنوان تنظیم کننده دمنده عمل می کند. این حلقه یک “لب” را در اطراف لبه صندلی سوپاپ تشکیل می دهد، بسیار شبیه لبه نشان داده شده در نمودارهای شیر گروت.

اگر حلقه راهنما بچرخد تا آن را در موقعیت پایین‌تری قرار دهد (از پشت صندلی امتداد می‌یابد)، حجم محفظه جمع کردن افزایش می‌یابد و در نتیجه مقدار blowdown افزایش می‌یابد (یعنی نگه داشتن با کاهش فشار، شیر برای مدت طولانی‌تری باز می‌شود.

ترکیب جالبی از فناوری‌های حفاظت از فشار بیش از حد که گاهی در صنعت دیده می‌شود، دیسک‌های پارگی همراه با شیرهای ایمنی هستند.

قرار دادن یک دیسک پارگی قبل از شیر ایمنی مزایای اطمینان از نشتی صفر در حین کارکرد عادی و همچنین جداسازی شیر اطمینان از اثرات بالقوه خورنده سیال فرآیند را فراهم می کند:

مشکلات احتمالی این استراتژی شامل امکان تجمع فشار بخار بین دیسک پارگی و شیر اطمینان (در نتیجه افزایش فشار ترکیدگی موثر دیسک) و همچنین امکان پاره شدن قطعات دیسک در مکانیزم شیر ایمنی، محدود شدن جریان و/یا جلوگیری از بسته شدن مجدد.

در صورت هرگونه سوال و نظر با مجموعه پرگاران تماس حاصل فرمایید.

جهت کسب اطلاعات بیشتر اینجا کلیک کنید.