نکاتی درباره شیرهای فشارشکن

[P O U R I A]

شیرهای فشارشکن یا شیرهای اطمینان فشار با نام انگلیسی Pressure Safety Valve (PSV) شیرهایی هستند که به طور خودکار عمل کرده و وظیفه شان تخلیۀ گاز موجود در یک مخزن یا لوله است برای جلوگیری از بالا رفتن بیش از حد فشار. برای نصب این شیرها به طور معمول در طبقۀ آخر پایپ رک ها سکو (platform) قرار می دهند تا کارکنان بتوانند روی آن راه بروند و شیرهای فشارشکن را در آنجا نصب می کنند.



مقصد گازهای خروجی از این شیرها دو جا می تواند باشد: فضای باز و فلر. چنانچه گازهای خروجی از این شیرها بی خطر باشند، مثل بخار آب یا هوای فشرده، لولۀ خروجی آنها می تواند با فاصله ای ایمن از روی سکو به فضای آزاد باز شود. معمولا برای کاهش سروصدای گازهای خروجی، یک زانویی 45° هم در خروجی این لوله ها نصب می کنند (شکل 1). اما چنانچه گازهای خروجی این شیرها آتش زا یا خطرناک باشد، این گازها باید به فلر تخلیه شوند (شکل 2).





نکتۀ دیگری که دربارۀ این شیرها باید گفت این است که قطر لولۀ خروجی این شیرها همیشه از لولۀ ورودی شان بیشتر است. زیرا همانطور که وظیفۀ این شیرها اقتضا می کند، فشار گاز پس از خروج از آنها می افتد، که این حالت باعث افزایش حجم گاز می شود. اما به این دلیل که برای محدود شدن افت فشار، طراح محدودیت سرعت را در خطوط در نظر می گیرد، و با توجه به افزایش حجم، قطر لوله باید افزایش یابد تا لوله بتواند حجم افزایش یافته را منتقل کند.

 

[P O U R I A]

نکتۀ بعدی این است که به دلیل حساسیت عملکرد و احتمال خرابی و نیاز به تنظیم این شیرها که به وفور هم اتفاق می افتد، آنها را به صورت دوتایی یا چندتایی موازی هم نصب می کنند. اما لازمۀ برداشته شدن شیرها این است که جریان عبوری از آنها قطع شود. بدین منظور دو شیر (معمولا توپی) در بالادست و پایین دست آنها قرار می گیرد تا در صورت لزوم بسته شوند تا بتوان شیر فشارشکن را باز کرد. به این شیرها که برای جدا کردن شیر فشارشکن از جریان به کار می روند شیر جدا کننده (isolation valve) یا (block valve) می گویند. شیر فشارشکنی که فعال است و قرار است در صورت لزوم عمل کند، شیرهای جدا کنندۀ اطرافش در حالت باز قفل می شوند (lock open)، و شیرهای بالادست و پایین دست شیر مجاور که قرار نیست عمل کند، در حالت بسته قفل می شود (lock close). علت قفل شدن شیرها هم این است کارکنان، این شیرها را به اشتباه از حالت اصلی شان خارج نکنند تا باعث بروز شرایط خطرناک شود. این شیرها در مواردی که خط به فلر تخلیه می شود، از نوع توپی (ball) هستند و به صورت full bore طراحی می شوند تا کمترین افت را در خط ایجاد کنند. اصولا یکی از معیارهایی که در محاسبات تعیین قطر خط ورودی به این شیرها انجام می شود این است که افت فشار از مخزن تحت فشار تا این شیرها نباید از 3% فشار کاری خط بیشتر باشد. و نکتۀ آخر این که اندازه گذاری این خطوط تابع روابط ریاضی خاص خود است و همیشه دهانۀ شیرها یک یا چند شماره از لوله های اتصالی به آنها کوچکتر است. مثلا در شکل 2 خط خروجی از درام 6 اینچ قطر دارد، پیش از ورود به شیر فشارشکن، قطر آن به 3 اینچ می رسد، قطر دهانۀ خروجی شیر فشارشکن 6 اینچ است و سپس قطر خط به 10 اینچ می رسد.


حالا با توجه به مواردی که گفته شد، سراغ دو اشکال در طراحی لوله کشی اطراف این شیرها می رویم. در شکل 3 سرویس خط هوای فرایندی است و خروجی شیر فشارشکن به هوا تخلیه می شود. اما طراح، مشابه خطوط تخلیه شونده به فلر دو خط خروجی را ادغام کرده و سپس آن را به هوا تخلیه کرده است، در حالی که خیلی راحت می توانست این دو خط را بدون ادغام کردن، مشابه شکل 1 به هوا تخلیه کند. با برگرداندن طراحی به صورت شکل 1 می توان دو شیر توپی full bore که بار مالی زیادی دارد، دو جفت فلنج و یک سه راهی را حذف و در هزینۀ آنها صرفه جویی کرد.



اشکال بعدی مربوط به شکل 4 است. در این شکل قطر خط ورودی به شیر فشارشکن و خط خروجی از آن 16 اینچ است (این جزو موارد استثناست که قطر لوله های ورودی و خروجی برابر است). قطر دهانۀ ورودی شیر 6 اینچ و قطر دهانۀ خروجی آن 10 می باشد. یعنی خط 16 ورودی باید پیش از اتصال به شیر فشارشکن تبدیل به 6 اینچ شود، اما این تغییر قطر باید تا جای ممکن دیرتر صورت گیرد تا کمترین افت در خط ایجاد شود. اما در این شکل گویا طراح برای تغییر قطر عجله داشته و دقیقا پس از شیر جدا کننده این کار را انجام داده است که نتیجه اش افت 10 درصدی فشار است، در حالی که افت فشار باید به 3 درصد محدود شود. برای اصلاح این طراحی باید تغییر قطر در زیر شیر فشارشکن صورت گیرد.

 

[P O U R I A]

در شکل 5 اصلاح شدۀ شکل 4 را مشاهده می کنید که به دلیل کمبود جا چیدمان لوله ها تغییر کرده است. البته در شکل 4 برای مشاهدۀ بهتر، برخی از خطوط حذف شده بودند، اما در شکل 5 همۀ خطوط بالای برج مورد نظر به طور کامل نشان داده شده اند.