همه چیز در باره ریلیف ولو ( شیر تخلیه اضطراری)

به طور کلی، اصطلاح ریلیف ولو ( شیر تخلیه) برای توصیف نوعی ولو به کار می‌رود که برای جلوگیری از ایجاد شرایط اضافه فشار طراحی می‌شود. شرایطی که ممکن است خطر انفجار، خرابی تجهیزات یا احتمال آسیب دیدگی یا فوت پرسنل را ایجاد کند. ریلیف ولوها می‌توانند با تخلیه سیال از محفظه یا سیستم تحت فشار یا با افزودن سیال، از ایجاد شرایط خلا جلوگیری کنند، که ممکن است باعث درهم شکستن مخزن ذخیره نیز شود. منظور از سیال در اینجا بسته به کاربرد مورد نظر می‌تواند مایع یا گاز باشد.

در این مقاله اطلاعاتی در مورد ریلیف ولو ، شامل مرور اصطلاحات مربوطه، عملکرد، کاربردها و مشخصات این دستگاه‌ها ارائه می‌شود. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد انواع دیگر ولوها، به راهنمای مربوطه در مقاله آشنایی با انواع ولو ها یا شیر آلات صنعتی مراجعه فرمایید.

مفاهیم عمومی در مورد ریلیف ولو یا شیر تخلیه اضطراری

ریلیف ولوها در بسیاری از سیستم‌های تحت فشار شامل کنترل جریان سیال، از جمله سیستم‌هایی که به صورت الکترونیکی، هیدرولیکی یا پنوماتیک کنترل می‌شوند، حضور دارند. با وجودی اینکه سیستمهای متعارفی نظیر این برای کارکرد خود به منبع تغذیه نیاز دارند، ریلیف ولوها باید ذاتاً بتوانند تحت هر شرایطی کار کنند، مخصوصاً در مواقع قطع برق اصلی که سیستمهای کنترل کار نمی‌کنند. به همین دلیل، ریلیف ولوها عمدتاً از دستگاههایی جداگانه تغذیه نمی‌شوند بلکه از توان پسیو فشار سیال فرآیند برای تحریک ولو استفاده می‌کنند.

علاوه بر این، ضرورت دارد که ریلیف ولو ها کاملاً قابل اطمینان باشند، زیرا ممکن است تنها وسیله‌ای باشند که از بروز یک وضعیت فاجعه بار جلوگیری می‌کنند. بنابراین سعی می‌شود طراحی ریلیف ولوها تا حد امکان ساده باشد، زیرا پیچیدگی بیشتر ممکن است قابلیت اطمینان دستگاه را به خطر بیندازد.

ریلیف ولوها به گونه‌ای طراحی می‌شوند که با فشار مشخصی باز شوند، سپس جریان سیالی در ظرفیت اسمی ولو تولید کرده و با تعدیل شرایط فشار، بسته می‌شوند. این دستگاه‌ها همچنین باید با انواع سیالات مختلف از جمله هوا، آب و بخار گرفته تا مایعات خورنده و چسبناک سازگار باشند. انتخاب مواد در طراحی ریلیف ولو باید شرایط پیش بینی شده فشار و دما و همچنین پتانسیل خوردگی شیمیایی توسط سیال در سیستم را منعکس کند. بسته به محیط، سیالی که از طریق ولو خارج می‌شود ممکن است مستقیماً به جو بیرون یا در مواردی که ماده خورنده ، سمی و یا از ارزش بازیابی بالایی برخوردار است، به یک سیستم بسته منتقل شود. تهویه سیستم بسته، نیازمند ارزیابی و ملاحظات شرایط فشار برگشتی محتمل است که می‌تواند بر عملکرد ریلیف ولو تأثیر منفی بگذارد. این موضوع می‌تواند زمانی روی دهد که دریچه خروجی ولو به سیستمی متصل باشد که به طور معمول تحت فشار باشد یا جایی که ممکن است ریلیف ولود یگری در همان هدر مشترک تخلیه شود.

اصطلاحات کلیدی در مورد ریلیف ولو

در حالی که اصطلاحات ریلیف ولو ( Relief valve) ، شیر تخلیه فشار (pressure relief valve) ، ریلیف ولو ایمنی (safety relief valve) و شیر اطمینان (safety valve)، همه در نگاه اول مترادف به نظر می‌رسند، اما در واقع تعاریف خاصی وجود دارد که برای این اصطلاحات مورد استفاده قرار می گیرد ، که در زیر ارائه شده و از مرجع  ANSI/ASME Performance Test Code PTC-25-2008 اقتباس شده است. از نظر سلسله مراتبی، توصیف خانواده محصولاتی که این عملکرد را انجام می‌دهند به عنوان دستگاه‌های تخلیه فشار، می‌تواند مفید باشد، در این خانواده انواع خاصی از دستگاه‌ها به یکی از دو کلاس زیر تعلق دارند:

• دستگاه‌های تخلیه فشار بسته شونده
• دستگاه‌های تخلیه فشار غیربسته شونده

تفاوت بین این دو کلاس این است که دستگاه‌های غیر بسته شونده به گونه‌ای طراحی می‌شوند که پس از عملیات باز می‌مانند و ممکن است نیاز به بازنشانی دستی داشته باشند. دستگاه‌های بسته شونده پس از رفع وضعیت اضافه فشار یا تحت شرایط فشاری که باعث باز شدن ولو می‌شود، معمولا بسته شده یا بازنشانی می‌شوند.

دستگاه‌های تخلیه فشار بسته شونده

دستگاه‌های تخلیه فشار بسته شونده شامل موارد زیر می باشند:

• ولوهای تخلیه فشار (Pressure Relief Valves)
• ولوهای ایمنی (Safety Valves)
• ولوهای تخلیه (Relief Valves)
• ولوهای تخلیه ایمنی (Safety Relief Valves)

ولوهای تخلیه فشار (PRV)، شیرهای فنرداری هستند که در اثر فشار حاصل از اضافه فشار باز شده و پس از بازیابی شرایط کاری عادی برای جلوگیری از شارش سیال مجدد بسته می‌شوند. آنها عموماً بازشونده سریع، یا ولوهای پرشی هستند، یا ممکن است به روشی متناسب با میزان اضافه فشار باز شوند.

ولو‌های ایمنی به طور کلی دریچه‌های تخلیه فشاری هستند که به فشار استاتیک در قسمت ورودی پاسخ داده و به سرعت باز می‌شوند. این دریچه‌ها معمولاً در کاربردهای شامل سیال تراکم‌پذیر استفاده می‌شوند.

ریلیف ولوها دریچه‌هایی هستند که با عملکرد باز یا بسته شدن تدریجی شناخته می‌شوند و به طور کلی با افزایش یا کاهش فشار سیستم متناسب هستند. این دستگاه‌ها معمولاً در کاربردهای شامل سیال تراکم‌ناپذیر استفاده می‌شوند.

ولوهای تخلیه ایمنی خصوصیات ولوهای ایمنی و ولوهای تخلیه را با هم دارا می باشند. این شیر ها قادر به باز و بسته شدن سریع یا تدریجی هستند و معمولاً متناسب با تغییر فشار پاسخ می‌دهند. این شیر ها را می‌توان با سیال یا ماده تراکم‌ پذیر یا تراکم‌ ناپذیر استفاده کرد.

دستگاه‌های تخلیه فشار غیربسته شونده

دستگاه‌های تخلیه فشار غیربسته شونده پس از عملیات باز می‌مانند و نیاز به عمل باز نشانی دستی دارند. اینها به خودی خود ریلیف ولو نیستند بلکه بیشتر شبیه فیوزهایی هستند که در آنها در اثر اضافه جریان پیوند جوش خورده باز می‌شود و باید تعویض شوند.

نمونه‌هایی از دستگاه‌های تخلیه فشار غیربسته شونده شامل دیسک‌های قطع و پین‌های شکست هستند.

انواع ولوهای تخلیه فشار (PRV)

ولوهای تخلیه فشار معمولاً یکی از این انواع زیر هستند:

• PRV محدود (Restricted lift)- شیری است که در آن منطقه تخلیه توسط موقعیت دیسک در ولو مشخص می‌شود.
• PRV کامل (Full lift)- شیری است که در آن منطقه تخلیه توسط موقعیت دیسک در ولو مشخص نمی‌شود.
• PRV کالیبر ناقص (Reduced bore)- به گونه‌ای تعریف می‌شود که در آن مساحت مسیر جریان در زیر نشیمنگاه کمتر از ورودی ولو باشد.
• PRV کالیبر کامل (Full bore) – به گونه‌ای تعریف می‌شودکه در آن مساحت کالیبر برابر با مساحت جریان ورودی باشد.
• PRV فنردار ایستاده (Direct spring-loaded) – شیرهایی که از فنر برای بسته نگه داشتن دیسک استفاده می‌کنند.
• PRV با عملیات پایلوت (Pilot operated) – ولوهایی که در آنها از فشار سیستم (به جای فنر) برای نگه داشتن پیستون یا دیافراگم در جای خود استفاده می‌شود و فشار ویژه نگهداری توسط فشار سیستم کنترل می‌شود که یک ولو پایلوت را فعال می‌کند.
• PRV فنردار ایستاده متعارف (Conventional direct spring loaded) – یک ولو فنردار مستقیم که عملکرد آن مستقیماً تحت تأثیر تغییرات فشار برگشتی قرار دارد.
• PRV فنردار ایستاده متعادل (Balanced direct spring loaded)- ولو فنردار مستقیمی است که برای به حداقل رساندن تأثیر فشار برگشتی بر خصوصیات عملیاتی ولو طراحی می‌شود. PRV نفیری متعادل نیز نامیده می‌شود.
• PRV با فنر داخلی (Internal spring)- ولو فنردار ایستاده‌ای که در آن مکانیسم فنر هنگام قرار گرفتن ولو در حالت بسته، در معرض فشار سیستم قرار می‌گیرد.
• ریلیف ولو دما و فشار (Temperature and pressure relief valve) – ریلیف ولوی که می‌تواند به شرایط فشار یا شرایط دما در درگاه ورودی ولو پاسخ دهد.
• PRV واداشته با توان (Power actuated PRV) – ریلیف ولوی که تحریک آن توسط دستگاهی با نیروی خارجی انجام می‌شود.
• ولو تخلیه خلا (Vacuum relief valve) – برای ورود سیال به داخل سیستم در صورت ایجاد شرایط خلا داخلی عمل می‌کند که می‌تواند باعث در هم شکستن محفظه مخزن شود.

قطعات و عملکرد ریلیف ولو متعارف

ریلیف ولو متعارف از سه جز اساسی تشکیل شده است:

۱- نازل ورودی ولو که به سیستم یا مخزن فشاری متصل است که از آن محافظت می‌کند.

۲- دیسک یا دیافراگم متحرک که جریان سیال را در ولو و درگاه خروجی کنترل می‌کند.

۳- فنری که دیسک را در جای خود قرار می‌دهد تا ولو را بسته نگه دارد و با تجاوز فشار از مقدار تعیین شده، دریچه را باز می‌کند.

ریلیف ولوبه طور معمول بسته خواهد ماند و مانع از دفع سیال توسط سیستم در اثر فشار فنر نگهدارنده دیسک در نازل می‌شود. اگر فشار سیستم به حدی افزایش یابد که فشار ورودی در ولو از فشار تنظیم شده تجاوز کند، فشار ورودی باعث فشردن فنر می‌شود و به دیسک اجازه می‌دهد تا از نازل بلند شود و اجازه می‌دهد تا سیال از طریق خروجی خارج شود تا زمانی که وضعیت اضافه فشار اصلاح شده و به مقدار زیر فشار تنظیم شده برگردد.

مواد یا متریال سازنده ریلیف ولو یا شیر تخلیه

ریلیف ولو ها از مواد مختلفی از برنج گرفته تا پلی سولفون (polysulfone) تولید می‌شوند. خصوصیات سیال عبوری و درجه‌بندی فشارهای مختلف، مواد مختلفی را طلب می کند. به عنوان مثال، ولو فشار تخلیه بخار ممکن است از آلومینیوم با دیافراگم پلی استر ساخته شود، در حالی که ولو برنزی گزینه بسیار خوبی برای کاربردهای دما پایین است. از فولاد ضد زنگ ممکن است در مواردی که نیاز به حفظ شرایط بهداشتی یا نظافت دارند استفاده شود. بسیاری از ریلیف ولوها از اجزایی با ماده‌ای متفاوت از بدنه استفاده می‌کنند. فلورو-سیلیکون، نئوپرن، پروپیلن و اتیلن همه در آب‌بندی ریلیف ولوو اجزای مشابه استفاده می‌شوند. ترکیبی از مواد مختلف بدنه‌ای محکم و بادوام به دست می‌دهد که از ویژگی‌های آب بندی و الاستیک پلیمرهای مصنوعی و پلاستیک‌ها بهره کامل را می‌برد. ولوهای تمام پلاستیکی اگرچه برای هر کاربردی مناسب نیستند، اما مزیت‌شان برای کاربردهایی است که در برابر خرابی ناشی از خوردگی حساس نیستند.

ریلیف ولو ها می‌توانند برای مقاومت در برابر فشارهای شدید داخلی و کار در هوا ، بخار یا محیط‌های مایع طراحی شوند. برخی از ولوها را می‌توان با چرخش ساده فرمان دستی (هندویل) یا صفحه طوری تنظیم کرد که در فشارهای مختلف واکنش نشان دهند. برخی دیگر ممکن است به صورت سفارشی طراحی شوند تا در فشار خاصی عمل کنند.

مشخصات ریلیف ولو ها و ملاحظات انتخاب آنها

در زیر خلاصه‌ای از برخی مشخصات رایج مرتبط با ریلیف ولو ها آورده شده است. شناخت این پارامترها و چگونگی ارتباط آنها با شرایط کاربرد، به ساده سازی فرآیند شناسایی گزینه مناسب برای استفاده کمک خواهد کرد. توجه داشته باشید که تولید کنندگان مختلف ممکن است محصولات خود را به شکل متفاوتی درجه‌بندی کنند، بنابراین این خلاصه برای اطلاعات عمومی است.

• ماده آب‌بندی- ماده‌ای که از آن آب‌بندی ولو ساخته شده است
• جریان اسمی- ظرفیت جریان ولو در موقعیت باز
• تنظیم محدوده فشار – محدوده‌ای که می‌توان فشار را روی ریلیف ولوتنظیم کرد
• محدوده دمای عملیاتی- محدوده دمای کاربردی که ولو برای آن درجه بندی می‌شود
• ماده سازنده ولو – ماده اولیه بدنه ولو و اجزای مکانیکی به جز نشیمنگاه‌ها و آب‌بندی
• نوع تنظیم – در صورت وجود ویژگی تنظیم، نوع ارائه شده مانند پیچ، دستگیره یا مقاوم در برابر دستکاری را توصیف می‌کند
• نوع محیط – ماهیت محیطی که ولو برای آن درجه بندی می‌شود، مانند هوا، آمونیاک، مبرد، سوخت، نفت، گاز، آب، بخار و غیره را توصیف می‌کند.
• نوع نصب – بیانگر روش مکانیکی نصب ولو بر روی سیستم یا مخزن فشار است، مانند نصب رشته‌ای، فلنجی یا منیفولد.

انتخاب ریلیف ولومناسب برای استفاده مستلزم توجه به این عوامل است:

• فشار تنظیم – مقدار فشار استاتیک ورودی که باعث شروع باز شدن ولو می‌شود.
• فشار برگشتی – مقدار فشار استاتیکی خروجی که در اثر فشار در سیستم تخلیه حاصل می‌شود، در صورتی که از تهویه مستقیم به جو استفاده نشود.
• محیط فرآیند – ماهیت سیال موجود در سیستم تحت فشار.
• اندازه اتصال – اندازه‌ها و انواع اتصال در درگاه‌های ورودی و خروجی ولو، از جمله نوع عاج هنگام عاج‌دار کردن.
• ظرفیت مورد نیاز – نرخ جریان یا ظرفیت تخلیه ولو اندازه‌گیری شده در واحدهای حجمی.
• تجمیع – افزایش فشار افزایشی بیش از حداکثر فشار کاری مجاز سیستم یا واحد تحت حفاظت.

روشهای خاص اندازه‌گیری ولو توسط تولیدکنندگان ولو ارائه می‌شوند که بر اساس محیط و فشارهای شرایط استفاده هستند (برای مثال می توانید به مراجع ارائه شده در انتهای مقاله مراجعه نمایید) این روش‌ها شامل معادلات لازم برای محاسبه ورودی انرژی گرمایی و ظرفیت تخلیه مورد نیاز برای شرایط مختلف کاربرد است. برای طمینان از انتخاب صحیح ریلیف ولو در مراحل نصب باید از منابع معتبر مهندسی استفاده شود.

کاربردهای ریلیف ولو

ریلیف ولوها برای تأمین عملکرد ایمن سیستم‌ها و تجهیزاتی به کار می‌روند که شامل صنایع زیر است:

• هواپیما و هوافضا
• نفت و گاز
• پتروشیمی
• تولید برق
• ساخت و پردازش مواد شیمیایی
• مدارهای هیدرولیکی
• سیستم های پنوماتیک
• خنک‌کننده
• صنایع برودتی
• نیمه هادی‌ها

تاسیساتی که در فرآیند و عملیات خود از ریلیف ولوهای بسیاری استفاده می‌کنند، معمولاً سیستم‌های اتوماسیون را با استفاده از فرستنده‌های صوتی بی سیم یا فن‌آوری‌های مشابه نصب می‌کنند تا نظارت بر وضعیت ولو را ساده نمایند و تلاش مورد نیاز برای تأمین نیازهای گزارش‌دهی کاهش یابد.

در کاربردهای مسکونی، سیستم‌های گرمایشی دارای دیگهای بخار برای هیدرونیک و مخازن آب گرم خانگی از ولو تخلیه فشار استفاده می‌کنند تا ایمنی لازم در سیستم ایجاد شده و از انفجار جلوگیری شود. با انبساط و افزایش حجم آب گرم، استفاده از این ولوها به همراه سایر تجهیزات ایمنی مانند مخازن انبساط و شیرهای قطع گاز، به اطمینان از عملکرد ایمن مخازن تحت فشار کمک می‌کند. بسیاری از مدل های مورد استفاده در کاربردهای مسکونی دارای اهرم‌های آزمایشی هستند تا بتوان عملکرد آنها را در حین تعمیرات معمول تجهیزات تأیید کرد.

خلاصه

این مقاله مروری بر اطلاعات مربوط به ریلیف ولوها از جمله چگونگی آنها، اصطلاحات کلیدی، انواع، مشخصات و ملاحظات انتخاب را ارائه می‌دهد. برای کسب اطلاعات در مورد سایر موضوعات، مانند انواع شیرآلات صنعتی ، انتخاب شیرها ، شیر پروانه ای ، شیر توپی ، شیر دروازه ای ، شیر کروی ، شیر سماوری ، شیر سوزنی ، سلونوئید ولو و روتاری ولو و … به قسمت مقالات اختصاصی تهیه شده، در مورد ولو ها مراجعه فرمایید. به بخش مقالات سایت مراجعه کنید.

منابع :

https://petrowiki.org/
https://www.beswick.com/resources/the-basics-of-pressure-relief-valves/
http://www.wermac.org
https://www.mobilehydraulictips.com/
https://www.watts.com/products/plumbing-flow-control-solutions/relief-valves
https://www.valvemagazine.com/magazine/sections/back-to-basics/7322-pressure-relief-devices-part-1.html
https://www.emerson.com/documents/automation/pressure-relief-valve-engineering-handbook-en-us-3923290.pdf
https://swan-associates.com
https://www.spiraxsarco.com/learn-about-steam/safety-valves/types-of-safety-valve
https://airtrolinc.com/the-basics-of-pressure-relief-valves/