شیر ایمنی

شیر ایمنی یا Safety valve (سیفتی ولو) از جمله شیرهایی است که وظیفه‌ی حفاظت از تجهیزات و تاسیسات را در برابر انفجار یا خرابی دارد و عمدتاً در مخازن تحت فشار مانند مجتمع‌های شیمیایی، دیگ‌های بخار الکتریکی (electric power boilers)، تانک‌های ذخیره‌ی گاز، توربین‌ها، بویلرها و … نصب می‌شوند.
شیر ایمنی از جمله شیرهایی است که به صورت اتوماتیک عمل می‌کند و باید در جایی نصب شود که احتمال می‌رود فشار عملیاتی سیستم یا مجرای دارای فشار از حداکثر مجاز خود بیشتر می‌شود. در سیستم‌های بخار، از شیرهای ایمنی به طور معمول برای محافظت در برابر فشار بیش از حد بویلر (دیگ بخار) و سایر کاربردها مانند downstream of pressure reducing controls استفاده می شود. اگرچه نقش اصلی آنها بالا بردن ایمنی است، از شیرهای ایمنی در عملیات فرآیندی نیز استفاده می‌شود تا از آسیب دیدن محصول به دلیل فشار بیش از حد جلوگیری شود. فشار بیش از حد در شرایط مختلف ایجاد می‌شود، از جمله:

• عدم تعادل در میزان دبی به دلیل باز و بسته شدن سهوی شیرهای ایزوله در مجراها
• خرابی سیستم خنک کننده که اجازه سیال یا بخار منبسط شود
• به وجود توده فشاری گذرا (Transient pressure surges)
• قرار گرفتن در معرض آتش سوزی
• خرابی لوله مبدل حرارتی
• واکنش‌های گرمایی غیرقابل کنترل در مجتمع‌های شیمیایی
• تغییر دمای محیط

زمانی که فشار قسمت ورودی شیر نسبت به فشار تعیین شده افزایش پیدا می‌کند، باعث می‌شود تا دیسک یا همان مجرابند شیر باز شده و سیال اضافی (بخار یا گاز) تخلیه شود و هنگامی که فشار به مقدار تعیین شده کاهش یافت، دیسک ولو دوباره بسته می‌شود. شیر ایمنی به اصطلاح آخرین وسیله‌ی ایمنی است که فشار را کنترل می کند و مقدار اضافه مشخص از مایعات را به صورت خودکار و بدون هیچگونه نیازی به برق تخلیه می‌کند.

عملکرد شیر ایمنی

1. نازل (Nozzle) درونی شیر ایمنی شروع به دریافت فشار بالاتری از قسمت ورودی شیر می‌کند.
2. زمانی که فشار، بالاتر از Set pressure یا همان فشار از پیش تعیین شده می‌شود، دیسک بالا رفته و عمل تخلیه سیال صورت می‌گیرد
3. تا زمانی که فشار مضاعف تا مقدار فشار از پیش تعیین شده پایین بیاید نیروی فنر دیسک را بسته نگه می‌دارد
(نقش قطعات یدکی)
نازل (Nozzle) — ورودی فشار
دیسک (Disc) — کلاهک یا درپوش
فنر (Spring) — کنترل کننده فشار

در صنایع نفت و گاز وشیمیایی معمولاً شیرهای ایمنی (Safety valves)، شیرهای فشارشکن (Pressure Relief Valve) (PRV) ، شیر ایمنی فشار (Pressure Safety Valve) (PSV) و شیر اطمینان (Relief valve) با یکدیگر اشتباه گرفته شوند.

 تفاوت میان شیر اطمینان و شیر ایمنی

1. باز شدن شیر اطمینان مستقیماً با افزایش فشار متناسب است در حالی که در شیر ایمنی پس از رسیدن فشار به نقطه‌ی تنظیم شده (Set point)، باز شدن شیر ایمنی اتفاق می‌افتد.
2. شیر ایمنی را بر خلاف شیر اطمینان می‌توان با استفاده از Easing gear (مانند دیگ‌های بخار) به صورت دستی نیز استفاده کرد.
3. شیرهای ایمنی در سیستم‌های بخار به کار می‌روند در حالی که شیرهای اطمینان می‌توانند برای سیالات و در سیستم هوای فشرده شده هم به کار روند

تقسیم‌بندی شیرهای ایمنی

• Spring-loaded Pressure-relief Valves

به طور کلی، منظور از شیر ایمنی همین Spring-loaded Pressure-relief Valves است زیرا که بیشترین استفاده را در میان شیرهای ایمنی دارد. (شکل پایین را مشاهده نمایید). نیروی درونی فنر طراحی شده است تا دیسک را در برابر فشار درونی نگه دارد. بسته به نوع سیال داخل ولو، اعم از بخار، گاز یا مایع، استفاده از مدل Bellows برای خنثی کردن اثر فشار برگشتی (Back pressure) پیشنهاد می‌شود.

• Pilot-operated Pressure-relief Valves

شیرهای Pilot-operated Pressure-relief Valves ترکیبی از Pilot assy و شیر اصلی (که هر نوع شیری می‌تواند باشد) هستند.
اگرچه در شیر فشارشکن از نوع Spring loaded نیروی فنر در برابر فشار ورودی قرار می‌گیرد، اما relieving pressure و reseating pressure به وسیه Pilot Assy کنترل می‌شوند که تقریباً مشابه شیرهای Spring loaded Pressure relief عمل می‌نماید
زمانی که از شیرهای فشارشکن Pilot-operated استفاده می‌شود، به هیچ وجه نمی‌توان شیر اصلی را تنظیم کرد.
این نوع از ولوها در مقایسه با شیرهای ایمنی از نوع Spring loaded اندازه بزرگتری داشته و به همین دلیل در شرایط سخت‌ تر مانند زمانی که فشار بالاتر است از آن‌ها استفاده می‌شود

• Dead-Weight Pressure-relief Valves

در صورتی که فشار طراحی (Design pressure) مخزن تحت فشار در فشار پایین تنظیم شده باشد، شیر فشارشکن از نوع Dead-weight ، reliving pressure را تنها با وزن دیسک تنظیم می‌کند.
شیر ایمنی مکنده (The Vacuum relief valve) این ویژگی عملکردی را دارد که هنگام تغییر فشار درونی مخزن تحت فشار به فشار منفی، فشار را جذب می‌کند.اگرچه در شیر فشارشکن از نوع Spring loaded نیروی فنر در برابر فشار ورودی قرار می‌گیرد، اما relieving pressure و reseating pressure به وسیه Pilot Assy کنترل می‌شوند که تقریباً مشابه شیرهای Spring loaded Pressure relief عمل می‌نماید
زمانی که از شیرهای فشارشکن Pilot-operated استفاده می‌شود، به هیچ وجه نمی‌توان شیر اصلی را تنظیم کرد.
این نوع از ولوها در مقایسه با شیرهای ایمنی از نوع Spring loaded اندازه بزرگتری داشته و به همین دلیل در شرایط سخت‌ تر مانند زمانی که فشار بالاتر است از آن‌ها استفاده می‌شود