آشنایی با شیر انسداد و تخلیه (Block & Bleed Valve)
شیر های انسداد و تخلیه چیست؟
شیرها از مهم‌ترین تجهیزهای صنایع گوناگون به خصوص صنعت نفت، گاز و پتروشیمی به شمار می‌روند. شیرها بر اساس عملکرد به دسته‌های کلان مختلفی چون کنترل جریان، کنترل فشار سیال و شیرهای یک‌طرفه تقسیم می‌شوند. هر کدام از این دسته‌ها نیز به زیردسته‌هایی طبقه‌بندی می‌شوند. به عنوان مثال در دسته کنترل جریان زیرمجموعه‌هایی همچون شیرهای توپی، سوزنی، پروانه‌ای و دروازه‌ای قرار می‌گیرند.
مکانیزم انسداد و تخلیه ترکیبی از شیرهای دسته کنترل جریان است که کاربردی متفاوت ارائه می‌دهد. کاربرد اساسی این مکانیزم انسداد جریان بالادست و تخلیه ایمن سیال پایین‌دست برای انجام سرویس، تعمیر یا جایگزینی تجهیز پایین‌دستی است. بنابراین مساله توقف تمام سیستم برای انجام کار بر روی یک تجهیز حل می‌شود.
شکل 1مکانیزم یادشده متشکل از دو شیر انسداد و یک شیر تخلیه را نمایش می‌دهد. شیر انسداد و تخلیه به بدنه‌ای اتلاق می‌شود که این مکانیزم را در بر می‌گیرد. نمونه‌ای از این شیر مشتمل بر دو شیر انسداد و یک شیر تخلیه و تاثیر آن بر ابعاد و وزن مکانیزم در مقایسه با استفاده از سه شیر جداگانه در شکل 2 نمایش داده‌شده‌است. در بخش‌های بعد به انواع این شیرها و کاربردهای هر کدام پرداخته می‌شود.
آشنایی با انواع شیرآلات انسداد و تخلیه پترو آرتان پارت
شکل 1 : مکانیزم انسداد و تخلیه با دو شیر انسداد و یک شیر تخلیه
شکل 2 : مقایسه ابعادی و وزنی مکانیزم انسداد و تخلیه در یک شیر و سه شیر جداگانه
شیر انسداد و تخلیه با یک شیر انسداد (SBB : Single Block & Bleed Valve)
این دسته از شیرها توسط یک شیر انسداد، به طور معمول از نوع توپی، جریان بالادست به سمت تجهیزات پایین‌دست را مسدود می‌سازد. سپس برای تخلیه و کاهش فشار سیال محصور در پایین دست، شیر تخلیه که معمولا از نوع سوزنی است باز می‌شود. بدین صورت تجهیز جهت سرویس، تعمیر یا جایگزینی از بالادست جدا می‌شود. شکل 3 نمونه تولیدی این شیر توسط مجموعه پترو آرتان پارت از پیشگامان تولید این دسته از شیرهای صنعتی را نشان می‌دهد.
شیر انسداد و تخلیه با یک شیر انسداد تولید شده در پترو آرتان پارت
کاربردهای شیر انسداد و تخلیه با یک شیر انسداد Single Block & Bleed Valve
این شیرها در خطوط با حساسیت کم، از نظر نشتی و انتشار سیال، استفاده می‌شود. زیرا تنها یک شیر برای انسداد جریان بالا دستی وجود دارد و در صورت تخریب مکانیزم نشت‌بند سیال به محیط منتشر می‌شود. از کاربردهای این شیر می‌توان موارد زیر را برشمرد:
• انسداد جریان بالادست و تخلیه ایمن سیال برای سرویس، تعمیر یا جایگزینی تجهیز پایین‌دست
• نصب تجهیزهای تجهیزهای ابزار دقیق بر روی خط لوله اصلی
شیر انسداد و تخلیه با دو شیر انسداد Double Block & Bleed Valve
در این نوع دو شیر انسداد وجود دارد تا در صورت تخریب مکانیزم آب‌بندی در شیر اول، شیر دوم مانع از تخلیه سیال بالادست به محیط و ایجاد مشکلات متعدد شود. این نوع شیر به دلیل وجود دو ناحیه انسداد برای جریان بالادست؛ در خطوط لوله با فشار بالا یا حاوی سیال حساس نسبت به شیر تک انسداد ترجیح داده می‌شود. نمونه شیر انسداد و تخلیه با دو شیر انسداد تولیدی در شرکت پتروآرتان در شکل 4 قابل مشاهده است.
شیر انسداد و تخلیه با دو شیر انسداد تولید شده در پترو آرتان پارت
کاربردهای شیر انسداد و تخلیه با دو شیر انسداد DBB VALVE
• انسداد جریان بالادست به تجهیزات پایین‌دست خط لوله
• استفاده برای اتصال و انسداد تجهیزهای ابزار دقیق همچون گیج فشار به خط لوله
• استفاده برای تزریق مواد شیمیایی به جریان خط لوله
• استفاده برای نمونه‌گیری مستقیم از خط لوله
• اتصال تجهیزهای نمونه‌گیری به خط لوله
انواع شیرهای انسداد و تخلیه
در ادامه شیرهای انسداد و تخلیه نمونه‌گیری و تزریق معرفی می‌شود. شیرهای نمونه‌گیری مستقیم دسته‌ای از شیرهای انسداد و تخلیه با دو شیر انسداد هستند که با اتصال یک لوله نمونه‌گیری به فلنج انتهایی برای دریافت مستقیم نمونه از خط لوله طراحی و ساخته شده‌اند. نمونه این شیر در شکل 5 قابل مشاهده‌است.
در شیرهای تزریق مستقیم مواد شیمیایی به خط با ساختاری مشابه با شیرهای نمونه‌گیری مستقیم، سیال تزریقی از طریق یک لوله متصل به فلنج انتهایی سیال به خط جریان وارد می‌شود. برای جلوگیری از ورود جریان داخل خط به لوله تزریق، یک شیر یک طرفه در سمت خط لوله شیر انسداد و تخلیه تعبیه می‌شود. نمونه شیر تزریق مستقیم در شکل 6 نمایش داده شده‌است.
شکل 5 : شیر انسداد و تخلیه نمونه‌گیری تولیدی شرکت
شکل 6 : شیر انسداد و تخلیه تزریق مستقیم تولید شرکت ALCO
دسته‌بندی‌های مختلف شیرهای انسداد و تخلیه
-
شیرآلات انسداد و تخلیه با شیرهای انسداد توپی از نوع شناور یا پاشنه‌ای (Floating or Trunnion)
در شیرهای توپی با مکانیزم شناوری، توپ شیر از ناحیه کف به بدنه متصل نیست و در اثر فشار جریان بالادست به نشیمنگاه پایین‌دست می‌چسبد و آب‌بندی جریان سیال انجام می‌شود. این نوع مکانیزم در شیرهای با سایز کوچک و فشارهای پایین کاربرد دارد. در این مکانیزم معمولا برای جلوگیری از افزایش فشار ناشی از انبساط سیال در اثر افزایش دما در محفظه توپ، یک مجرای باریک به سمت بالادست جریان تعبیه می‌شود. شکل 7 یک نمونه شیر توپی با مکانیزم شناوری را نمایش می‌دهد.
مکانیزم پاشنه در شیرهای با سایز بالاتر و در خطوط با فشار کاری بیشتر کاربردی است. در این مکانیزم گشتاور مورد نیاز برای باز و بسته شدن شیر کمتر است. از طرفی توپ شیر هم از بالادست و هم از پایین دست آب‌بندی می‌شود. بدین صورت که توپ بر روی یک پاشنه (Trunnion) قرار گرفته و تحت تاثیر فشار بالادست حرکت در جهت عمود بر دسته شیر ندارد. با افزایش فشار در اثر افزایش دما در داخل توپ مکانیزم فنری اطمینان در نظر گرفته شده در سمت نشیمنگاه توپ باز شده و فشار داخل محفظه به بالا و پایین‌دست تخلیه می‌شود. این مکانیزم از افزایش فشار داخل محفظه که منجر به آسیب‌دیدگی قطعات می‌شود جلوگیری می‌کند.
-
شیرآلات انسداد و تخلیه با کاربری‌های کرایوژنیک یا دما بالا(Cryogenic IBB Valve)
بر اساس استاندارد بی اس ۶۳۶۴ دمای کاری شیرهای کرایوژنیک از 50- تا 196- درجه سلسیوس می‌باشد. در دماهای کرایوژنیک ساختار ماده‌ای فلزات آستنیتی تغییر کرده و باعث بروز اعوجاج و تغییر شکل در قطعه می‌شود. بنابراین برای سرویس‌های با دمای کرایوژنیک انتخاب مواد اولیه و عملیات حرارتی انجام شده بر روی قطعات اهمیت بسزایی دارد.
در این دسته از شیرها دسته و گلند طویل‌تر از شیرهای معمولی طراحی و ساخته می‌شوند. زیرا لازم است که دمای پکینگ به اندازه کافی بالا و در ناحیه مجاز باشد. از دیگر تفاوت‌های این شیرها با شیرهای معمولی می‌توان به جنس متریال و مکانیزم مورد استفاده برای نشیمنگاه توپ اشاره کرد. شیرهای تولیدی تحت دمای 196- درجه سلسیوس تست می‌شوند. در این ناحیه تصویر تست کرایوژنیک ولو در شرکت نمایش داده شود.
دسته دیگر شیرآلات انسداد و تخلیه شیرآلات تحت سرویس دما بالا، تا ۵۰۰ درجه سلسیوس، هستند. بنابراین متریال مورد استفاده در تولید این گروه حائز اهمیت است. یکی از مهم‌ترین ملاحظات طراحی و ساخت این شیرها انتخاب جنس نشیمنگاه توپ است. در دماهای کمتر از 200 درجه می‌توان از مواد اولیه نرم (Soft material) استفاده کرد. اما در دماهای بالاتر باید از نشیمنگاه‌های فلزی با پوشش مناسب استفاده کرد. همین امر به معروفیت این شیرها با عنوان نشیمنگاه فلزی (Metal seated) منجر شده‌است.
-
شیرآلات انسداد و تخلیه با شیرهای انسداد و تخلیه متفاوت
یک نمونه کاربردی از شیرهای انسداد و تخلیه شیرهای سوزنی هستند، شیرهای یاد شده نیز در دو کاربرد تک انسداد (SBB) و دو انسداد (DBB) تولید می‌شود و ازین حیث مشابه شیرهای با انسداد توپی است. در اندازه‌گیری دقیق فشار سیال داخل خط، به خصوص برای گازها ابعاد شیر انسداد و تخلیه بین خط و تجهیز ابزار دقیق اهمیت دارد. در کاربری‌های با نیاز به سرعت پاسخ سریع فشارسنج به تغییرات فشار خط، کاهش فاصله و حجم بین خط لوله و ابزار دقیق اهمیت بسزایی دارد و بر دقت اندازه‌گیری فشار تاثیرگذار است. بنابراین کاربرد شیرهای تک فلنج (Monoflange ) در این زمینه چشم‌گیر است. شکل 9 مکانیزم یک شیر تک‌فلنج با سه شیر سوزنی را نمایش می‌دهد.
در دسته دیگر شیرهای انسداد و تخلیه با دو شیر انسداد از شیر توپی به عنوان شیر تخلیه استفاده می‌شود. مزیت این نوع شیرها دبی بیشتر، افت فشار کمتر و سرعت باز و بسته شدن بیشتر است. همچنین عمر این شیرها نسبت به شیرهای سوزنی بیشتر است. از عیوب شیرهای تخلیه توپی می‌توان وزن بیشتر شیر و عدم امکان تنظیم دقیق دبی جریان تخلیه را برشمرد.
شیرآلات انسداد و تخلیه پترو آرتان پارت
شرکت پترو آرتان پارت از پیشگامان طراحی و ساخت شیرهای انسداد و تخلیه با 100 درصد عمق ساخت داخل می‌باشد. این شرکت با دانش فنی و تجربه مهندسان ایرانی و با استفاده از تجهیزات پیشرفته قادر به تولید انواع شیرهای انسداد و تخلیه برای کاربردهای مختلف صنعتی است. شرکت پترو آرتان پارت توانایی و دانش‌فنی تولید سفارشی شیرآلات، با توجه به طیف گسترده مشخصه‌هایی که در ادامه طبقه‌بندی می‌شود، را دارد.
-
کلاس فشار و تست فشار
شیرهای تولیدی در کلاس‌های فشار 150 تا 2500 تولید و در مجموعه پتروآرتان پارت تست می‌شود. بنابراین شرکت پترو آرتان با استفاده از مواد اولیه مناسب و مکانیزم‌های نشت‌بندی متنوع گستره وسیعی از کلاس‌های فشار استاندارد ASME B16.34 را پوشش می‌دهد. تست فشار شیرهای تولیدی داخل مجموعه بر اساس استانداردهای API598 و API 6D و تحت تدابیر ایمنی لازم انجام می‌شود.
-
دمای‌کاری و تست کرایوژنیک
مجموعه پترو آرتان پارت با تکیه بر توان متخصصین بازه دمایی 196- تا 450 درجه سانتی‌گراد، دربرگیرنده نواحی کرایوژنیک و دما بالا، را پوشش می‌دهد. لازم به ذکر است که تست شیرهای کرایوژنیک که مستلزم عبور جریان سیال با دمای 196- است در کارخانه شرکت پترو آرتان صورت می‌گیرد. به علاوه شیرهای کرایوژنیک تولیدی گواهی‌نامه تایید عملکرد بین المللی نیز دارند که در تصویر مشاهده می‌شود.
-
ایمنی در برابر آتش
در تست ایمنی آتش شیرآلات به مدت نیم ساعت توسط آتش با دمای میانگین بین 761 تا 980 درجه سانتی‌گراد به طور کامل احاطه می‌شود. در این مدت شیر تحت فشاری آب برابر با 75 درصد بیشینه فشار کاری قرار می‌گیرد و میزان نشتی شیر سنجیده می‌شود. این تست برای بررسی نشت‌بندی و امنیت شیر در آتش‌سوزی صورت می‌گیرد. شیرآلات تولیدی این مجموعه قبل از عرضه تست آتش را بر اساس استاندارد API 607 پشت سر می‌گذارند. گواهی بین‌المللی تست ایمنی در آتش شیرآلات انسداد و تخلیه در تصویر ارائه شده‌است.
-
سایزینگ و اتصالات
مجموعه پترو آرتان پارت با توجه به استانداردهای ASME B1.20.1، ASME B16.5 و سایر استانداردهای مطرح بین‌المللی اتصال‌های رزوه‌ای، فلنجی و جوشی که در ادامه ذکر می‌شوند را برای سایزهای نیم اینچ و بالاتر تولید می‌نماید. لازم به ذکر است که شیر انسداد و تخلیه با اتصال چهار اینچی نیز در مجموعه پترو آرتان پارت تولید شده‌است و این مجموعه دانش فنی و تجهیزات ساخت سفارشی شیرآلات با ابعاد و اتصالات مختلف را دارد.
- اتصال جوشی لب به لب
- اتصال جوشی سوکتی
- اتصال رزوه‌ای NPT
- اتصال فلنجی با سطح صاف
- اتصال فلنجی با سطح برآمده
- اتصال فلنجی با اتصال رینگی