شیرآلات صنعتی
۰۸
اردیبهشت
دسته بندی آلیاژ شیرآلات مربوط به بدنه شیرآلاتی است که می تواند از جنس آهن، برنز، فولاد، استنلس استیل و پلاستیک باشد. بدنه شیر ممکن است با یک نوع آلیاژ ساخته شود و تریم شیر با آلیاژی متفاوت با بدنه اصلی ساخته شود.
تریم شیر در تماس با سیال قرار دارد و به همین دلیل ممکن است با آلیاژی متفاوت از بدنه اصلی ساخته شود. تریم شیر معمولا در برابر خوردگی مقاومت بیشتری نسبت به بدنه دارد.
اولین شیرهای ساخته شده از نوع شیر سماوری و از چوب ساخته شدند. در طی انقلاب صنعتی شیرهای کشویی و دروازه ای فلزی همزمان با شیرهای سماوری مورد استفاده قرار گرفتند.
سایز شیر با سایز نامی یا NPS لوله ی انتهایی آن بیان می شود. NPS مخفف Nominal Pipe Size و به معنای سایز نامی لوله است. NPS انتهای شیر باید با NPS خطی که بر آن نصب می شود برابر باشد.
متریال شیر و سایز خط نوع اتصال انتهایی شیر را تعیین می کند. منظور از انتها، انتهای بدنه شیر است. انواع مختلفی از اتصال انتهایی برای شیرهای امروزی وجود دارد.
هر کدام از متریال های شیر محدودیت های دما و فشاری خاص خود را دارد و اگر در فشار و دمایی فراتر از مقادیر مجاز آن به کار برده شود، شیر به درستی و مطابق انتظار کار نمی کند و علاوه بر این باعث اسیب دیدن شیر می شود.
مشخصات شیرها بر اساس استانداردهای مختلفی تعیین می شود که هر کدام از استانداردها برای عملکرد در شرایط خاصی اعمال می شود.
استاندارد ASTM
این استاندارد آلیاژهای شیرآلات و خواص فیزیکی و شیمیایی همه متریال های شیرآلات را تعیین می کند.
استاندارد ASME
این استاندارد ابعاد شیرآلات و آرایش ابتدا و انتهای آن و استاندارد دنده های لوله را مشخص می کند.
استاندارد ASME و انجمن استانداردسازی شیرآلات و اتصالات صنعتی (MSS)، استانداردهایی را بر روی کلاس و نام گذاری شیرآلات اعمال می کنند.
استاندارد دیگری که بر شیرآلات اعمال می شود استاندارد AWWA است که استانداردهایی را برای شیرآلات به کار رفته در سیستم های آبرسانی استفاده می شود.
استاندارد مهم دیگر API است که استانداردهایی را در رابطه با طراحی و تست شیرهای استفاده شده در صنعت نفت و پتروشیمی ارائه می دهد.
متریال شیرآلات
نوع سیال و فشار و دمای آن متریال شیرآلات را تعیین می کند. بعضی از آلیاژها برای دمای بالا مناسبند و دسته ای دیگر از آلیاژها مقاومت خوردگی مناسبی در برابر سیال دارند. علاوه بر این بعضی از آلیاژهای شیرآلات به منظور هزینه کمتر انتخاب می شوند. اطلاعات مربوط به آلیاژ شیرآلات به همراه مشخصات فنی آنها ارائه می شود.
بدنه شیرآلات
شیرآلات برنزی معمولا در آبرسانی، تهویه هوا استفاده می شود. شیرهای برنزی معمولا در سایزهای پایین تر از ۳ اینچ استفاده می شوند و هزینه نسبتا پایینی دارند و قابل دسترس هستند. شیرهای برنزی به وسیله ی ذوب و ریخته گری آلیاژهای مس در قالب های شنی ساخته می شوند.
شیرها همچنین از چدن نشکن تولید می شوند. چدن نشکن غالبا در صنایع دریایی و خطوط انتقال زیرزمینی استفاده می شود. شیرهای چدنی نشکن می تواند در کاربردهایی استفاده شود که شوک و ارتعاش زیادی را تحمل می کنند. چدن نشکن ارتعاش را جذب کرده و مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارد.
هیچ محدودیت سایزی برای شیرهای آهنی وجود ندارد. اما محدودیت دمایی دارند. چدن نشکن محدودیت دمایی در حدود ۴۵۰ درجه فارنهایت دارد. آهن نشکن نیز محدودیت دمایی در حدود ۶۵۰ درجه فارنهایت دارد.
شیرها همچنین از فولاد و استنلس استیل ساخته می شوند. شیرهای فولادی می توانند براساس روش ساخت به دو دسته تقسیم بندی شوند، فولاد فورج شده و فولاد ریخته گری شده. فولاد فورج شده از تکه فلزهای گرما دیده ساخته می شود که به وسیله ی چکش های فورجینگ بزرگی و فشار زیاد به شکل شیر درمی آید. فولاد ریخته گری شده در کوره ها ذوب شده و سپس در قالب هایی ریخته گری می شود.
شیرآلات از جنس فولاد فورج شده وقتی مورد استفاده قرار می گیرند که سایز خط کمتر از ۲-۱/۲ اینچ باشد . فاکتورهای دیگری باعث انتخاب فولاد ریخته گری شده شود از جمله سیستم های که در آن از اتصالات ساکت ولد استفاده می شود.
شیرهای فولادی ریخته گری شده معمولا در سایزهای بزرگتر از ۲ اینچ و در دما و فشارهای بالا الزام می کند از آلیاژهای فولاد یا کربن استیل استفاده کنیم.
شیرهای استنلس استیل غالبا در کاربردهای صنعتی استفاده می شوند. شیرهای استنلس استیل وقتی مورد استفاده قرار می گیرد که مسئله خوردگی بسیار مهم باشد. شیرهای کشویی، شیرهای سوزنیو شیرهای یکطرفه ۳ نمونه از شیرهای متداول مقاوم در برابر خوردگی هستند. این شیرها در صنایع پتروشیمی، پالایشگاهها و صنایع نیروگاهی استفاده می شوند.
آرایش انتهایی شیرها
اتصال شیرها به چهار دسته تقسیم می شود:
- دنده ای
- لحیم کاری
- فلنجی
- جوشی
آرایش انتهایی دنده ای
شیرهای با انتهای دنده ای بر اساس استاندارد ANSI رزوه کاری می شوند. معمولا شیرهای دنده ای در سایزهای پایین تر از ۳ اینچ مورد استفاده قرار می گیرند.
اتصال لحیم کاری
اتصال لحیم کاری برای شیرهای برنزی کوچکتر از ۳ اینچ کاربرد دارد. اجرای بعضی از سیستم های پایپینگ بخصوص سیستم های آب سرد و گرم با شیرها و اتصالات مسی به صرفه تر است که با استفاده از لحیم کاری به هم متصل می شوند. اگرچه درصورتی که گرمای اعمال شده کنترل نشود ممکن است به شیر آسیب بزند.
شیرهای فلنج دار
این شیرها در خطوط بزرگتر از ۲ اینچ استفاده می شود. اتصال فلنجی باید به گونه ای اجرا شود که کاملا آب بند شود و از اعوجاج فلنج جلوگیری کند. این روش اجرا باید تنش یکنواختی را به هر کدام از اجزا وارد کند. شیرهای فلنجدار نسبت به شیرهای با آرایش انتهایی دیگر، راحت تر و آسانتر تعویض می شوند.
مقایسه:
شیرهای پروانه ای ویفری را با شیرهای کشویی فلنج دار مقایسه کنیم: اگر هر دو شیر مزیت های تقریبا یکسانی داشته باشند، شیر پروانه ای انتخاب بهتری است. شیر کشویی سخت تر باز و بسته می شود و به زمان بیشتری برای نصب نیاز دارد و هزینه بیشتری نیز دارد. شیر کشویی به دو واشر و دو دسته از چفت کننده ها نیاز دارد که هر کدام از آنها برای یک انتهای فلنجی استفاده می شود.
در صورتی که شیر پروانه ای ویفری نیازی به گسکت ندارد. برای اتصال شیر پروانه ای ویفری فقط به یک دسته از چفت کننده ها نیاز است زیرا فاصله دو انتهایی آن کوتاهتر از شیر کشویی است.
شیر کشویی وزن بیشتری داشته و ابعاد بزرگتری نسبت به شیر پروانه ای دارد.
هر دو شیر عملکرد قطع و وصلی دارند. بخاطر داشته باشید آلیاژ مناسبی باید برای هر کاربرد انتخاب شود و فشار و دمای سیستم نیز در نظر گرفته شود.
سطح شیرها
دو سطح کلی برای شیرهای فلنج دار وجود دارد. منظور از سطح، سطح ماشین کاری شده انتهای فلنجی است.
- فلنج با انتهای صاف: این نوع فلنج ها باید با یکدیگر در یک سطح تراز قرار بگیرند.
- فلنج با سطح برآمده: در این نوع فلنج قسمتی از سطح فلنج برآمده است.
سطوح مختلفی برای فلنج ها وجود دارد که محدود به دو دسته قبل نمیشود:
- سطح نری و مادگی
- سطح شیار و زبانه
- سطح رینگی
اتصالات جوشی معمولا در کاربردهای فشار و دما بالا کاربرد دارد. باید توجه داشته باشیم که فقط متریال های خاصی قابلیت جوشکاری دارند مانند کربن استیل، فولاد آلیاژی و استنلس استیل. همچنین به یاد داشته باشید متریال شیرها نیز تعیین کننده آرایش انتهایی است. اتصال جوشی وقتی استفاده می شوند نیاز به اتصال کاملا محکم و آب بند و با طول عمر زیاد باشد. دو نوع اتصال جوشی وجود دارد: اتصال بات ولد و ساکت ولد.
اتصال ساکت ولد از یک فضای تورفتگی در دو انتهای شیر استفاده می کند. برای ایجاد اتصال لوله در سوکت شیر قرار می گیرد و سپس با جوشکاری آب بند می شود.
اتصال بات ولد
اتصال جوشی بات ولد معمولا در سایزهای بزرگتر استفاده می شود. اتصالات ساکت ولد برای شیرآلات و لوله های با سایز پایین مورد استفاده قرار می گیرد.
محدودیت های فیزیکی
علاوه بر آلیاژ و آرایش انتهایی شیرآلات باید محدودیت های دمایی و فشاری شیر را نیز بدانیم.
فشار نیرویی است که بر واحد سطح داخلی شیر اعمال می شود. وقتی ما از محددیت های فشار شیر صحبت می کنیم منظورمان فشار ماکزیممی است از سوی جریان به شیر وارد می شود. وقتی جریان در یک سیستم برقرار می شود مقاومتی در برابر حرکت آن ایجاد می شود که مخالف جریان حرکت است. این مقاومت باعث کاهش انرژی جریان می شود که افت فشار نامیده می شود.
عواملی که بر افت فشار اثر می گذرند عبارتند از زبری لوله، قطر لوله، دبی جریان، چگالی و ویسکوزیته سیال.
آلیاژهای مختلف شیرآلات کلاس های فشاری مختلفی دارند. بعضی از متریال ها فشار بیشتری نسبت به دیگر متریال ها تحمل می کنند. بعضی از متریال ها نیز برای تحمل دماهای مختلف ساخته می شوند.
متریال های مقاوم تر فشار بیشتری را تحمل می کنند . فشار قابل تحمل معمولا بر حسب واحد پوند بر اینچ مربع یا Psi مشخص می شود.
وقتی یک شیر توپی از آلیاژ استنلس استیل ساخته می شود که مقاوم در برابر خوردگی است. ممکن است کاربرد شیر محدود شده و همچنین در انتخاب گسکت و جنس تریم شیر با محدودیت هایی مواجه شویم.
کلاس شیرها میزان دما و فشار قابل تحمل آن را بیان می کند. استاندارد MSS کلاس های فشاری و دمایی را برای شیرهای صنعتی مشخص میکند.