شیرهای ایمنی چیست و چه کاربردهایی دارند?

Pressure Safety Valve (PSV) یکی از مهم‌ترین تجهیزات ایمنی در سیستم‌های تحت فشار است. این تجهیز به ‌منظور

حفاظت از تجهیزات و پرسنل در برابر فشارهای بیش از حد طراحی شده است. محاسبات دقیق برای تعیین سایز و

مشخصات PSV ضروری است، زیرا عملکرد صحیح آن می‌تواند از بروز حوادث جدی جلوگیری کند.

در این مقاله، با اصول طراحی و محاسبات PSV آشنا می‌شویم و مراحل مختلف آن را به‌طور کامل بررسی می‌کنیم.

PSV چیست و چه وظیفه‌ای دارد؟

PSV تجهیزی است که برای جلوگیری از افزایش فشار بیش از حد در سیستم‌های تحت فشار استفاده می‌شود. زمانی

که فشار داخلی سیستم از یک مقدار مشخص (Set Pressure) فراتر رود، PSV باز می‌شود و بخشی از سیال را تخلیه

می‌کند تا فشار سیستم به محدوده ایمن بازگردد.

استانداردها و کدهای مرتبط با PSV

برای طراحی و محاسبات PSV، استفاده از استانداردهای معتبر ضروری است. مهم‌ترین استانداردهای مرتبط با PSV عبارتند از:

ASME Section VIII: برای تجهیزات تحت فشار.

API 520: راهنمای طراحی و سایزینگ PSV.

و API 521 : تحلیل موارد افزایش فشار.

API 526: استاندارد برای سایزها و نوع PSV.

مراحل محاسبات PSV

تعریف شرایط طراحی (Design Conditions)

ابتدا باید شرایط عملیاتی سیستم مشخص شود:

Set Pressure: فشاری که PSV در آن شروع به باز شدن می‌کند.

Operating Pressure: فشار عادی سیستم، که معمولاً 10-20 درصد کمتر از Set Pressure است.

Overpressure: درصد فشاری که در هنگام عملکرد PSV مجاز است (معمولاً 10%).

شناسایی موارد افزایش فشار

شرایط مختلفی ممکن است باعث افزایش فشار سیستم شوند. برخی از مهم‌ترین آنها عبارتند از:

مسدود شدن خروجی (Blocked Outlet)

خرابی کنترل‌کننده فشار

آتش‌سوزی در اطراف (Fire Case)

افزایش دمای ناگهانی

ورود سیال اضافی به سیستم

هر وضعیتی می‌تواند شرایط مختلفی برای عملکرد PSV ایجاد کند که باید در محاسبات در نظر گرفته شود.

محاسبه نرخ جریان تخلیه (Relief Load)

مقدار سیالی که PSV باید تخلیه کند (Relief Load) بر اساس شرایط محاسبه می‌شود. این مقدار به نوع سیال

(گاز، مایع، بخار) و شرایط ترمودینامیکی سیستم بستگی دارد.

فرمول‌های عمومی برای محاسبه Relief Load:

برای گازها:

\[

W = \frac{C}{\sqrt{T}} \cdot P \cdot K

\]

که در آن:

– \( W \): نرخ جریان (lb/hr یا kg/s)

– \( C \): ثابت جریان

– \( T \): دمای مطلق (K)

– \( P \): فشار (psi یا bar)

– \( K \): ضریب تراکم‌پذیری

برای مایعات:

\[

Q = \frac{W}{\rho}

\]

که در آن:

– \( Q \): نرخ جریان (m³/s)

– \( W \): دبی جرمی

– \( \rho \): چگالی مایع

انتخاب سایز PSV

پس از محاسبه Relief Load، سایز PSV بر اساس ظرفیت تخلیه مورد نیاز انتخاب می‌شود. این کار معمولاً با

استفاده از جداول استاندارد API 526 انجام می‌شود.

محاسبه Back Pressure

Back Pressure فشاری است که در خروجی PSV وجود دارد و می‌تواند عملکرد آن را تحت تأثیر قرار دهد. دو نوع

Back Pressure وجود دارد:

Built-up Back Pressure: ناشی از مقاومت در خطوط خروجی PSV.

Superimposed Back Pressure: فشار موجود در سیستم قبل از عملکرد PSV.

Back Pressure نباید از مقادیر مجاز تعیین‌شده توسط سازنده تجاوز کند.

انتخاب نوع PSV

بر اساس شرایط سیستم و سیال، نوع PSV انتخاب می‌شود. انواع مختلف شامل موارد زیر است:

Spring-Loaded PSV: مناسب برای کاربردهای عمومی.

Pilot-Operated PSV: برای سیستم‌هایی با فشارهای بالا یا نیاز به دقت بیشتر.

Balanced Bellows PSV: برای شرایطی که Back Pressure قابل‌توجه است.

مثال عملی از محاسبات PSV

فرض کنید یک مخزن تحت فشار با مشخصات زیر داریم:

Set Pressure: 10 bar

Operating Pressure: 8 bar

Relief Load: 500 kg/h (گاز)

Back Pressure: 2 bar

مراحل محاسبه:

1. شرایط طراحی مشخص شد.
2. موارد افزایش فشار: مسدود شدن خروجی.
3. محاسبه Relief Load (500 kg/h قبلاً داده شده است).
4. انتخاب سایز PSV: با استفاده از جداول API 526، سایز مناسب تعیین می‌شود.
5. بررسی Back Pressure: مقدار 2 bar بررسی می‌شود که در محدوده مجاز قرار دارد.
6. انتخاب نوع PSV: Spring-Loaded PSV مناسب است.

نکات کلیدی در طراحی PSV

1. همیشه از استانداردها و دستورالعمل‌های معتبر استفاده کنید.
2. شرایط کاری واقعی را به‌درستی در نظر بگیرید.
3. نصب PSV باید طوری باشد که جریان سیال بدون مانع باشد.
4. دوره‌های بازرسی و تست PSV را رعایت کنید.

جمع‌بندی

محاسبات PSV یکی از حیاتی‌ترین مراحل طراحی سیستم‌های ایمنی در صنایع مختلف است. دقت در این محاسبات

می‌تواند از بروز حوادث جدی جلوگیری کند. با رعایت اصول و استفاده از استانداردهای معتبر، می‌توانید عملکرد ایمن

و بهینه PSV را تضمین کنید.

شیرهای ایمنی چیست و چه کاربردهایی دارند?

اگر سوالی دارید یا به ابزارهای محاسباتی نیاز دارید، می‌توانید با ما در ارتباط باشید.