دیافراگمی

شیر توپی از مهمترین شیرآلات صنعتی و تجهیزات های اصلی برای انسداد و تنظیم جریانات سیال (نفت، گاز، بخار و غیره) در صنعت پتروشیمی هستند.

مزایا و معایب شیر توپی یا بال ولو Ball Valve

مزایای شیر توپی یا بال ولو عبارتست از:

• باز و بسته شدن سریع با یک حرکت چرخشی 90 درجه (ربع گرد)
• اطمینان از ساختار بسیار محکم آن بدون نیاز به نیروی گشتاوری بالا
• داشتن یک طراحی متراکم و کم حجم (این تفاوت اصلی بین شیر توپی و شیر گیت
  Gate Valve یا دروازه ای است – که هر دو وسیله ای برای باز / بسته کردن می باشند.)

معایب بال ولو عبارتند از:

• این نوع شیر از قابلیت تنظیم و کنترل ضعیفی برخوردار است، زیرا برای انسداد و قطع جریان طراحی شده نه تعدیل آن. (برای شیرهای گلوب Globe Valves، این عملکرد ایده آل است.) کنترل جریان باعث می شود که سیت (Seat) به دلیل سرعت بالا و فشار زیاد جریان در شیر، تا حدی معرض فرسایش قرار بگیرد. این سایش و اصطکاک به مرور سبب نشت شیرها خواهد شد.

• از شیر توپی نمی توان برای عبور مخلوط مایع و جامد استفاده کرد زیرا تجمع ذرات معلق و باقی مانده باعث نشت دریچه می شود. این ذرات در حفره هایی در مجاورت بال Ball و سیت (Seat) حالت جامد پیدا کرده و سفت شوند. شیرهای توپی برای گازها و سایر جریانات مایع بسیار کارآمد هستند (حتی مواد شیمیایی نظیر کلر خشک، اسید هیدروفلوئوریک یا اسید هیدروکلریک، و اکسیژن را نیز به چالش می کشند.)
• ممکن است تمیز کردن آنها دشوار باشد (به جز طراحی های ورودی از بالا)

باز، بسته یا نیمه باز بودن موقعیت شیر را می توان با مشاهده وضعیت اهرم تشخیص داد:

• وقتی که اهرم هم تراز لوله است، شیر باز بوده و هنگامی که عمود بر لوله است، شیر بسته می باشد.
• در هر وضعیت دیگری، شیر نیمه باز (یا نیمه بسته) و در حال تعدیل جریان است.

شیرهای توپی متعلق به خانواده شیرهای “چرخش ربع گرد” یا “شیر چرخش 4/1” هستند. (همراه با شیر پروانه ای Butterfly Valve و شیر پلاگ Plug Valve)؛ زیرا عمل باز و بسته شدن با چرخاندن 90 درجۀ یک اهرم متصل به دیسک انجام می شود. میتوانید مقاله شیر دیافراگمی را مطالعه فرمایید.

مشخصات کلیدی شیر توپی عبارتند از:

• API 6D ، BS 5351(فورج)
•  ASME B16.34(درجه بندی فشار و دما)
• ASME B16.5 / B16.47(انتهای فلنج)
•  ASME B16.25(پایانه های جوش)

شیر توپی چگونه کار می کند؟

توپ درون شیر دارای مجرایی است که هنگامی که کاملاً با دو انتهای شیر تراز شود، جریان آزادانه از طریق آن عبور می کند و هنگامی که مجرا کاملاً بر انتهای دستگاه عمود است، شیر به طور کامل مسدود می شود.

مجرا در هر وضعیت دیگری قرار بگیرد، جریان به طور جزئی قطع می شود.

شیر توپی Ball Valve در مقایسه با شیر دروازه ای Gate Valve

شیر توپی عملکردی مشابه شیر دروازه ای ندارد. تفاوت بین آنها در این است که اولی از یک توپ کروی برای باز و بسته کردن جریان استفاده می کند در حالیکه دومی از یک دیسکی که به روی سیت قرار گرفته است؛ در واقع این تفاوت مربوط به طراحی و فشردگی آنهاست.

شیر توپی Ball Valve در مقایسه با شیر گلوب Globe Valve

شیرهای توپی به اندازۀ شیرهای گلوب برای کنترل جریانات سیال دقیق نیستند زیرا به جای موقعیت های افزایشی، دارای چرخش های (0، 45 و 90 درجه) می باشند. علاوه بر این، اگر شیر در طولانی مدت در موقعیت نیمه باز (یا مکررا باز / بسته) قرار بگیرد، آسیب می بیند. (البته این مسئله ای برای شیرهای گلوب وجود ندارد)

انواع شیرهای توپی

شیرهای توپی را می توان با توجه به معیارهای مختلف طبقه بندی کرد:

• از لحاظ طراحی: فلوتینگ Floating یا شناور، ترونیون Trunnion و دابل بلک اند بلید Double Block and Bleed یا شیر انسداد و تخلیه
• تعداد پورت ها (ورودی): نوع استاندارد با 2 پورت (1 ورودی، 1 خروجی)، 3 طرفه نیز موجود است (1 ورودی و 2 خروجی یا برعکس)
• اندازه مجرا: مجرای کاملFull Bore یا کاهنده Reduced Bore FB در مقابل RB، و V شکل
• مونتاژ بدنه: یکپارچه (بدنه توپ از یک قطعه کست یا استیل فورج ساخته شده است)، 2 یا 3 قطعه (بدنه حاصل از مونتاژ دو یا سه قسمت مختلف است)
• مدخل توپ: ورودی جانبی یا ورودی بالایی
• نوع سیت: فلزی یا نرم (تفلون)

 

شیرهای توپی فلوتینگ Floating

در این نوع شیر توپی، توپ در مایع در حال جریان معلق است و با فشرده سازی دو سیتِ الاستومری در مقابل آن، در موقعیتش نگه داشته می شود. شافت نیز در بالای توپ وصل شده و اجازه می دهد تا با حرکت ربع گرد (90 درجه) از حالت باز به حالت بسته تغییر یابد.

 

وقتی که شافت حرکت می کند، یک باری بر روی توپ اعمال شده که سبب می شود در مقابل سیت فشرده شود.

این طراحی سبک و اقتصادی بوده و اندازه مجرای آن تا 10 اینچ مناسب است: اگر اندازه مجرا بیش از این باشد، سیت قادر به تحمل توپ های سنگین تر نبوده و شیر توپی نمی تواند عملکردی ایمن و کارآمد داشته باشد.

شیرهای فلوتینگ امکان باز و بسته جریان را به صورت دو طرفه (همانند نوع Trunnion) فراهم می کنند.

مواد سازنده

این نوع شیرها با بدنه ای از جنس کست یا فورج (مونوبلاک یا اسپلیت) در دسترس هستند.

به طور کلی شیرهای کمتر از قطر 2 اینچ (5 سانتی متر)، دارای 2 قطعه از سه قطعۀ بدنه فورج هستند. (رایج ترین آن ASTM A105 برای سرویس با درجه حرارت بالا ، ASTM A350 LF2 و LF3 برای سرویس با درجه حرارت پایین وASTM A182 F304 ، F316 برای شیرآلات استیل ضدزنگ یا درجات بالاتر، مانند شیرهای دوبلکس ASTM A182 F51 و فوق العاده دوبلکس ASTM A182 F53 / F55.

شیر توپی به صورت دنده ای، لب جوشی، فلنج دار و ساکتی در کلاس های زیر قابل ارائه می باشد:

بال ولو کلاس 150

بال ولو کلاس 300

بال ولو کلاس 600

بال ولو کلاس 900

بال ولو کلاس 1500

بال ولو کلاس 2500

شیر توپی پنوماتیک

شیر توپی پنوماتیک از مونتاژ شیر توپی با عملگر پنوماتیک تشکیل می شود که به طور اتوماتیک و بدون نیاز به اپراتور، جریان سیال عبوری را قطع و وصل یا کنترل می کند.

شیر توپی پنوماتیک که بال ولو پنوماتیک هم نامیده می شود، با چرخش 90 درجه ای توپی (بال)، مسیر سیال را قطع و وصل می کند و عملگر (اکچویتور) پنوماتیک انرژی باد فشرده را به حرکت دورانی و خطی تبدیل می کند. شیر توپی پنوماتیک به دلیل باز و بست سریع، در اکثر پروژه های صنعتی که زمان قطع و وصل اهمیت دارد مورد استفاده قرار می گیرد.

شیر توپی با اکچویتور پنوماتیک از بدنه و توپی و سیت و غیره تشکیل می شود که توپی آن به استم (محور) متصل می باشد. اکچویتور پنوماتیک روی شافت چهارگوش شیر توپی مونتاژ می شود و مجموعه شیر توپی پنوماتیک را تشکیل می دهد. انتخاب اکچویتور شیر توپی پنوماتیک به سایز شیر توپی، فشار کاری و دمای سیال بستگی دارد. اکچویتور پنوماتیک یا همان اکچویتور بادی، با فنر رفت و برگشت یا بدون فنر عمل تبدیل و انتقال انرژی را انجام می دهد. برای مونتاژ شیر توپی پنوماتیک، شافت شیر توپی باید چهارگوش باشد. در غیر این صورت باید توسط دستگاه فرز به شافت چهارگوش تبدیل و به عملگر پنوماتیک کوبل شود.

انواع شیرهای توپی

شش نوع اصلی از بدنه شیرهای توپی وجود دارد: سینگل بادی – هایپرشر استیل – کرویژنیک – ترینیون – اند انترای – تاپ انترای