شیرآلات صنعتی چیست؟

شیرآلات صنعتی وسایلی هستند که در صنعت برای قطع، اتصال و کنترل جریان مایعات و گازها در خطوط لوله کاربرد دارند.
این شیرآلات می‌توانند به صورت دستی یا اتوماتیک عمل کنند و در برخی موارد برای جلوگیری از وقوع حوادث غیرمنتظره نیز استفاده می‌شوند. یک ولو (Valve) یا شیر با کیفیت، اجازه عبور سیالات را با حداقل مقاومت و کاهش فشار می‌دهد. از شیرآلات همچنین برای تغییر مسیر جریان، تنظیم فشار و دما استفاده می‌شود. به همین دلیل، شیرآلات یکی از اجزای اساسی در صنایع متنوع از جمله صنایع نفت و گاز هستند. اجزای اصلی یک شیرآلات شامل بدنه، درپوش یا بونت، مجرابند، یوک، کلاهک، شفت، دیسک، نشیمنگاه، تریم و عملگر می‌شوند.
شیرآلات صنعتی دارای مشخصات فنی متنوعی هستند که برای انتخاب مناسب ترین شیرآلات برای هر کاربرد خاص بسیار مهم هستند.

در زیر به برخی از اصلی‌ترین مشخصات فنی شیرآلات اشاره خواهم کرد:

1. جنس بدنه : جنس بدنه شیرآلات معمولاً از مواد متنوعی مانند فولاد، آلومینیوم، مس، چدن یا پلاستیک تولید می‌شود. انتخاب جنس مناسب بر اساس خصوصیات مایع یا گازی که در آن تاثیر می‌گذارد بسیار حائز اهمیت است.

2. نوع عملکرد : شیرآلات می‌توانند دستی یا اتوماتیک باشند. شیرآلات دستی توسط اپراتور انسانی کنترل می‌شوند، در حالی که شیرآلات اتوماتیک به صورت خودکار با توجه به پارامترهای مشخص عمل می‌کنند.

3. کاربرد : هر شیرآلات برای کاربردهای خاصی طراحی شده است. مثلاً شیرآلات مخصوص صنایع نفت و گاز، شیمیایی، آب و فاضلاب و… وجود دارد. انتخاب شیرآلات با توجه به کاربرد موردنظر بسیار مهم است.

4. اندازه (سایز) : ابعاد شیرآلات، از جمله قطر و ارتفاع، بسیار مهم هستند و باید با انتظام توزیع سیالات در سیستم مطابقت داشته باشند.

5. حرکت مکانیکی : این ویژگی به نحوه باز و بسته شدن شیرآلات اشاره دارد. ممکن است شیرآلات به صورت گردشی (دورانی)، خطی یا دیگر انواع حرکت مکانیکی عمل کنند.

6. نحوه عبور سیالات : شیرآلات می‌توانند بر اساس نحوه عبور سیالات، مانند شیرهای گیت، شیرهای کشویی، شیرهای توپی، و… دسته‌بندی شوند. هر نوع شیر برای جریان مایعات مشخصی مناسب است.

7. ضریب شیرآلات : ضریب شیرآلات (Cv یا Kv) نسبت جریان به افت فشار را نشان می‌دهد. این مقدار مهم است برای انتخاب شیرآلات مناسب با توجه به میزان جریان موردنیاز.

8. افت فشار : میزان افت فشار در طول شیرآلات نقش مهمی در کارایی و کاربری دارد. افت فشار باید در محدوده مطلوب باشد.

در انتخاب و طراحی شیرآلات صنعتی، معمولاً ترکیب مشخصات مختلف از اهمیت بسیاری برخوردار است تا به بهترین عملکرد در شرایط خاص دست یافت.

ویژگی‌های شیرآلات صنعتی متنوع و بسته به نیازهای مختلف صنایع می‌توانند متغیر باشند.

در زیر به برخی از ویژگی‌های مهم این شیرآلات اشاره خواهم کرد :

1. جنس بدنه : جنس بدنه می‌تواند از مواد مختلفی مانند استیل، چدن، آلومینیوم، مس و پلاستیک باشد. انتخاب جنس مناسب بستگی به خصوصیات مایع یا گازی دارد که از آن عبور می‌کند.

2.نوع عملکرد : شیرآلات می‌توانند دستی یا اتوماتیک باشند. شیرآلات دستی توسط اپراتور انسانی کنترل می‌شوند، در حالی که شیرآلات اتوماتیک به صورت خودکار با توجه به پارامترهای مشخص عمل می‌کنند.

3. کاربرد : هر نوع شیرآلات برای کاربردهای خاصی طراحی شده است. مثلاً شیرآلات برای صنایع نفت و گاز، صنایع شیمیایی، تصفیه آب، تولید برق و … وجود دارند.

4. اندازه (سایز) : ابعاد شیرآلات باید با ابعاد لوله‌ها و تجهیزات متناسب باشند تا به تنظیم مناسب جریان کمک کنند.

5. حرکت مکانیکی : شیرآلات ممکن است به صورت گردشی (دورانی)، خطی یا به شکل دیگری عمل کنند.

6. نحوه عبور سیالات : شیرآلات ممکن است به صورت شیرهای گیت، شیرهای کشویی، شیرهای توپی و … دسته‌بندی شوند.

7. ضریب شیرآلات : ضریب شیرآلات (Cv یا Kv) نسبت جریان به افت فشار را نشان می‌دهد و برای انتخاب شیرآلات مناسب بسیار مهم است.

8. افت فشار : میزان افت فشار در طول شیرآلات نقش مهمی در کارایی و کاربری دارد. افت فشار باید در محدوده مطلوب باشد.

استانداردهای شیرآلات صنعتی

نیز بسیار مهم هستند تا اطمینان حاصل شود که شیرآلات با مشخصات مناسب ساخته شده‌اند و به عنوان یک تجهیزات صنعتی قابل اعتماد عمل می‌کنند. استانداردهایی مانند API 591، API 598، ISO 52008، API 6D و BS 6755 در این زمینه به کار می‌روند. همچنین استانداردهای محلی مانند IGS و IPS نیز در کشورهای خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
شیرآلات صنعتی به تنوع ویژگی‌ها و کاربردها مختلفی دارند. در ادامه، به ۱۰ نوع از پرکاربردترین شیرهای صنعتی اشاره خواهم کرد:

1. شیرهای توپی (Ball Valve) : این شیرها دارای یک کروی (توپ) دوطرفه هستند که با چرخش ۹۰ درجه به سرعت می‌توانند جریان را باز و ببندند. آن‌ها مناسب برای کنترل جریان مایعات و گازها هستند.

2. شیرهای کروی (Globe Valve) : این شیرها دارای بدنه‌ای به شکل کروی هستند و برای کنترل دقیق جریان و تنظیم فشار در سیستم‌های صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

3. شیرهای ایمنی (Safety Valve) : این شیرها برای جلوگیری از افزایش فشار به مرز خطرناک در تجهیزات و تأسیسات مورد استفاده هستند. آن‌ها در صنایعی که با فشارهای بالا سروکار دارند بسیار اهمیت دارند.

4. شیرهای کشویی (Gate Valve) : این شیرها دارای درپوشی مستقیم برای تنظیم جریان هستند. آن‌ها برای قطع یا باز کردن جریان به صورت کامل به کار می‌روند.

5. شیرهای یک‌طرفه (Check Valve) : این شیرها فقط به یک جهت جریان را عبور می‌دهند و جلوگیری از برگشت جریان را انجام می‌دهند. آن‌ها برای جلوگیری از برگشت مایع یا گاز به سیستم بکار می‌روند.

6. شیرهای کنترل (Control Valve) : این شیرها به کنترل دقیق جریان، فشار، و دما در سیستم‌های صنعتی اختصاص دارند. آن‌ها معمولاً با الکتروپنوماتیک یا هیدرولیک کنترل می‌شوند.

7. شیرهای سوزنی (Needle Valve) : این شیرها دارای سوزن بلند و نازک هستند که به کنترل دقیق جریان یا فشار در سیستم‌های با فشار بالا و دقت بالا اختصاص دارند.

8. شیرهای تنفسی (Breather Valve) : این شیرها برای انجام تعادل فشار در مخازن و تجهیزات در مقابل تغییرات دما و فشار بیرونی به کار می‌روند.

9. شیرهای مخروطی (Plug Valve) : این شیرها دارای یک دیسک یا مخروط بلند هستند که به سرعت می‌توانند جریان را باز و بسته کنند. آن‌ها برای مواردی مانند گاز و سیالات سمی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

10. شیرهای دیافراگمی (Diaphragm Valve) : این شیرها دارای دیافراگم هستند که با تغییر شکل دیافراگم، جریان را کنترل می‌کنند. آن‌ها برای کنترل سیالات خوراکی و سیالات حساس به تلفنی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

هر نوع شیرآلات صنعتی مشخصات و کاربردهای خاصی دارد و انتخاب آن‌ها باید با توجه به نیاز و شرایط خاص هر سیستم صورت گیرد.
کارایی شیرآلات صنعتی در سیستم‌ها و تجهیزات صنعتی بسیار مهم است و وابسته به نوع شیرآلات، مشخصات فنی، و نوع عملگری که برای کنترل آنها استفاده می‌شود، متغیر است.

در زیر به برخی عوامل مهم که تأثیرگذار بر کارایی شیرآلات صنعتی هستند، اشاره می‌کنم :

1. نوع و نحوه عملکرد شیرآلات : شیرها برای ماموریت‌های مختلف طراحی شده‌اند. برخی برای قطع و وصل جریان به کار می‌روند (مانند شیرهای توپی)، برخی برای تنظیم جریان (مانند شیرهای کنترل) و برخی برای جلوگیری از برگشت جریان (مانند شیرهای یک‌طرفه). انتخاب نوع شیر متناسب با نیاز کاربری حائز اهمیت است.

2. مشخصات فنی شیرآلات: مشخصاتی مانند سایز، ضریب شیرآلات (Cv یا Kv)، جنس بدنه، و مشخصات فشار و دما بسیار حائز اهمیت هستند. انتخاب شیرآلات با مشخصات صحیح و متناسب با شرایط محیطی و کاربری موجب افزایش کارایی می‌شود.

3. عملگرهای شیرآلات : عملگرها (اکچویتورها) برای باز و بسته کردن شیرآلات به کار می‌روند. نوع عملگر (الکتریکی، پنوماتیکی، هیدرولیکی، سلنوئیدی و غیره) تأثیر زیادی بر کارایی شیرآلات دارد.

4.تنظیمات و کنترل : برخی شیرآلات نیاز به تنظیم دقیق جریان دارند. این تنظیمات می‌توانند به صورت دستی یا اتوماتیک انجام شوند. عملگرهای کنترلی و کنترل‌های اتوماتیک تأثیر زیادی بر کارایی دقیق و پایدار شیرآلات دارند.

5. مواد سیال : نوع مایع یا گازی که از طریق شیرآلات عبور می‌کند نیز تأثیرگذار بر کارایی شیرهاست. خصوصیات مایع از جمله دما، فشار، و خواص شیمیایی بسیار مهم هستند.

6. محیط اطراف : شرایط محیط اطراف شیرآلات نیز باید در نظر گرفته شود. مثلاً دما، رطوبت، شرایط آب و هوا، و شرایط محیطی متغیر دیگر.

7. تعویض و نگهداری: تعویض و نگهداری منظم شیرآلات برای حفظ کارایی و عمر مفید آنها بسیار مهم است.

کارایی شیرآلات صنعتی به عنوان یک قسمت حیاتی از تجهیزات صنعتی و سیستم‌ها، مستلزم توجه به تمامی این شیرآلات صنعتی بر اساس مکانیزم کارکرد به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند، که هر یک ویژگی‌ها و کاربردهای خاصی دارند. این دسته‌بندی‌ها به تعیین نوع مناسب شیرآلات برای موارد مختلف در صنایع کمک می‌کنند. در ادامه به دو دسته از این شیرآلات بر اساس مکانیزم کارکرد اشاره می‌کنم:

1. شیرآلات پروانه‌ای (Butterfly Valves) :

– عملکرد : شیرآلات پروانه‌ای به وسیله یک پروانه یا دیسک گرد کار می‌کنند. این دیسک به صورت مستقیم در مسیر جریان سیال قرار دارد و با دوران پروانه، جریان را باز و بسته می‌کند.
– کاربردها : این نوع شیرآلات برای کنترل جریان سیالات به صورت سریع و باز و بسته کردن سریع مناسب هستند. از آنها در صنایع مختلف از جمله نفت و گاز، پتروشیمی، و تأسیسات ساختمانی استفاده می‌شود.

2. شیرآلات یک‌طرفه (Check Valves) :

– عملکرد : شیرآلات یک‌طرفه به جلوگیری از برگشت جریان سیال در خطوط لوله کمک می‌کنند. آنها اجازه عبور جریان در یک جهت و جلوگیری از عبور آن در جهت معکوس را می‌دهند.
– کاربردها : این نوع شیرآلات برای جلوگیری از برگشت جریان در خطوط لوله مورد استفاده قرار می‌گیرند. مثلاً در سیستم‌های پمپاژ، تجهیزات حرارتی و سیستم‌های تخلیه فاضلاب از آنها استفاده می‌شود.

همچنین در ادامه دسته‌بندی‌های دیگری بر اساس مکانیزم کارکرد دیگر نیز وجود دارند که می‌توانند بر اساس نیاز و شرایط خاص مورد استفاده قرار گیرند.
عوامل می‌باشد تا به اهداف مورد نظر خدمت کنند.
شیرآلات کشویی یا دروازه‌ای، شیرآلاتی هستند که برای کنترل جریان سیال در خطوط لوله بلند و بزرگ استفاده می‌شوند. این نوع شیرآلات به وسیله یک دروازه یا کشویی عمل می‌کنند که با باز و بسته کردن آن، جریان سیال را کنترل می‌کنند.

ویژگی‌های این نوع شیرآلات عبارتند از :

1.افت فشار کم : شیرآلات کشویی دارای افت فشار کمی هستند، به عبارت دیگر، هنگامی که کاملاً باز هستند، افت فشار در سیال بسیار کم است. این ویژگی می‌تواند در سیستم‌هایی که نیاز به حفظ فشار سیال دارند، مزیت باشد.

2. باز و بسته کردن کامل : یکی از ویژگی‌های اصلی شیرآلات کشویی این است که می‌توانند جریان سیال را به طور کامل ببندند یا باز کنند. این ویژگی مخصوصاً در مواردی که نیاز به قطع کامل جریان دارید، حائز اهمیت است.

3. ارتفاع بزرگ : شیرآلات کشویی دارای ارتفاع بزرگی هستند که در نصب و دسترسی به آنها نیاز به فضای مناسب دارد.

4.مصرف انرژی کمتر : به دلیل افت فشار کم، شیرآلات کشویی معمولاً از مصرف انرژی کمتری برخوردارند و در برخی از موارد به مدیریت فشار و جریان کمک می‌کنند.

5.استفاده گسترده : این نوع شیرآلات در صنایع مختلف از جمله نفت و گاز، پتروشیمی، صنایع آب و فاضلاب، تولید برق، و بسیاری از بخش‌های صنعتی دیگر استفاده می‌شوند.

شیرآلات کشویی یا دروازه‌ای به دلیل ویژگی‌های خود برای مواردی که نیاز به کنترل دقیق جریان و قطع کامل آن وجود دارد، انتخاب مناسبی هستند.
شیرآلات بشقابی (Check Valves) یک نوع شیرآلات صنعتی هستند که برای جلوگیری از برگشت جریان سیال در خطوط لوله مورد استفاده قرار می‌گیرند. ویژگی اصلی این شیرآلات، توانایی جلوگیری از جریان سیال به سمت معکوس در یک خط لوله است.

شیرآلات بشقابی به صورت افقی طراحی شده‌اند و معمولاً دارای یک مسیر جریان شکل حرف “S” هستند. وقتی که فشار سیال در جهت درست (از پایین به بالا) اعمال می‌شود، شیر باز می‌شود و جریان به طور آزاد ادامه پیدا می‌کند. اما هنگامی که فشار به سمت معکوس (از بالا به پایین) اعمال می‌شود، شیر بسته می‌شود و جلوگیری از برگشت جریان ایجاد می‌کند.

انواع شیرآلات بشقابی شامل سیر زاویه‌ای، شیر سوزنی و شیر تایپ Y می‌شوند :

1.سیر زاویه‌ای (Swing Check Valve) : در این نوع شیرآلات، مسیر جریان به صورت یک سیر (سهم) از پایین به بالا است. وقتی فشار در جهت درست اعمال می‌شود، سیر از بالا به پایین می‌آید و جریان را ادامه می‌دهد. اما در صورت فشار معکوس، سیر به بالا می‌رود و جریان را مسدود می‌کند.

2. شیر سوزنی (Lift Check Valve) : این نوع شیرآلات دارای یک سوزن عمودی هستند. هنگامی که فشار در جهت درست اعمال می‌شود، سوزن بالا می‌رود و جریان را ادامه می‌دهد. اما در صورت فشار معکوس، سوزن به پایین می‌آید و جریان را مسدود می‌کند.

3. شیر تایپ Y (Y-Type Check Valve) : این نوع شیرآلات شبیه به سیر زاویه‌ای هستند، اما دارای یک شعاع تایپ Y هستند. این طراحی به بهبود عملکرد و کاهش افت فشار کمک می‌کند.

شیرآلات بشقابی معمولاً در سیستم‌هایی که نیاز به جلوگیری از برگشت جریان سیال دارند، از جمله خطوط فاضلاب، خطوط گاز، و سیستم‌های تهویه و تبرید، استفاده می‌شوند.

شیرآلات مخروطی یا سماوری (Plug Valves) از انواع شیرآلات صنعتی هستند که برای قطع و وصل کامل جریان سیالات مورد استفاده قرار می‌گیرند. این شیرآلات معمولاً ارتفاع کمی دارند و دارای یک سیت که به صورت مخروطی طراحی شده است می‌باشند. ویژگی اصلی این سیت مخروطی است که به وسیله دوران به سرعت می‌توان جریان را باز و بسته کرد.

مزیت‌های شیرآلات مخروطی عبارتند از:

1. باز و بسته کردن سریع : به دلیل طراحی مخروطی سیت، این شیرها به سرعت می‌توانند جریان را قطع یا وصل کنند.

2. سازگاری با مواد مختلف : شیرآلات مخروطی می‌توانند با مختلف مواد مایع کار کنند و تا حدودی مقاوم به نوسانات فشار و دما باشند.

3.قیمت مناسب : این نوع شیرآلات معمولاً قیمت مناسبی دارند و به صورت گسترده در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.

4. کم افت فشار : شیرهای مخروطی بسیار کم افت فشار دارند و به خوبی جریان را کنترل می‌کنند.

5. بدون نقص در ترکیبات شیمیایی : این شیرآلات به خوبی می‌توانند با مواد شیمیایی در تماس باشند و به عنوان یک انتخاب مناسب در صنایع شیمیایی مورد

شیرآلات توپی (Ball Valves)

از جمله انواع متداول شیرآلات صنعتی هستند. مکانیزم عملکرد این شیرها بر اساس استفاده از یک توپ کروی به عنوان مانع برای عبور جریان سیالات است. توپ کروی داخل شیر به دور محور خود چرخش می‌کند و می‌تواند جریان سیالات را باز و بسته کند. این شیرها به صورت ربع گرد طراحی شده‌اند، به این معنا که توپ کروی 90 درجه دوران می‌کند و مسیر جریان را کاملاً باز یا بسته می‌کند.

ویژگی‌های شیرآلات توپی شامل :

1. باز و بسته کردن سریع : شیرآلات توپی به سرعت و به صورت کاملاً باز یا بسته جریان را کنترل می‌کنند. این ویژگی آن‌ها را به عنوان یک انتخاب عالی برای کنترل جریان در سیستم‌هایی که نیاز به باز و بسته کردن سریع دارند معرفی می‌کند.

2. سازگاری با مواد مختلف : شیرآلات توپی می‌توانند با مختلف مواد مایع کار کنند و مقاوم به نوسانات فشار و دما باشند.

3.  کم افت فشار : این نوع شیرآلات دارای افت فشار کمی هستند که برای حفظ کارایی و کنترل دقیق جریان مفید است.

4.مصرف انرژی کمتر برای باز و بسته کردن : باز و بسته کردن توپ کروی نیاز به مصرف انرژی کمتری دارد.

شیرهای اطمینان (Relief Valves) به منظور ایجاد ایمنی در مواقعی که فشار سیال به حداکثر برسد یا از حداکثر بیشتر شود، مورد استفاده قرار می‌گیرند. این شیرآلات مقداری از سیال را به سمت خارج تخلیه می‌کنند تا فشار را کاهش دهند و از ایجاد آسیب به خطوط لوله یا تجهیزات جلوگیری کنند.

دو نوع شیرهای اطمینان وجود دارند:

1. شیرهای ایمنی (Safety Valves) : این نوع شیرها برای گازها مورد استفاده قرار می‌گیرند و به شکل تدریجی فشار را کم می‌کنند تا از ایجاد فشار اضافی در سیستم جلوگیری شود.

2. شیرهای فشار شکن (Pressure Relief Valves) : این نوع شیرها برای مایعات استفاده می‌شوند و تدریجاً فشار را کاهش می‌دهند تا از وقوع افت فشار ناگهانی در سیستم جلوگیری کنند.

شیرآلات اطمینان به طور گسترده در صنایع مختلف از جمله صنایع پتروشیمی، نفت و گاز، و صنایع شیمیایی مورد استفاده قرار می‌گیرند تا از ایمنی و عملکرد بهینه سیستم‌ها و تجهیزات مرتبط مراقبت شود.
شیرآلات تنفسی (Breather Valves) یا همان شیرهای تهویه مخازن در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. عمده وظیفه‌شان تهویه مخازن یا تجهیزاتی که شامل انواع مایعات یا گازها هستند، به منظور جلوگیری از مچاله شدن (vacuum) یا انفجار (explosion) مخزن می‌باشد. این تجهیزات به تعادل فشار داخل و خارج مخزن کمک کرده و در موارد زیر مورد استفاده قرار می‌گیرند:

1. تهویه مخازن : در مخازنی که به طور متناوب با دمای محیط در تماس هستند و تغییر حجم داخلی آنها اتفاق می‌افتد، نیاز به تهویه دارند. شیرآلات تنفسی به مخزن اجازه می‌دهند تا هوای داخلی خود را تبادل کند و فشار را تنظیم کند.

2. جلوگیری از مچاله شدن : در مواقعی که مخازن خالی می‌شوند وجود شیرآلات تنفسی از ایجاد مچاله جلوگیری می‌کند. مچاله در اثر کاهش فشار وارد شده در مخزن به وجود می‌آید که می‌تواند به تجهیزات و ساختار مخزن آسیب برساند.

3. جلوگیری از انفجار : در مواقعی که فشار داخلی مخزن به حداکثر برسد یا از حداکثر بیشتر شود، شیرهای تنفسی به خروج بخارها یا گازها از مخزن کمک می‌کنند تا از انفجار جلوگیری شود.

شیرآلات تنفسی در دسته‌بندی شیرآلات صنعتی بر اساس کانال جریان به دو نوع مجرای کامل و مجرای کاهنده می‌آیند:

– شیرالات با مجرای کامل (Full Bore Valves) : در این نوع شیرها، مسیر جریان به طور کامل باز است و هیچ گونه محدودیتی در مسیر جریان وجود ندارد.

– شیرالات با مجرای کاهنده (Reducing Bore Valves) : این نوع شیرها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که در حالت کاملاً باز نیز می‌توانند به تنظیم فشار و کنترل جریان کمک کنند.

انتخاب نوع شیرآلات تنفسی و ویژگی‌های آن به ویژگی‌های مخزن و نیازهای خاص شما بستگی دارد.