شیر توپی فلنج دار

شیر توپی فلنج ‌دار چیست؟

شیر توپی فلنج ‌دار یک نوع شیر قطع و وصل سریع با مکانیزم گوی چرخان ۹۰ درجه است که از طریق اتصال فلنجی طبق استاندارد ASME B16.5 به خطوط لوله فرایند پیچ و مهره می‌شود. این شیر توپی با افت فشار بسیار کم، آب‌بندی حبابی و سرعت عمل بالا همواره انتخاب اول برای خطوط اصلی انتقال نفت، گاز، پتروشیمی‌ها و صنایع نیروگاهی است.

ساختمان طراحی شیر توپی فلنج ‌دار شامل بدنه، گوی، نشیمنگاه‌های دوجانبه و دسته (عملگر) است. این شیر با چرخش ۹۰ درجه‌ای دسته از حالت کاملاً باز به حالت کاملاً بسته تغییر وضعیت می‌دهد. انواع شیر توپی فلنج ‌دار در کلاس‌های فشاری ۱۵۰ الی ۲۵۰۰ و سایزهای  الی 60 اینچی تولید می‌شوند. اما مهمترین نکته‌ای که در هنگام خرید شیر توپی فلنج‌ دار باید بررسی کنید، تفاوت بین مدل‌های یکپارچه با مدل‌های سه تکه و تاثیر آن بر تعمیرپذیری است که در ادامه این مطلب با جزئیات کامل بررسی خواهیم کرد.

عملکرد و اجزای اصلی شیر توپی فلنج ‌دار

شیرهای توپی فلنج‌دار براساس یک اصل ساده و هوشمندانه طراحی شده‌اند. یک گوی با سوراخی در وسط که با چرخش ۹۰ درجه مسیر جریان را کاملا باز می‌کند و یا کاملاً می‌بندد. طراحی این شیرها در کل بسیار ساده است و از چند بخش اصلی تشکیل شده‌اند:

• بدنه (Body)

بدنه شیرهای توپی فلنج‌دار را معمولاً از جنس فولاد کربنی، استنلس استیل ۳۰۴ یا ۳۱۶ و در برخی سرویس‌های خاص از آلیاژ‌های مونل یا هاستلوی می‌سازند. طراحی بدنه به سه روش انجام می‌شود.

• گوی (Ball)

گوی در مرکز شیر توپی قرار گرفته و یک سوراخ کامل (Full Bore) هم اندازه قطر داخلی لوله دارد. اگر سوراخ داخل گوی کاملا هم‌جهت لوله قرار بگیرد، افت فشار تقریباً صفر و عبور سیال بدون اعوجاج انجام می‌شود. بسته به مدل و نوع سیال سطح گوی را با روکش‌هایی از کروم سخت یا نیکل کروم می‌پوشانند تا در برابر سایش و خوردگی مقاوم باشد.

• نشیمنگاه‌ها (Seats)

در شیر توپی فلنج ‌دار دو نشیمنگاه در دو طرف گوی قرار دارد که با نگهداشتن گوی در مرکز، شیر را آب‌بندی می‌کنند. جنس نشیمنگاه‌ها تعیین می‌کند که شیر برای چه نوع سیالی و در چه دمایی مناسب است.

• عملگر (Actuator)

انواع شیر توپی فلنج‌ دار را به شکل دستی یا عملکرد اتوماتیک طراحی می‌کنند. در مدل‌های دستی شیر دارای یک هندل یا گیربکس حلزونی برای چرخاندن گوی است. اما برای طراحی شیرهای بزرگتر از ۶ اینچ و حتی شیرهای کوچک که در ارتفاع یا مکان‌ها با دسترسی دشوار نصب می‌شوند، از انواع عملگرهای پنوماتیکی یا الکتریکی استفاده می‌شود.

مشخصات فنی شیر توپی فلنج دار

تمام مشخصات فنی شیرهای توپی فلنج‌دار براساس استانداردهای مشخصی است. طبق استاندارد API 6D شیرهای توپی فلنج‌دار باید در کلاس‌های فشاری ۱۵۰ الی ۲۵۰۰ و در سایزهای  الی 60 اینچی عرضه شوند. تست نهایی این شیرها نیز مطابق با استاندارد API 598 انجام می‌شود. همچنین طراحی و سایز فلنج‌ها براساس ASME B16.5 برای سایزها تا ۲۴ اینچ و ASME B16.47 برای سایزهای بزرگتر است.

ویژگی‌های شیر توپی فلنج‌ دار

شیرهای توپی فلنج‌دار فقط شیرهای ساده قطع و وصل با مکانیزم عملکرد ۹۰ درجه نیستند، بلکه مجموعه‌ای از ویژگی‌های مهندسی شده در اختیار دارند که آنها را به یکی از مطمئن‌ترین و پرکاربردترین شیرهای صنعتی تبدیل کرده است:

• قابلیت باز و بسته شدن سریع در یک ربع چرخشی

باز و بسته شدن در یک ربع چرخشی (90 درجه) ساده‌ترین اما حیاتی‌ترین ویژگی شیرهای توپی فلنجی است. در شرایط اضطراری زمانیکه هر ثانیه می‌تواند به قیمت یک فاجعه تمام شود، عملکرد سریع در یک ربع چرخش این شیرها به‌ طور کامل مسیر لوله را می‌بندد. زمانیکه دسته در راستای لوله باشد، شیر باز است و زمانیکه عمود بر راستای لوله باشد، شیر بسته است. اپراتور با یک نگاه حتی از فاصله ۲۰ متری می‌تواند وضعیت کاری شیر را تشخیص دهد.

• افت فشار تقریباً صفر در خط لوله

در مدل‌های Full Bore قطر سوراخ گوی دقیقاً هم‌قطر لوله است. یعنی زمانیکه شیر کاملاً باز است، سیال از مسیری مانند یک لوله با جداره صاف عبور می‌کند. در نتیجه هیچ افت فشاری در مسیر اتفاق نمی‌افتد. این قابلیت برای پمپ‌ها سودمند است، زیرا نیازی به انرژی اضافی ندارند. از طرفی برای دیگر تجهیزات خصوصاً سنسورهای اندازه‌گیری مناسب است، زیرا هیچ اعوجاجی در مسیر عبور سیال ایجاد نمی‌کند.

• قابلیت آب‌بندی حبابی (Bubble-Tight)

آب‌بندی حبابی یعنی شرایطی که حتی یک حباب گاز هم قابلیت عبور از شیر را نداشته باشد. در طراحی شیرهای توپی فلنجی، نشیمنگاه‌های دو طرفه گوی را محکم در بر گرفته‌اند. وقتی شیر کاملاً بسته باشد، حتی یک حباب گاز هم نمی‌تواند از آن عبور کند.

• قابلیت تعمیرپذیری آسان روی خط (مدل سه تکه)

تعمیر پذیری مدل‌های یکپارچه یا دوتکه دشوار است و باید از روی خط باز شوند. اما برای تعمیر شیر توپی سه تکه نیازی به باز کردن کامل بدنه از روی فلنچ‌ها نیست. کافی است پیچ‌های بخش مرکزی را باز کنید تا گوی و نشیمنگاه جدا شوند. در عرض ۳۰ دقیقه می‌توانید شیر توپی سه تکه را روی خط سرویس کرده یا قطعات آن را تعویض کنید.

کاربردهای شیر توپی فلنج‌ دار

شیرهای توپی فلنج‌دار مدل‌های همه کاره در صنایع مختلف هستند. از طراحی خطوط گاز پرفشار و سکوهای دریایی گرفته تا سیستم‌های آتش نشانی و ایستگاه‌های تقویت فشار از این شیرهای توپی استفاده می‌کنند.

خرید شیر توپی فلنجی

برای خرید شیر توپی فلنجی با کیفیت مناسب و متناسب با نوع سیال، فشار و دمای کاری، می‌توانید از محصولات عرضه‌شده در پیکاتک استفاده کنید. این نوع شیر به دلیل آب‌بندی مناسب، عملکرد سریع و مقاومت بالا، در بسیاری از خطوط لوله و سیستم‌های صنعتی کاربرد دارد.

برای استعلام قیمت شیر توپی فلنجی و دریافت راهنمایی جهت انتخاب مدل مناسب، با کارشناسان پیکاتک تماس بگیرید و از مشاوره رایگان خرید بهره‌مند شوید.

راهنمای خرید شیر توپی فلنجی

خرید شیر توپی فلنجی یک مسیر کاملاً مهندسی است و باید گام به گام تمام مشخصه‌های فنی را مطابق با شرایط سیال و فرایند انتخاب کنید. بهتر است یک برگه مقابل خودتان بگذارید و پارامترهای کلیدی مانند کلاس فشاری، سایز، نوع حفره، متریال بدنه، جنس نشیمنگاه، تعداد تکه‌های بدنه، گواهی‌های ضروری و نوع عملگر را یادداشت کنید. هر کدام از این پارامترها را در قالب یک راهنمای خرید بررسی خواهیم کرد:

• بررسی کلاس فشاری شیر توپی فلنجی

حتماً کلاس فشاری شیر توپی فلنجی را دقیقاً مطابق با کلاس فلنج خط انتخاب کنید. هرگز به سراغ کلاس پایین‌تر برای صرفه‌جویی و کلاس بالاتر برای احتیاط بیشتر نروید. اگر این نکته را رعایت نکنید شیر در اولین افزایش فشار ترک می‌خورد و یا مستلزم هزینه اضافی بی‌دلیل هستید.

بزرگترین اشتباه هنگام خرید شیر توپی فلنجی این است که ابتدا سایز را انتخاب کرده و سپس به کلاس فشاری آن فکر کنید. این در حالی است که کلاس فشاری تعیین کننده اصلی ضخامت بدنه، ابعاد فلنج و نوع تست شیر است. انواع این شیرها را در کلاس ۱۵۰ الی ۲۵۰۰ مطابق استاندارد ASME B16.34 طراحی می‌کنند. اگر به اشتباه شیر با کلاس پایین‌تر را روی خط با کلاس بالاتر نصب کنید، قطعاً بدنه آن در اولین افزایش فشار ترک می‌خورد.

• بررسی سایز شیر توپی فلنج دار

دومین پارامتر انتخاب سایز شیر است که باید هم‌اندازه سایز لوله انتخاب کنید، مگر آنکه دلیل مهندسی برای تغییر سایز وجود داشته باشد. مثلاً گاهی مهندسین پایپینگ برای ایجاد یک تنگ شدگی عمودی و افزایش نیروی هیدرولیکی از شیر توپی با سایز کوچکتر استفاده می‌کنند. اما در کل انتخاب سایز یک نکته کاملاً مهندسی و مربوط به شرایط طراحی فرایند است. ولی در بیش از ۹۰ درصد پروژه‌ها سایز شیر باید دقیقاً هم‌اندازه سایز لوله باشد.

Full Bore یا Reduced Bore به کدامیک نیاز دارید؟

اگر خط پیگ‌رانی می‌شود، حتماً باید مدل Full Bore با سوراخ هم‌سایز خط را تهیه کنید. در غیر این صورت زمانیکه افت فشار خط چندان اهمیتی ندارد، می‌توانید از مدل Reduced Bore (سوراخ تنگ‌تر) استفاده کنید. در نظر داشته باشید که نصب شیر توپی با گوی Reduced فشار خط را تا ۳۰ درصد کاهش می‌دهد.

• تطبیق متریال بدنه با سیال و محیط

در هنگام خرید شیر توپی فلج‌دار متریال بدنه را با در نظر گرفتن ترکیب شیمیایی سیال و شرایط محیطی نصب تطبیق دهید. یک اشتباه در انتخاب متریال می‌تواند شیر را در عرض چند ماه فرسوده کرده و نشتی قابل توجه رخ دهد.

• فولاد کربنی برای نفت و گاز شیرین، آب فرایندی غیر خورنده و هوای فشرده
• استنلس استیل برای سیالات با ترکیبات خورنده مانند کلریدها، اسیدها، گاز ترش و...
• استیل Duplex برای سکوهای دریایی، کشتی‌ها و تاسیسات ساحلی
• هاستلوی C276 برای خطوط اسید سولفوریک، اسید کلریدریک و گاز کلر
• Monel تنها گزینه قابل قبول در انتقال اسید هیدروفلوئوریک است.

هرگز شیر با بدنه فولاد کربن را بدون پوشش حفاظتی (Coating) در فضای باز و مناطق مرطوب نصب نکنید. متاسفانه خیلی از مهندسین درباره این پوشش اضافی چیزی نمی‌دانند و یا پرسجو درباره آن را فراموش می‌کنند. این پوشش با ضخامت حداقل ۳۰۰ میکرون چندان تاثیری روی قیمت شیر ندارد، ولی عمر مفید آن در فضای باز را چندین برابر می‌کند.

• انتخاب نشیمنگاه براساس دما و نوع سیال

در گام بعدی خرید شیر توپی فلنج‌ دار باید درباره متریال نشیمنگاه تصمیم‌گیری کنید. برای اکثر کاربردهای عمومی با دمای زیر ۲۰۰ درجه سانتیگراد، نشیمنگاه تفلونی (PTFE) کافی است. اما اگر دمای فرایند در محدوده ۲۰۰ الی ۲۶۰ درجه است، نشیمنگاه TFM یا PEEK را انتخاب کنید. برای سیالات فوق داغ نیز باید از نشیمنگاه‌های فلزی (Metal Seeted) استفاده کنید.

• بررسی تعداد تکه‌های بدنه براساس قابلیت تعمیرپذیری

انتخاب تعداد تکه‌های بدنه علاوه‌بر قیمت در قابلیت تعمیرپذیری شیر نیز نقش دارد. برای این مرحله نکات زیر را رعایت کنید:

• اگر شیر در خطی نصب می‌شود که توقف طولانی هزینه‌بردار است، مدل سه تکه (Three-Piece) را انتخاب کنید.
• اگر شیر در یک خط غیر حساس و کم فشار نصب شده است، مدل دو تکه را تهیه کنید.
• مدل یکپارچه اقتصادی‌ترین گزینه صرفاً برای خطوط معمولی است.

قیمت شیر توپی فلنجی

قیمت شیر توپی فلنج‌ دار کاملاً تحت تاثیر پارامترهای اصلی مانند کلاس فشاری، سایز، نوع حفره گوی و تعداد تکه‌های آن است. در عین حال متریال نیز نقش تعیین کننده در قیمت نهایی شیر دارد. قیمت این شیرها تحت تاثیر عوامل گوناگون تغییر می‌کند:

• هر چه کلاس فشار بالاتر باشد، بدنه ضخیم‌تر و فلنج‌ها سنگین‌تر هستند و قیمت نیز افزایش پیدا می‌کند. قیمت یک شیر با کلاس ۶۰۰ می‌تواند تا ۳ برابر یک شیر با کلاس ۱۵۰ باشد.
• افزایش سایز از 2 اینچ تا 12 اینچ قیمت شیر را تا ۱۰ برابر افزایش می‌دهد. سایز بزرگتر به معنای متریال بیشتر و گوی حجیم‌تری است.
• شیر با حفره Reduced Bore در حدود ۳۰ درصد ارزان‌تر از مدل Full Bore در سایز یکسان است.
• شیرها با بدنه فولاد کربنی از همه ارزان‌تر هستند. ولی یک شیر با بدنه استیل حدود ۳۰ الی ۵۰ درصد گرانتر است. اما بدنه Duplex تا دو برابر گران‌تر می‌شود. قیمت شیر با بدنه‌های خالص آلیاژ‌های هاستلوی، مونل و... نیز بسیار بالا و کاملاً متغیر است.
• تعداد تکه‌های بدنه بر قیمت نهایی شیر تاثیر می‌گذارند. شیرهای یکپارچه از همه ارزان‌تر و مدل‌های سه تکه از همه گران‌تر هستند.
• گواهی‌ها نیز عامل تعیین کننده هستند. یک شیر با گواهی Fire Safe (API 607) تا ۲۰ درصد از نمونه‌های مشابه گرانتر است.

به یاد داشته باشید که ارزش خرید شیر توپی فلنج دار در طول عمر مفید آن و تطابق کامل با شرایط سیال و فرایند است. کارشناسان پیکاتک به شما کمک می‌کنند تا با بررسی دیتاشیت‌ها و الزامات پروژه تمام پارامترها را ارزیابی کرده و بهترین نوع شیر توپی مطابق با شرایط پروژه را تهیه کنید.

سوالات متداول

• برای خط گاز با دمای 100 درجه، نشیمنگاه PTFE کافی است یا باید TFM یا PEEK انتخاب شود؟

برای خطوط بخار هرگز از نشیمنگاه PTFE استفاده نکنید. بلکه از نشیمنگاه فلزی یا گرافیتی استفاده کنید.

• چطور مطمئن شویم که شیر توپی فلنجی گواهی Fire Safe دارد؟

گواهی API 607 را با شماره سریال و Heat Number بخواهید و با یکدیگر مقایسه کنید.

• چرا شیر بدنه فولاد کربنی (WCB) برای خط آب دریا مناسب نیست؟ و باید به جای آن چه متریالی تهیه کنیم؟

فولاد کربن در مواجه با آب دریا به سرعت زنگ می‌زند و خورده می‌شود. برای آب دریا شیر توپی استیل 316 یا استیل دوپلکس تهیه کنید.