شیر فشار شکن

شیر فشار شکن چیست؟

شیر فشار شکن (Pressure Reducing Valve) یکی از انواع شیرآلات صنعتی است که فشار ورودی بالا را گرفته و به یک فشار خروجی پایین‌تر، ثابت و از پیش تنظیم شده تبدیل می‌کند، بدون اینکه نوسانات ورودی یا تغییرات مصرف روی خروجی آن تاثیرگذار باشد. این شیر با تعادل بین نیروی فنر تنظیمی و فشار خروجی کار می‌کند. زمانیکه فشار خروجی افت می‌کند، فنر دیافراگم را پایین می‌راند و اوریفیس را بازتر می‌کند تا فشار جبران شود. در مقابل زمانیکه فشار خروجی بالا رود، فنر دیافراگم را می‌بندد.

مدل‌های مستقیم شیر فشار شکن برای خطوط کم دبی و مدل‌های پایلوت‌ دار برای دبی‌های بالا و دقت بیشتر استفاده می‌شوند. اما مهمترین نکته‌ بررسی نوع اوریفیس و تنظیم آن برای دبی واقعی خط است. 

طراحی و اجرای شیر فشار شکن

اصول طراحی شیرهای فشارشکن در کل ساده است و بر پایه تنظیم موقعیت دریچه اوریفیس با استفاده از فنر کار می‌کنند. شناخت اجزای شیر فشار شکن کلید درک نحوه کار آنها است. هر جز نقش مشخصی در بازی تعادل نیروها دارد و اگر یکی از آنها درست کار نکند، کل سیستم کاهش فشار مختل می‌شود. در جدول زیر اجزای اصلی این شیرها را بررسی کرده‌ایم:

نحوه کار شیر فشار شکن

شیرهای فشار شکن براساس تعادل بین نیروی فنر تنظیم از بالا، فشار خروجی از پایین و فشار ورودی از کنار کار می‌کنند. این سه نیرو مداوم در حال تعامل با یکدیگر هستند تا مقدار فشار خروجی شیر در نقطه تنظیمی ثابت باقی بماند.

فنر تنظیمی که از قبل فشرده شده، دیافراگم را به سمت پایین هل می‌دهد. دیافراگم اوریفیس را بازتر کرده و سیال بیشتری از شیر عبور می‌کند. زمانیکه فشار خروجی بالا می‌رود، به دیافراگم نیرو وارد می‌کند تا آن را به سمت بالا براند. اگر مصرف افت پیدا ‌کند، فشار خروجی شیر شروع به بالا رفتن می‌کند و دیافراگم تحت تاثیر نیروی فنر دهانه اوریفیس را می‌بندد و جریان تقریباً قطع می‌شود.

مشخصات فنی شیر فشار شکن

بررسی کلی مشخصات شیرهای فشار شکن اطلاعاتی است که مشخص می‌کنند این شیر برای خط شما مناسب است یا خیر. اگر مشخصات فنی را با دقت بررسی نکنید، ممکن است شیری بخرید که در برابر فشار دوام نمی‌آورد یا فشار خروجی را در محدوده مورد نیاز تنظیم نمی‌کند. طبق استاندارد EN 1567 شیرهای فشار شکن باید به گونه‌ای طراحی شوند که در بدترین شرایط نیز فشار خروجی آنها از حد مجاز تعیین شده بالاتر نرود. در غیر این صورت تجهیزات پایین دست که برای فشار پایین طراحی شده‌اند، در معرض آسیب قرار می‌گیرند.

انواع شیر فشار شکن

انواع شیر فشار شکن را می‌توان از نظر مکانیزم عملکرد یا براساس عنصر تنظیمی و یا با توجه به کاربرد دسته‌بندی کرد. شناخت این دسته‌بندی‌ها کمک می‌کند دقیقاً شیری را انتخاب کنید که برای شرایط پروژه شما ساخته شده است:

شیر فشار شکن مستقیم (Direct Acting)

شیرهای فشار شکن مستقیم ساده‌ترین الگوی طراحی را دارند و در آنها یک دیافراگم و یک اوریفیس برای تنظیم فشار خروجی کنار هم بازی می‌کنند. در این شیرها فنر تنظیمی مستقیم روی دیافراگم نشسته است. وقتی فشار خروجی افت می‌کند، فنر دیافراگم را پایین می‌راند و اوریفیس بازتر می‌شود تا فشار افزایش پیدا کند. اما زمانیکه فشار خروجی زیاد می‌شود، دیافراگم بالا رفته و دهانه اوریفیس را می‌بندد.

شرایط نصب 

شیرهای فشار شکن مستقیم برای تاسیسات ساختمان‌های مسکونی و اداری با فشار متعادل ۶ به 2 یا 3 بار عالی هستند. همچنین در طراحی سیستم‌های هوای فشرده کوچک، خطوط گاز کم مصرف و در کل هر پروژه‌ای که دبی مصرف نسبتاً ثابت است و نوسان شدیدی وجود ندارد، بهترین کارایی را دارند.

شرایط عدم نصب 

زمانیکه مصرف تجهیزات پایین دست نوسان شدیدی داشته باشد، این شیرها کم می‌آورند. مانند دیگ بخار کارخانه‌ای که صبح‌ها باید مقدار قابل توجه بخار را تولید کرده اما شب‌ها مصرف آنجا شدیداً افت می‌کند. در چنین شرایطی شیرهای مستقیم دچار نوسان مهلکی می‌شوند. زیرا نمی‌تواند این نوسان حداکثری را مدیریت کنند. بهتر است از شیر فشار شکن مستقیم در تاسیسات کارخانه‌ای استفاده نکنید.

مزایا

• قیمت بسیار ارزان‌تر در مقایسه با مدل‌های پایلوت‌دار
• نصب ساده بدون نیاز به لوله‌کشی با تجهیزات جانبی
• ساختار ساده براساس فنر، دیافراگم و اوریفیس
• نگهداری آسان (فقط دیافراگم و نشیمنگاه مصرفی هستند)
• واکنش سریع به تغییرات تدریجی فشار

معایب

• دقت بسیار کم برای مدیریت فرایندهای حساس
• نوسان شدید فشار در مصرف کننده‌های متغیر
• محدودیت برای دبی‌های بالا
• خستگی زود هنگام فنر در اثر سیکل‌های مداوم
• نامناسب برای بخار فوق داغ و دماهای خیلی بالا

شیر فشار شکن پایلوت‌دار

شیرهای پایلوت‌دار نسخه حرفه‌ای و دقیق فشار شکن هستند. در این شیرها به جای اینکه فنر مستقیماً دیافراگم را کنترل کند، یک پایلوت کوچک فشار خروجی را حس کرده و فرمان تنظیم شیر اصلی را با دقت بالایی تعیین می‌کند. در نتیجه فشار خروجی حتی با وجود نوسان در ورودی یا تغییر شدید مصرف در تجهیزات پایین دست، ثابت باقی می‌ماند.

در شیرهای فشار شکن پایلوت‌دار دو بخش مجزا وجود دارد. یکی شیر اصلی که جریان را کنترل می‌کند و دومی پایلوت است که مثل یک سنسور دقیق فشار خروجی را زیر نظر دارد. زمانیکه فشار خروجی افت می‌کند، پایلوت این افت را حس کرده و فرمان باز شدن بیشتر شیر اصلی را می‌دهد. در مقابل زمانیکه فشار خروجی زیاد است، پایلوت فرمان بسته شدن شیر اصلی را صادر می‌کند.

شرایط نصب

شیرهای فشار شکن پایلوت‌دار برای خطوط بخار صنعتی با مصرف متغیر در انواع کارخانه‌ها عالی هستند. همچنین از قابلیت تنظیم فشار این شیرها در شبکه‌های توزیع گاز با نوسان مصرف در طول روز، خطوط فرایندی که دقت فشار ضامن کیفیت محصول است و در کل هر پروژه‌ای که فشار ورودی دارای نوسان شدیدی است، استفاده می‌کنند. شیرهای پایلوت‌دار مانند یک نگهبان حرفه‌ای عمل کرده و فشار خروجی را در هر شرایطی ثابت می‌کنند.

مزایا

• دقت تنظیم فشار بالا تا دو برابر شیرهای فشار شکن مستقیم
• ثابت کردن فشار خروجی حتی با وجود نوسانات شدید در ورودی
• عملکرد عالی تنظیم فشار در مصرف متغیر
• نسبت تنظیم فشار بالا که می‌تواند تا ۲۰ برابر کوچکتر کند.

معایب

• قیمت بالاتر در مقایسه با مدل‌های هم‌سایز
• طراحی پیچیده‌تر از شیرهای فشار شکن مستقیم
• نیاز به لوله‌کشی جداگانه برای پایلوت
• احتمال شکل‌گیری خطا ناشی از نشتی پایلوت
• نامناسب برای خطوط کم مصرف ساختمان با دبی کم

کاربردهای شیر فشار شکن

کاربردهای شیر فشار شکن را باید با نگاه عملیاتی بررسی کنید. در هر کاربرد به یک فشار ورودی مشخص و یک فشار خروجی معین نیاز داریم که اگر شیر برای آن محدوده خاص انتخاب نشود، تجهیزات کم فشار پایین دست فرایند شدیداً آسیب می‌بینند. همین نکته کافی است تا متوجه اهمیت کاربردی شیرهای فشار شکن شوید.

خرید شیر فشار شکن

برای خرید شیر فشار شکن با کیفیت مناسب و متناسب با فشار کاری سیستم، می‌ توانید از محصولات عرضه ‌شده در پیکاتک استفاده کنید. شیرهای فشار شکن با کاهش و تثبیت فشار خروجی، به افزایش ایمنی تجهیزات، کاهش استهلاک و عملکرد پایدار خطوط لوله و تأسیسات کمک می‌ کنند.

برای استعلام قیمت شیر فشار شکن و دریافت راهنمایی در انتخاب مدل مناسب، با کارشناسان پیکاتک تماس بگیرید و از مشاوره رایگان خرید بهره‌مند شوید.

پارامترهای فنی و نکات خرید شیر فشار شکن

خرید شیر فشار شکن یک پروژه کاملاً مهندسی شده است. این پارامترها تعیین می‌کنند که آیا شیر توانایی کاهش فشار و یا ثابت نگه داشتن خروجی با توجه به تغییرات ورودی را دارد یا خیر؟ شیرهای فشار شکن را باید براساس فشار ورودی، فشار خروجی، دبی مصرفی و دمای سیال انتخاب کنید تا بتوانند فشار فرایند را در محدوده تنظیم شده به شکل پایدار نگه دارند.

• بررسی فشار ورودی و خروجی براساس شرایط فرایند

در اولین قدم برای خرید شیر فشار شکن باید فشار ورودی و خروجی را با در نظر گرفتن الزامات فرایند انتخاب کنید. این دو عدد مبنای تمام محاسبات بعدی هستند و اگر اشتباه انتخاب شوند، شیر فشار شکن از همان روز اول غلط کار می‌کند.

روش انتخاب فشار ورودی

فشار ورودی شیر فشار شکن را از روی پلاک پمپ، خروجی کمپرسور یا گیج فشار نصب شده روی خط اصلی محاسبه کنید. این فشار ورودی معمولاً ثابت نیست و در طول روز با تغییر مصرف کم و زیاد می‌شود. لذا فشار نرمال خط را فراموش کرده و مبنا را براساس حداکثر فشار ورودی شیر قرار دهید.

روش انتخاب فشار خروجی

فشار خروجی شیر فشار شکن را از روی پلاک تجهیزات مصرف کننده مثلاً مبدل حرارتی، ابزار پنوماتیک، شیرآلات و یا هر تجهیز پایین دستی استخراج کنید. فشار خروجی شیر فشار شکن باید ۸۰ الی ۹۰ درصد حداکثر فشار مجاز نوشته شده روی پلاک تجهیزات پایین دستی باشد.

نسبت کاهش فشار خط را حساب کنید

در پایان باید نسبت کاهش فشار را محاسبه کنید. مثلاً اگر ورودی ۱۰ بار و خروجی 3 بار است، نسبت کاهش 3 به 1 کافی است. اما در یک خط که قرار است ورودی ۶۰ بار به خروجی 4 بار تبدیل شود، این نسبت ۱۵ به 1 است.

شیر فشار شکن مستقیم برای نسبت‌های پایین تا حداکثر 5 به 1 جواب می‌دهد. اما برای نسبت‌های بالاتر باید از مدل‌های پایلوت‌دار استفاده کنید. همچنین اگر کاهش فشار خط خیلی زیاد است، باید چند شیر فشار شکن به روش پلکانی نصب شود.

• بررسی دبی مصرفی خط

سایز شیر یا سایز لوله به هیچ حالت معیار تعیین دبی نیستند، زیرا مثلاً شیرهای فشار ۲ اینچی می‌توانند از نظر دبی عبوری کاملاً متفاوت باشند. برای محاسبه دبی باید مجموع مصرف کننده‌های پایین دست را جمع بزنید. مثلاً اگر سه مبدل حرارتی هر کدام ۵۰۰ لیتر در ساعت بخار مصرف می‌کنند، دبی کل خط ۱۵۰۰ لیتر در هر ساعت است. یا در پروژه‌های آبرسانی ساختمانی باید براساس مصرف تعداد واحدها و شیرآلات در پیک مصرف محاسبه کنید. دبی تجهیزات نیز از روی پلاک یا دیتاشیت قابل استخراج است. فقط در محاسبه دبی عبوری خط چند نکته را رعایت کنید:

1. دبی پیک را مبنا قرار دهید، نه دبی نرمال خط
2. شیر را به شکلی انتخاب کنید که دبی کاری خط ۵۰ تا 75 درصد ظرفیت نامی آن باشد.
3. حداقل دبی را فراموش نکنید. اگر مصرف پایین دست خیلی کم می‌شود، شیر باید بتواند بدون نوسان فشار کار کند.

• نوع سیال شما چیست؟

در گام بعدی باید حتماً نوع سیال و ویژگی‌های شیمیایی و پارامترهای فیزیکی را بررسی کنید. انتخاب متریال شیر فشار شکن براساس نوع سیال تابع استانداردهای مشخصی است که سازگاری مواد با سیالات مختلف را تعیین می‌کند. از جمله استاندارد NACE MR0175 برای سرویس گاز ترش (H₂S) و NACE MR0103 برای محیط‌های خورنده پالایشگاهی مهمترین این موارد هستند.

مستقیم یا پایلوت؟

در این مرحله باید تصمیم مهم نهایی را بگیرید. شما برای فرایند به شیر فشار شکن مستقیم یا پایلوت نیاز دارید؟ این سوال را از روی نوسان مصرف تجهیزات پایین دست پاسخ دهید. زیرا شیر مستقیم برای مصرف ثابت و شیر پایلوت‌دار برای مصرف متغیر ساخته شده است. برای انتخاب این دستورالعمل را رعایت کنید:

چه زمانی شیر فشارشکن مستقیم بخرید؟

وقتی مصرف پایین دست تقریباً ثابت است (مانند آب یک ساختمان مسکونی که مصرف آن در طول روز تغییر چندانی ندارد) شیر مستقیم کافی است. یک شیر مستقیم می‌تواند فشار ورودی تجهیزات پایین دست را در چنین شرایطی با دقت 10 الی 15 درصد ثابت نگه دارد.

چه زمانی شیر فشارشکن پایلوت‌دار بخرید؟

وقتی مصرف پایین دست نوسان شدیدی دارد (مانند بخار کارخانه که مصرف آن توسط تجهیزات در طول شبانه روز به شدت تغییر می‌کند) باید از شیر فشار شکن پایلوت‌دار استفاده کنید.

نسبت کاهش فشار را بررسی کنید

برای نسبت فشارهای کمتر از ۱ : ۱۰ یک شیر مستقیم کافی است. اما در نسبت‌های بالاتر مثلاً زمانیکه قرار است فشار 30 بار ورودی به یک فشار 2 بار خروجی تبدیل شود، مدل پایلوت‌دار را تهیه کنید.

• کلاس فشاری خط و شیر را چک کنید

ارزیابی کلاس فشاری یکی دیگر از پارامترهای کلیدی خرید شیر فشار شکن است. باید کلاس فشار شیر را با حداکثر فشار ورودی خط تطبیق دهید. اگر کلاس شیر از فشار ورودی خط پایین‌تر باشد، بدنه شیر در اولین افزایش فشار می‌ترکد.

کلاس فشاری حداکثر فشاری است که بدنه شیر در دمای مشخص تحمل می‌کند. این عدد را باید از روی پلاک شیر در دیتاشیت آن بررسی کنید. کلاس شیر باید با کلاس فلنج خط و حداکثر فشار ورودی خط سازگار باشد. اما دقت کنید که فشار کاری با فشار طراحی فرق دارد.

قیمت شیر فشار شکن

شیر فشار شکن از آن دست تجهیزاتی است که اگر درست انتخاب شود، سال‌ها بی سروصدا کار می‌کند و فشار فرایند را در محدوده امن نگه می‌دارد. اما اگر اشتباه کنید، به قیمت خرابی تمام تجهیزات پایین دست تمام می‌شود. البته قیمت شیر فشار شکن تحت تاثیر فاکتورهای زیادی قرار دارد:

• شیرهای فشار شکن پایلوت‌دار به دلیل ساختار پیچیده‌تر معمولاً ۳۰ الی ۱۰۰ درصد گرانتر از شیرهای مستقیم هم‌سایز عرضه می‌شوند.
• شیرهای فشار شکن با بدنه چدنی از همه ارزان‌تر هستند. متریال فولاد کربنی در حدود ۲۰ الی ۴۰ درصد گرانتر و بدنه‌های استیل ۳۱۶ ممکن است تا چند برابر قیمت یک شیر هم‌سایز چدنی عرضه شوند. بدنه‌های خاص هاستلوی و مونل نیز کاملاً سفارشی عرضه می‌شوند.
• شیر فشار شکن با دیافراگم EPDM و یا NBR مدل‌های پایه هستند. اما قیمت یک شیر با دیافراگم Viton می‌تواند ۲۰ الی ۴۰ درصد بالاتر عرضه شود.
• هرچه کلاس فشاری شیر بالاتر باشد، به علت بدنه ضخیم‌تر قاعدتاً قیمت شیر فشار شکن نیز افزایش پیدا می‌کند.
• شیرهای فشار شکنی که رنج تنظیم فشار وسیع‌تری دارند (مثلاً 0.5 الی ۱۰ بار) معمولاً گران‌تر از شیرها با رنج تنظیم محدود هستند.
• برند و شرکت سازنده عامل تعیین کننده است. برندهای Samson، Danfoss، Watts، Shanghai Jianfa، Tycor و Yoshitaka از بهترین‌های بازار جهانی در زمینه تولید شیر فشار شکن هستند.

انتخاب چنین شیرهایی فقط یک تصمیم فنی نیست، بلکه یک انتخاب ایمنی است. اگر دبی را اشتباه حساب کنید، شیر نوسان می‌کند و اگر متریال دیافراگم را دست کم بگیرید، شیر خیلی سریع از کار می‌افتد. شما می‌توانید برای خرید شیر فشار شکن و بررسی پارامترهای فنی مطابق با دیتاشیت پروژه از مشاوره تخصصی کارشناسان گروه پیکاتک استفاده کنید.

سوالات متداول

• اگر فشار ورودی خط نوسان زیادی دارد، شیر مستقیم جواب می‌دهد یا باید پایلوت دار بخرم؟

در چنین پروژه‌ای یک شیر فشار شکن پایلوت دار بخرید. مدل مستقیم در صورت نوسان ورودی نمی‌تواند خروجی را ثابت نگهدارد.

• چطور می‌توان فهمید که شیر فشار شکن درست کار می‌کند و فشار خروجی واقعا ثابت است؟

یک مانومتر دقیق در خروجی نصب کرده و مقدار فشار را در دبی‌های مختلف چک کنید. اگر در مصرف کم فشار خروجی بالا می‌زند، شیر مشکل دارد.

• از کجا بفهمیم که شیر فشار شکن تقلبی نیست و متریال دیافراگم آن واقعا همانی است که فروشنده می‌گوید؟

از فروشنده مدارک فنی معتبر به ویژه گواهی MTC را بخواهید. این گواهی آنالیز شیمیایی و خواص مکانیکی متریال بدنه و دیافراگم را نشان می‌دهد. همچنین گواهی مبدا به عنوان سند کارخانه اصلی ضروری است.