موضوع مقاله: شیر صنعتی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # شیر صنعتی | مقدمه: شیرها در اصل، خود گونه‌ای فیتینگ یا وصاله هستند، اما به دلیل گستردگی و اهمیت به صورت مجزا بررسی می‌شوند. | ## بخش 1: شیر صنعتی | در سال ۲۰۱۴ ارزش بازار جهانی شیرهای صنعتی برابر ۵۸٫۳۱ میلیارد دلار آمریکا بوده‌است و پیش‌بینی می‌شود این مقدار در سال ۲۰۲۲ به ۸۵٫۶ میلیارد دلار برسد. کاربرد شیرآلات صنعتی شیرآلات نقش مهمی در افزایش کارایی، بهبود کنترل و تضمین ایمنی فرآیند دارند. شیرها به چند دلیل در سیستمهای صنعتی استفاده می شوند: شروع یا متوقف کردن جریان سیال تنظیم سرعت جریان سیال تنظیم فشار تنظیم دمای سیال هدایت جریان از یک مسیر به مسیر دیگر محدود کردن جریان برای تعادل سیستم یا جلوگیری از فشار بیش از حد جلوگیری از جریان معکوس سیال متوقف کردن جریان در صورت خرابی سیستم بهبود ایمنی از طریق کاهش فشار یا خلاء در یک سیستم لوله کشی طبقه‌بندی شیرآلات وسط|بی‌قاب|1116x1116pxشیرها بر اساس مکانیزم و نوع و کاربرد، انواع بسیار گوناگونی دارند. از سایزهای بسیار کوچک برای نصب بر روی لوله‌هایی به قطر ۰٫۱ میلی‌متر تا ۶۰ سانتی‌متر. قیمت آنها نیز از شیرهای ارزان قیمت قابل بازیافت تا شیرهایی که هزارها دلار قیمت هر اینچ آنهاست متغیر است. دیسک، استم و هندویل در شکل نمایان است|جایگزین= حرکت خطی عضو مسدودکننده عمود بر جریان مانند: شیر دروازه‌ای، شیر بشقابی (کروی) حرکت چرخشی عضو مسدودکننده مانند: شیر سماوری، شیر توپی حرکت اتوماتیک عضو مسدودکننده: شیر یکطرفه ۲-بر اساس شرح وظیفه شیرهای قطع و وصل (On - Off): بیشتر شیرها در صنایع مختلف، به منظور باز یا بسته کردن مسیر سیال بکار برده می‌شوند و مسیر را در حالت کاملاً باز یا بسته قرار می‌دهند. با توجه به ساختار داخلی و نوع اجزای آب‌بندکننده نباید این شیرها را در حالت نیمه باز قرار داد زیرا با انجام این عمل آسیب جدی به مجرابند و سایر اجراء آب‌بندی شیر وارد خواهد شد و بدین ترتیب عمر بهره‌برداری آن شدیداً کاهش یافته و در مواقع اضطراری و حوادث غیرمترقبه که نیاز به قطع جریان وجود دارد، شیر مورد نظر وظیفه خود را به درستی انجام نداده و موجب اتفاقات ناگوار و گاهی جبران‌ناپذیر خواهد گردید. البته می‌توان با اعمال نمودن تغییراتی در ساختار داخلی، از آن‌ها برای تنظیم جریان نیز استفاده نمود. در مواردی جهت تنظیم دما، تنظیم میزان سیال خروجی یا تنظیم فشار مورد استفاده قرار می‌گیرند. این شیرها با توجه به ساختار داخلی خود، در حالت نیمه باز آسیب زیادی نمی‌بینند و مقاومت بیشتری در مقابل برخورد سیال عبوری از خود نشان می‌دهند. شیرهایی که به عنوان کنترل ولو (Control Valve) در صنایع مختلف بکار می‌روند از این دسته‌اند و با به‌کارگیری یک عملگر و یک کنترلر، به صورت یک شیر کنترلی درآمده و با توجه به شرایط موجود در حلقه‌های کنترلی، در یک وضعیت خاص قرار می‌گیرند که الزاماً باز یا بسته کامل نیست. این ضربات ممکن است در اثر جریانهای برگشتی، ضربه قوچ یا Surge ناشی از انفجار یا شکست خط باشد. علاوه بر تجهیزات فوق مواردی وجود دارد که جریان برگشتی به تأسیسات یک مجموعه که برای فشار خاصی طراحی شده، آسیب می‌رساند و مواردی دیده شده که این‌گونه جریانهای ناخواسته یا پیش‌بینی نشده یک مجموعه از تأسیسات را به‌طور کامل تخریب نموده و ضررهای بسیاری به یک مجموعه وارد نموده‌است. به‌طور کلی اساس عملکرد این شیرها طوری است که اگر فشار پایین دست شیر، بیشتر یا برابر با بالادست جریان باشد، دیسک شیر روی نشیمن خود قرار می‌گیرد و از عبور جریان معکوس جلوگیری می‌کند. بدنه این شیرها معمولاً ۳ یا تعداد بیشتری مجرای ورودی و خروجی دارند و مجرابند آن‌ها با شیرهای یادشده تفاوت دارد و بیشتر بنام شیرهای چند راهه شناخته می‌شوند. البته انواع خاصی از این شیرها علاوه بر انحراف جریان توانایی باز و بست و حتی کنترل جریان را نیز دارند ولی معمولاً از آن‌ها فقط برای هدایت جریان از مسیری به مسیر دیگر استفاده می‌شود. این شیرها بسیار مفید و پرکاربرد بوده و به تنهایی می‌توانند وظیفه ۲ یا ۳ عدد شیر و حتی بیشتر را هم‌زمان انجام دهند و به راحتی با چرخاندن یک دسته، جهت جریان ورودی یا خروجی را انتخاب نمود. ساختار بسیار دقیق و حساسی دارند و درصورت عدم رعایت دستورالعمل‌های نگهداری و راه‌اندازی، عمر بهره‌برداری کمی خواهند داشت. به عبارتی مجرای عبور سیال این نوع شیر با سطح ورودی آن کاملاً برابر بوده و سیال بدون محدودیت می‌تواند از داخل آن عبور کند.استانداردAPI6D، ویرایش2007، قسمت 4.11استانداردAPI6D، ویرایش۲۰۰۷، قسمت 6.2.1 شیرآلات با مجرای کاهنده (Reduce Bore/Port) در این نوع شیرآلات مساحت مجرای عبور سیال، از مساحت محل اتصال به خط لوله کوچکتر می‌باشد.استانداردAPI6D، ویرایش2007، قسمت 4.29استانداردAPI6D، ویرایش2007، قسمت 6.2.2 در حقیقت نوع طراحی داخل بدنه و اندازه مجرای عبوری به گونه‌ای است که در حالت باز نیز باعث افت فشار در مسیر می‌شود. در مسیری که افت فشار و موضوع پیگ رانی مطرح نباشد استفاده از این نوع شیر به صرفه تر است. به‌طور کلی شیرهای با مجرای کاهنده سیستم را دچار کمبود سیال می‌کنند-محدودیت موجود در شیر می‌تواند باعث تجمع فشار در قسمت ورودی و بالارفتن فشار قبل از شیر گردد و این پدیده گاهی باعث وارد آمدن صدمه به پمپ‌ها و تجهیزات قبل از شیر می‌شود. | ## بخش 2: شیر صنعتی | استفاده از برنز، برنج، چدن، فولاد و فولاد زنگ‌نزن در ساخت بدنه شیرها بسیار متداول است. در خطوط اسیدسولفوریک که بسیار خورنده است معمولاً از آلیاژ Alloy 20 استفاده می‌شود. کلاهک، درپوش، بانت (Bonnet) قاب|مقطع یک شیر کروی ۱-بدنه ۲-مجرا ۳-نشیمنگاه ۴-ساقه ۵-دیسک ۶-دسته یا هندویل ۷-بانِت ۸-پکینگ ۹-مهره گلند ۱۰-مسیر جریان وقتی شیر باز باشد ۱۱-موقعیت دیسک وقتی شیر بسته باشد ۱۲-موقعیت هندویل وقتی شیر بسته باشدبانِت قطعه مکمل مجموعه بدنه است که معمولاً به صورت اتصال رزوه‌ای (در شیرهای کوچک) یا فلنجی به بدنه متصل می‌شود. معمولاً پس از قرار دادن اجزای درونی شیر برای بستن محفظه و نگه‌داشتن همه چیز درون آن از بانت استفاده می‌شود. بسیاری از شیرها منجمله شیرهای سماوری یا توپی فاقد بانت هستند چرا که مکانیزم سرهم‌بندی اجزای آن به گونهٔ دیگری است. هندویل دسته‌ای به شکل چرخ یا فرمان است که با چرخاندن آن توسط دست، شیر باز و بسته می‌شود. شیرهای اتوماتیک معمولاً فاقد هندل یا هندویل هستند، هر چند برخی گونه‌ها ممکن است برای مواقع اضطراری شامل اهرمی دستی نیز باشند. عملگر، یک مکانیزم یا دستگاه است که به کمک آن می‌توان شیر را از بیرون و از راه دور یا نزدیک، باز یا بسته کرد. بعضی از شیرها مانند شیرهای یک طرفه فاقد هرگونه هندویل یا عملگری هستند چرا که مکانیزم عملکرد آنها به صورت داخلی و خودکار است. این قطعه در شیر توپی کروی شکل، در شیر سماوری معمولاً مخروطی شکل در شیر دروازه‌ای گوه‌ای شکل یا صفحه‌ای سوراخ دار-که این گونه معمولاً شیر دروازه ای through-Conduit نامیده می‌شود-، در شیر بشقابی و شیر یکطرفه به شکل دیسک و… می‌باشد. نشیمنگاه (Seat) سطوح داخلی بدنه شیر که در اثر تماس عضو مسدودکننده جریان با آن، شیر عمل آب‌بندی را انجام می‌دهد،استانداردAPI6D، ویرایش2007، قسمت 4.30 نشیمنگاه یا سیت نامیده می‌شود. رزوه‌های استم از نوع دنده ذوزنقه‌ای که مختص انتقال قدرت هستند، بوده و دنده‌ها به صورت چپ گرد می‌باشند تا هنگام چرخش هندویل در جهت عقربه‌های ساعت شیر بسته شود. طراحی انتهای پایینی استم باید به نحوی باشد که هنگامی که شیر در سرویس است، دیسک در جای خود نچرخد و استم از دیسک جدا نشود.استانداردAPI600، ویرایش2001، قسمت 5.8.1 پکینگ (Packing) پکینگ‌ها وظیفه آب‌بندی دور استم را بر عهده دارند. سایز پکینگ‌ها و میزان لقی آن‌ها در استاندارد API-600 مشخص شده‌است.استانداردAPI600، ویرایش2001، قسمت 5.9.1 واشرها (Gaskets) در شیرهایی که بدنه و کلاهک، درپوش، کپ، کلوژر و… با اتصال فلنجی متصل می‌شوند، بین فلنجها از گسکت‌ها برای آب‌بندی استفاده می‌شود. گسکت‌ها باید متناسب با محدوده دمایی شیر انتخاب شوند و همچنین بتوانند تحمل فشار طراحی شیر را داشته باشند. در شیرهای توپی و دروازه ای بزرگ معمولاً در پشت سیت‌رینگ‌های شیر از فنر برای ایجاد پیش‌بار برای افزایش کارایی مکانیزم آب‌بندی استفاده می‌شود. آب‌بندی شیرها آب‌بندی داخلی همه شیرها قابلیت یکسانی در آب‌بندی و عدم نشت ندارند و از نقطه نظر آب‌بندی معمولاً به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند. این شیرها معمولاً به دو دسته اصلی متال-سیت (نشیمنگاه فلزی) و سافت-سیت (نشیمنگاه نرم) تقسیم می‌شوند. آب‌بندی در شیرهای متال-سیت که معمولاً به صورت فلز بر روی فلز است دشوارتر بوده و نیاز به داشتن دو سطح کاملاً صیقلی از فلز است. در این نوع مکانیزم آب‌بندی معمولاً توسط استانداردها میزانی نشتی به عنوان نشتی مجاز در نظر گرفته می‌شود. از مزیت‌های این نوع آب‌بندی توان تحمل دما و فشارهای کاری بسیار بالا و همچنین عدم تخریب توسط مواد ساینده است. | ## بخش 3: شیر صنعتی | در مکانیزم آب‌بندی سافت-سیت که معمولاً Resilient-Seat نیز خوانده می‌شود به معنای نشیمنگاه قابل ارتجاع و نرم، معمولاً از یک جنس قابل انعطاف و صیقلی مانند PTFE که تفلون نیز خوانده می‌شود بر روی یک سطح صیقلی و سختکاری شده استفاده می‌شود. این نوع آب‌بندی بسیار دقیق بوده و معمولاً توسط استانداردها هیچ مقداری از نشتی در این نوع شیرها مجاز نمی‌باشد. از معایب آن اینست که توسط مواد ساینده از بین می‌رود و در خط‌هایی که آلودگی دارند چندان قابل استفاده نیست. آب‌بندی خارجی علاوه بر نشتی داخلی، شیرها اغلب از ناحیه کنار استم نیز دچار نشتی می‌گردند. برای آب‌بندی شیرها از ناحیه استم، معمولاً از نوعی الیاف از جنس پنبه نسوز و گرافیت که Packing خوانده می‌شود، استفاده می‌گردد. این پکینگ‌ها به صورت حلقه‌هایی برش داده می‌شود و در داخل شیاری در کنار استم قرار داده شده و توسط مجموعه گلند فشرده می‌گردد. سفت کردن بیش از حد مهره‌های گلند باعث بالا رفتن توان مورد نیاز برای باز و بسته کردن شیر شده و شل بودن آن نیز می‌تواند باعث نشتی از ناحیه ساقه یا استم گردد. در این نوع شیرها سیال توسط دیافراگم یا صفحه ای که معمولاً از جنس فلزی می‌باشد از قسمت بانت شیر جدا می‌شود و امکان نشتی در این شیرها بسیار پایین می‌باشد. اگر شیر در حالت کاملاً باز قرار بگیرد این پخ به سیتی که بر روی بانت تعبیه شده‌است فشار آورده و این ناحیه را آب‌بند می‌کند. این ویژگی کمک می‌کند که شیری که از ناحیه کنار استم دچار نشتی شده‌است را در سرویس تعمیر کرد. تریم (Trim) قطعاتی که در آب‌بندی، نقش مستقیم داشته باشند و معمولاً با سیال عامل در تماس مستقیم قرار می‌گیرند اصطلاحاً تریم'' نامیده می‌شوند. قسمت‌های کوچک داخلی که به‌طور عادی با سیال در ارتباط هستند، مانند پین‌هایی که استم را به گیت متصل می‌کنند. محیط‌هایی مانند پالایشگاه‌های روی آب به دلیل وجود رطوبت بالا و کلرایدها دارای شرایط بسیار خورنده ای هستند که باید از شیرهایی با بدنه‌هایی از قبیل فولادهای زنگ نزن با درصد کروم و آلیاژ بالا استفاده شود. در محیط‌هایی با خورندگی کمتر، مانند خشکی، استفاده از حفاظت کاتودیک و یک پوشش محافظ می‌تواند شیرهای فولادی معمولی را تا حد قابل قبولی در مقابل خوردگی حفظ کند. برخی از پوشش‌های متداول برای شیرآلات به شرح زیر است: پوشش نوار پترولاتیوم Petrolatum: که به صورت یک مجموعه شامل پرایمر و نوار و ماستیک می‌باشد و برای شیرهایی که قرار است زیر خاک دفن شوند مناسب است. پوشش‌های پلی یورتان Polyurethane دوجزئی: که به صورت یک مجموعه دو جزئی شامل رزین و هاردنر با نسبت‌های اختلاط به خصوص می‌باشد و به صورت سرد و گرم و اسپری یا توسط برس اعمال می‌شود. ضخامت این پوشش‌ها بسته به خورندگی محیط از ۵۰۰ میکرون تا ۲۵۰۰ میکرون توصیه می‌شود. پوشش‌های اپوکسی Epoxy دوجزئی: که به صورت یک مجموعه دو جزئی شامل رزین و هاردنر با نسبت‌های اختلاط به خصوص می‌باشد و به صورت سرد و گرم و اسپری یا توسط برس اعمال می‌شود. این پوشش در مقابل اشعه ماورا بنفش خورشید چندان مقاوم نیست و به همین دلیل توصیه می‌شود برای شیرهای دفنی یا مکان‌هایی که دور از آفتاب مستقیم باشد استفاده گردد. ضخامت این پوشش‌ها بسته به خورندگی محیط از ۵۰۰ میکرون تا ۲۵۰۰ میکرون توصیه می‌شود. | ## جمع‌بندی | رنگ‌های اپوکسی و پلی یورتان:''' که معمولاً خواصی مشابه پوشش‌های اپوکسی و پلی یورتان را دارد با این تفاوت که برای محیط‌های با خورندگی کم و با ضخامت‌های پایین در حدود ۶۰ تا ۱۵۰ میکرون و به صورت ترکیبی سه لایه شامل اپوکسی غنی از روی، اپوکسی و پلی یورتان اعمال می‌شود.