مرکز دانش صنعت تاسیسات

امروزه شيرهاي تقليل فشار بخار در اكثر موتورخانه هاي بخار ديده مي شوند.همانطور كه از اسم اين شيرها مشخص است , آنها وظيفه كاهش فشار بخار به مقدار مناسب و ثابت  جهت استفاده در مصرف كننده ها را دارا مي باشند.علل استفاده از اين شيرها را مي توان به شرح زير بيان نمود:

ضمناً از آنجايي كه در فشارهاي پايين تر، ميزان انرژي نهان بخار بيشتر از فشارهاي بالاتر است ، امكان انتقال حرارت بيشتر در مصرف كننده هاي فشار پايين ميسر مي باشد. (چگاليده  شدن بخار ديرتر اتفاق مي‏افتد!) كه باعث افزايش  راندمان سيستم خواهد شد. از طرفي از آنجايي كه فشار و دماي بخار اشباع در ارتباط مستقيم با يكديگر هستند ، در برخي تجهيزات نظير استرليزه كننده ها و يا كنترل دماي سطح  خشك كن ها (Driers)، بوسيله كنترل فشار ميتوان عمليات كنترل دما را با دقت بالا و براحتي انجام داد. همچنين كاهش فشار بخار باعث كاهش ميزان فلاش بخار در خروجي مصرف كننده ها و مجدداً افزايش راندمان خواهد شد. اساس كار تمامي شيرهاي تقليل فشار بخار بر پايه عبور جريان از روزنه‏اي با قطر كوچك مي باشد  كه در واقع حد فاصل قسمت هاي Plug   و Seat  بوده و     هرچه اين اندازه كوچكتر باشد،‌ فشار بخار بيشتر كاسته خواهد شد.

انواع شيرهاي فشارشكن:
1- شيرهاي تقليل فشار با عملكردمستقيم   Direct acting Pressure Reducing Valve
از ساده ترين شيرهاي تقليلفشار مي باشند. (شكل 1) نحوه كار بدين صورت است كه فشار بخار خروجي از شير  (فشار كاسته شده) بر قسمت زيرين ديافراگم Aاعمال نيرو مي كند و در مقابل، فنر Bنيروي رو به پايينيرا در خلاف جهت اعمال مي نمايد.

  

نيروي حاصل از جمع جبري دو نيروي فوق و همچنين نيروي رو به بالا بر شير اصلي Cاز طرف جريان ورودي به شير ، تعيين كننده موقعيت دقيق شير اصلي C(درصد باز و يا بسته بودن آن!) و در نتيجه درصد كاهش فشار خواهد بود. قدرت فنر B  بوسيله پيچ روي فشارشكن      قابل تنظيم مي باشد و در نتيجه مي توان ميزان تقليل فشار دلخواه را با استفاده از آن و فشار سنج هاي نصب شده در خط بخار بدست آورد.در صورت بيشتر بودن فشار خروجي شيراز ميزان  مورد نظر ,        نيروي وارد بر زير ديافراگم بر نيروي فنر غلبه كرده، شير اصلي را حركت مي دهد تا كمي بسته شود و با كوچكتر كردن انداره مجراي عبور بخار , فشار را بمقدار بيشتري  كاهش دهد و بر عكس!   بايد  توجه داشت كه بعلت اعمال نيروي  فشار بخار ورودي بر زير شير اصلي  ,  تغييرات فشار ورودي به شير موجب             تغيير فشار خروجي خواهد شد لذا هنگام استفاده از اين نوع شير بايستي از ثابت بودن فشار ورودي اطمينان حاصل نمود. اين شيرها با توجه به  نحوه عملكردشان جهت استفاده در مواردي كه  كنترل بسيار دقيق بخار ضروري نيست وميزان گذر بخار نسبتاً كم و ثابت مي باشد, ايده آل بوده و با عملكرد ساده ترهزينه خريد  كمتري   را          نيز خواهند داشت.

   
2- شيرهاي تقليل فشار از نوع پايلوت دار  Pilot Operated Pressure Reducing Valve:
اين نوع شيرهادر مواردي كه كنترل دقيق فشار و يا ميزان گذر بخار زياد مورد نياز است , ‌ استفاده مي شوند. ساختار اصلي آنها شامل فنر تنظيم، ديافراگم كمكي ,  شير هدايتگر، شير اصلي و ديافراگم اصلي مي باشد. (شكل 2)

شكل 2: شير فشار شكن از نوع پايلوت دار (Spirax Sarco , Model : DP17)

نحوه عملكرد شير بدين صورت است كه فشار خروجي شير  يا فشار تقليل يافته از طريق لوله باريك Fبه قسمت زيرين  ديافراگم كمكي Cاعمال نيرو مي نمايد كه در برابر نيروي رو به پايين فنر تنظيم Bمتعادل ميشود . با كاهش فشار درخروجي شير ، نيروي فنر بر نيروي ديافراگم كمكي غلبه كرده شير راهنماي Eرا كمي بازتر مي نمايد و در نتيجه به بخار اجازه مي دهد تا از طريق لوله Dبه قسمت زيرين ديافراگم Kمنتقل گردد كه  متعاقبا باعث خواهد شد تا شيراصلي Hدر مقابل فنر مربوط به خود G))باز شده و اجازه عبور مقدار بيشتري از بخار راداده      تا اين كه فشار پايين دست به مقدار از پيش تعيين شده خود برگردد. بالعكس، هر گونه افزايش فشار در ناحيه پايين دست باعث بسته شدن شير راهنما شده و منجر به تخليهبخار زير      ديافراگم اصلي Kاز طريق لوله باريك L    و روزنه Jخواهد شد و در نتيجه فنر برگرداننده G، شير اصلي را خواهد بست تا فشار جريان اصلي بيشتر كاهش يابد. در صورت ثابت بودن جريان و ميزان بار، شير هدايتگر (Pilot)و شير اصلي در موقعيت ثابتي قرار خواهند گرفت تا فشار ثابتي را در خروجي فراهم نمايند و هرگونه تغيير فشار يا بار در خروجي به سرعت توسط ديافراگم راهنما احساس خواهد شد تا شير اصلي را باز يا بسته نمايد.ميزان فشار مطلوب در خروجي شير بوسيله پيچ A تنظيم ميشود كه در واقع ميزان نيروي فشاري فنر Bرا تغيير مي دهد.
شيرهاي پايلوت دار داراي مزيتهايي نسبت به شيرهاي فشارشكن مستقيم هستند : به منظور تغيير وضعيت شير اصلي، فقط جريان بسيار كوچكي از بخار لازم است و  بنابراين تغييرات بسيار كم فشار پايين دست باعث تغييرات بزرگ در ميزان جريان اصلي شده كه نشاندهنده حساست  بالاي شير مي باشد. از طرف ديگر، خروجي اين شيرها مستقل از تغييرات فشار بالا دست جريان هستند بدين صورت كه اگرچه در اثر ازدياد فشار بالادست، نيروي عمودي وارد بر شير بيشتر مي شود، ولي از طرف مقابل همين نيرو از طريق لوله Dبه زير ديافراگم اصلي نيز وارد مي گردد كه با هم خنثي شده  ودر نتيجه شيري خواهيم داشت كه كنترل دقيق فشار را مستقل از تغييرات فشار ورودي ، تامين خواهد كرد. نكته جالب اين است كه در صورت عدم مصرف بخار در مصرف كننده ها فشار بخار خروجي از اين شيرها همچنان به اندازه مورد نظر كاسته مي شود.
                                                                          
3- شيرهاي تقليل فشار نئوماتيكي
اين نوع شيرها با استفاده از قطعات جنبي نظير اكچوايتور، پوزيشنر و كنترلر، ميتوانند دقت بسيار بالايي را در تقليل  فشار فراهم نمايند. ميزان فشار جريان پايين دست شير بوسيله سنسور مخصوصي حس شده و به كنترلر ارسال ميگردد. كنترلر اين عدد را با ميزان از پيش تعريف شده مقايسه كرده و به كمك پوزيشنر، سيگنال نئوماتيكي لازم براي باز و يا بسته شدن شير را به اكچوايتور شير ارسال مي نمايند.
انتخاب شير مناسب:
اولين قدم در انتخاب شير دقت در محل استفاده از شير  و اطلاع از نحوه مصرف بخار مي باشد .  در بارهاي كوچك كه دقت بسيار زيادي مورد نظر نيست ، بهترين انتخاب ,شير فشارشكن      با عملكرد مستقيم مي باشد. در مصارف بيشتر بخار و بمنظور كنترل بسيار دقيق ، شيرهاي فشارشكن از نوع پايلوت دار مي توانند از بهترين انتخابها  باشند.
اندازه گذاري  شيرهاي تقليل فشار بخار براحتي با داشتن ميزان گذر بخار عبوري و نيز فشار ورودي و خروجي شير بوسيله جداول انتخاب موجود جهت انواع شيرها انجام مي شود.
انتخاب سايز بزرگتر از حد لازم براي شيرها، علاوه بر افزايش هزينه خريد شير، باعث فرسودگي سريعتر شيرخواهد شد, زيرا  در بارهاي كم شير ناچاراً بايستي در حالت نزديك به بسته كار كند و به علت ايجاد فاصله كوچك بين قسمت پلاگ شير و نشيمنگاه آن، سرعت سيال در اين قسمت زياد شده  باعث خورده شدن و نازك گرديدن قسمتهاي داخلي خواهد گرديد. بعلاوه حركت بسيار كوچك در شير باعث تغييرات زياد در ميزان گذر سيال گشته باعث  تغييرات فشار بيشتر در خروجي خواهد شد (عدم كنترل دقيق!)
از آنجايي كه اكثر مشكلات فشارشكنهاي بخار بر اثر ورود بخار مرطوب و يا اجسام خارجي بوجود مي‏آيد، حتماً بايد از سپريتور و صافي  قبل از شيرهاي فشارشكن استفاده نمود. صافيها بايد بصورت افقي نصب شوند تا از جمع شدن آب داخل آنها جلوگيري بعمل آيد و ضمناً‌ بايد بصورت دوره‏اي و با برنامه زماني تميز و سرويس گردند. لوله هاي خروجي و ورودي فشارشكن بايستي طوري اندازه گذاري شوند كه سرعت بخار در حد قابل قبول  (حداكثر  شش هزار فوت در دقيقه) باقي بماند . ضمناً هنگام استفاده از تبديل براي كاهش قطر لوله‏ها بايستي از تبديلهاي Eccentricاستفاده نمود كه قسمت تحتاني صافي دارند (بمنظور جلوگيري از جمع شدن آب در پشت تبديل). اگر تجهيزات نصب شده در خروجي شيرهاي  فشارشكن قابليت تحمل فشارورودي به شير      را نداشته باشند، بايد از شير اطمينان مناسب در خروجي شيرهاي فشارشكن  استفاده نمود تا در صورت خرابي آنها، از دستگاهها محافظت بعمل آيد.
اندازه شيرهاي اطمينان بر اساس  ماكزيمم دبي عبوري از شير (در فشار ورودي به شير!) و ميزانفشار      تنظيمي جهت آزاد شدن شير اطمينان انجام مي گيرد. طبق استاندارد ASMEو Spirax Sarco ، ميزان فشار لازم جهت آزادشدن شير اطمينان را در مورد مصرف كنندهايي كه فشار كاري زير 70Psiدارند، برابر با 5Psiبيشتر از ماكزيمم فشار كار ي مصرف كننده ها و براي مصرف كننده با فشار كاري بين 70Psiتا 1000Psi، ماكزيمم ده درصد بيشتر از فشار كاري آنها در نظر گرفته است.

اجزاء تشكيل دهنده ايستگاه تقليل فشار بخار (شكل 3)

در وروديايستگاه تقليل فشار بخار      بايد از سپريتورهاي بخار همراه با مجموعه تله بخار خروجي استفاده كرد تا بتوانآب موجود در بخار را      كاملا خارج نمود تا از صدمه به شيرهاي فشار شكن جلوگيري گردد. در صورت نصب شيرهاي فشار شكن بين كلكتورهاي فشار بالا و پائين , تله هاي بخار با ظرفيت 10% ميزان گذر بخار در قسمت زيرين كلكتورها نصب گردند.
شكل 3 :ايستگاه تقليل فشار بخار(Spirax Sarco Standard)
به منظور مسدودكردن مسير بخار در مواقع لازم و يا تعميرات ايستگاه فشارشكن، شيرهاي قطع و وصل در دو طرف مجموعه بايد در نظر گرفته شود كه هم اندازه قطر لوله در نظر گرفته مي شوند.
به منظور جلوگيري از ورود ذرات خارجي به داخل شير، از صافي فولادي ضد زنگ كه بصورت افقي نصب ميگردد استفاده شود تا از جمع شدن آب در داخل صافي هنگام خاموشي سيستم جلوگيري بعمل آيد، زيرا هنگام راه اندازي سيستم آب با شدت بطرف شير فشارشكن حركت كرده و ايجاد ضربه و صدمه خواهد نمود. در قسمت خروجي شيرهاي فشار شكن نيز بايد از شير اطمينان مناسب استفاد نمود.
طبق توصيه شركت Spirax Sarco, حتي المقدور بايد از استفاده از شير Bypassاجتناب گردد. در صورت نصب Bypass، ظرفيت عبور بخار از اين شير بعلاوه ظرفيت شير فشارشكن بايد  در محاسبه ظرفيت شير اطمينان در نظر گرفته شود كه اندازه آن را بالا خواهد برد. بعلاوه معمولاً شيرهاي Bypassپس از مدتي دچار نشت بخار شده كه باعث بروز مشكل در سيستم خواهند شد. بنابراين در صورت نيازكاملاً مناسبتر است كه از شير فشارشكن ذخيره بصورت موازي استفاده نمودتا از مشكلات فوق جلوگيري بعمل آيد.
نحوه لوله كشي مناسب به منظور كاهش صدا در ايستگاههاي تقليل فشار بخار:
لوله كشي اطراف شيرهاي تقليل فشار بايد بدرستي اندازه‏گذاري و اجرا شود تا ايستگاه بهترين راندمان را داشته باشد. با رعايت موارد زير ميزان صداي توليدي در ايستگاههاي تقليل فشار حداقل خواهد بود:
اجتناب ازتغييرمسيرناگهاني درجهت جريان، استفاده ازخمهاي باشعاع زيادونيز اتصالات Yشكل بجاي اتصالات Tشكل.
رعايت سرعت مناسب بين 4000fpmتا 6000fpm.
رعايت نسبت تقليل فشار ورودي به خروجي  مناسب ( كوچكتر از 10 به 1)
تغيير تدريجي قطر لوله قبل و بعد از شير.
نصب لوله هاي مستقيم و با طول كافي قبل و بعد از شير (طول مناسب ايستگاههاي فشارشكن حدوداً 14 برابر مجموع قطر لوله هاي بكار رفته قبل و بعد از شير مي باشد. )
قسمت اعظم  صداي توليد شده در شيرهاي فشارشكن بعلت استفاده شير در نقطه بحراني مخصوصاً در  جريانهاي زياد مي باشد. نصب يك ديفيوزر صدا در خروجي شير منجر به كاهش سطح صدا تا حدود 15dbخواهد شد.
نصب موازي شيرهاي فشارشكن (شكل 4)

شكل 4 :نصب موازي شيرهاي تقليل فشار

در سيستمهايي كه تغييرات زياد جريان وجود دارد، استفاده از چند شير فشارشكن موازي با ظرفيت كمتر مناسبتر از استفاده يك شير فشارشكن مي باشد. اين امر منجر به عمر بيشتر شيرها، كاهش هزينه در  درازمدت و تعميرات كمتر خواهد شد. در برخي موارد نيز محدوديت قطرواندازه شيرهاي فشار شكن باعث استفاده از چند شير به طور موازي مي گردد. مي توان گفت در مواردي كه تغييرات جريان بيشتر از ده درصد جريان ماكزيمم است، بهتر است تا از نصب موازي شيرهاي استفاده نمود. يك شير فشار شكن تنها در بارهاي كمتر، با تغييرات بار سريعتر باز و بسته خواهد شد كه در نتيجه باعث خوردگي قسمت نشيمنگاه شير و سطوح هدايتگر شده و نيز عمر ديافراگم اصلي را  كاهش خواهد داد.در مورد نقطه تنظيم فشار پايين دست شيرهاي موازي ، بهتر است كه فشار  خروجي آنها با اختلاف 1Psiيا 2Psiنسبت به يكديگر تنظيم گردد.  اين امر باعث ميشود تا در مواقعي كه بار به اندازه اي كم است كه يك شير بتواند آن را تأمين نمايد, شيري كه با فشار كمتر تنظيم شده كاملاً بسته شده و جريان از شير با فشار تنظيم بالاتر عبور نمايد و در نتيجه عمر كلي شيرها افزايش خواهد يافت.در مورد انتخاب ظرفيت شيرها، مناسب است كه نسبت ظرفيت آنها برابر 2/3و 1/3ظرفيت كل باشد و شير بزرگتر روي فشار كمتر  و شير كوچكتر روي فشار بيشتر تنظيم گردد. تصميم گيري دقيق در مورد  نسبت ظرفيت شيرها بستگي با اطلاعات كامل  از ميزان مصرف و تغييرات آن دارد.

شكل 5 :نصب سري شيرهاي تقليل فشار
(Spirax Sarco Standard)