شیرآلات صنعتی

شیرآلات صنعتی چیست؟

شیرآلات صنعتی مجموعه‌ای از دستگاه‌های مکانیکی هستند که برای کنترل جریان سیالات در لوله‌ های صنعتی طراحی شده‌اند. سیال می‌تواند مایع، گاز یا بخار باشد. این شیرها وظایف مختلفی مانند تنظیم، منحرف کردن و متوقف کردن جریان سیالات را انجام می‌دهند. با باز و بسته کردن یا مسدود کردن جزئی مسیر عبور سیال، می‌توان نرخ و فشار جریان را به طور دقیق کنترل کرد.

اجزای اصلی شیرآلات صنعتی شامل بدنه، بونت، دیسک، ساقه، نشیمنگاه، واشر، کلاهک، دسته یا هندویل و عملگر است. علاوه بر این اجزا، شیرهای صنعتی ممکن است دارای اجزای دیگری مانند فنر، پیستون، شیر تخلیه و… نیز باشند که وظایف خاص خود را دارند.

انواع شیرآلات صنعتی و کاربرد آنها

شیرآلات صنعتی به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند که هر کدام برای کاربردها و شرایط عملیاتی خاصی طراحی شده‌اند. انتخاب شیرآلات و اتصالات صنعتی مناسب، با توجه به نوع سیال، فشار و دما، وظیفه مورد نظر و شرایط محیطی از اهمیت بالایی برخوردار است. استفاده از شیرآلات و اتصالات با کیفیت و مرغوب، ضامن عملکرد صحیح و ایمن سیستم‌های صنعتی خواهد بود. این شیرآلات در تمامی صنایع مانند صنایع دریایی و کشتیرانی، نفت و گاز، پتروشیمی، نیروگاه‌ها، آب و فاضلاب، معادن و… کاربرد دارند.

انواع شیرآلات صنعتی نفت و گاز

صنعت نفت و گاز به طور گسترده از شیرآلات صنعتی برای کنترل و هدایت جریان سیالات (نفت خام، گاز طبیعی، محصولات پالایشگاهی و…) در خطوط لوله، پالایشگاه ها، مخازن و سایر تجهیزات استفاده می‌کند. انتخاب نوع شیرآلات مناسب برای این صنعت از اهمیت بالایی برخوردار است زیرا باید در شرایط سخت و طاقت فرسای عملیاتی (فشار و دمای بالا، خورندگی و…) عملکردی ایمن و قابل اعتماد داشته باشند. در ادامه به معرفی تعدادی از این شیرآلات پرکاربرد در صنعت نفت و گاز می‌پردازیم.

1. شیرهای دروازه ای (Gate Valves):

شیرهای دروازه‌ای که به نام شیرهای کشویی نیز شناخته می‌شوند، نوعی از شیرآلات صنعتی هستند که برای قطع و وصل کامل جریان سیالات در خطوط لوله به کار می‌روند. این شیرها به دلیل‌عدم وجود حفره‌های کوچک در مسیر جریان، برای کنترل آن‌ها با ذرات معلق نیز مناسب هستند. . مکانیزم آن‌ها شامل یک دیسک عمودی است که با حرکت بالا و پایین، مسیر سیال را مسدود یا باز می‌کند. به دلیل سادگی و افت فشار کم، انتخابی مناسب برای این صنعت هستند.

2. شیرهای توپی (Ball Valves):

شیرهای توپی که به نام بال ولو نیز شناخته می‌شوند، برای قطع و وصل، تنظیم جریان سیال و ایزوله کردن تجهیزات مختلف مانند پمپ‌ها، کمپرسورها و مخازن در مواقع تعمیرات و نگهداری در طیف گسترده‌ای از کاربردها از جمله پالایشگاه‌ها و خطوط انتقال گاز و نفت به کار می‌روند. دارای یک توپی با سوراخ هستند که با چرخش آن، مسیر جریان کنترل می‌شود. این شیرها به دلیل چرخش سریع توپ، می‌توانند جریان سیالات را به سرعت قطع و وصل کنند. سادگی، سرعت عمل و آب‌بندی مناسب از مزایای این نوع شیرها است.

3. شیرهای پروانه ای (Butterfly Valves):

شیرهای پروانه‌ای که به نام باترفلای ولو نیز شناخته می‌شوند، نوعی از شیرآلات صنعتی هستند که برای قطع و وصل و همچنین تنظیم جریان سیالات در سیستم‌های تهویه، فاضلاب و خطوط لوله به کار می‌روند. این شیرها به دلیل ساختار ساده و کارآمد، از پرکاربردترین شیرها در صنایع نفت و گاز محسوب می‌شوند. مکانیزم آن‌ها شامل یک دیسک فلزی به شکل پروانه است که با چرخش حول محور خود، مسیر جریان را مسدود یا باز می‌کند. وزن کم، نصب آسان و قیمت مناسب از مزایای این نوع شیرها است.

4. شیرهای یکطرفه (Check Valves):

شیرهای یکطرفه که به نام‌های چک ولو و شیر غیر بازگشتی نیز شناخته می‌شوند، برای کنترل جریان سیالات در خطوط لوله به کار می‌روند. این شیرها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که فقط به جریان سیال در یک جهت اجازه عبور می‌دهند و از برگشت جریان جلوگیری می‌کنند. انواع مختلفی مانند ساچمه ای، دیافراگمی و فنری دارند که در پمپ ها، خطوط لوله و سیستم‌های انتقال سیالات کاربرد دارند. تضمین جریان در یک جهت از مزایای این نوع شیرها است.

5. شیرهای کروی (Globe Valves):

شیرهای کروی که به نام‌های شیر گلوب ولو و شیر بشقابی نیز شناخته می‌شوند، به دلیل مزایای متعددی از جمله ساختار ساده، کارآمد و قابل اعتماد، تنوع در سایز و جنس، قیمت مناسب، قابلیت قطع و وصل کامل جریان و تنظیم تا حدی جریان، از پرکاربردترین شیرها در صنایع نفت و گاز محسوب می‌شوند. شیرآلات صنعتی کروی دارای یک دیسک و ساقه هستند که با حرکت عمودی ساقه، مسیر جریان سیال کنترل می‌شود. قابلیت تنظیم دقیق از مزایای این نوع شیرها است.

6. شیرهای دیافراگمی (Diaphragm Valves):

شیرهای دیافراگمی که به نام دیافراگم ولو نیز شناخته می‌شوند، برای قطع و وصل جریان سیالات در خطوط لوله به کار می‌روند. این شیرها به دلیل ساختار خاص خود، مزایای متعددی نسبت به سایر شیرهای صنعتی دارند که آن‌ها را به انتخابی مناسب برای صنایع نفت و گاز تبدیل کرده است. این شیرها به جای دیسک، از یک دیافراگم لاستیکی یا پلاستیکی برای کنترل جریان استفاده می‌کنند. عدم تماس مستقیم سیال با اجزای فلزی شیر از مزایای این نوع شیرها است. به طور کلی این شیرها برای قطع و وصل جریان سیالات خورنده، سمی و اسیدی در پالایشگاه‌ها و خطوط انتقال مواد شیمیایی کاربرد دارند.

7. شیرهای سوزنی (Needle Valves):

شیرهای سوزنی که به نام نیدل ولو نیز شناخته می‌شوند، برای کنترل دقیق جریان سیالات در خطوط لوله به کار می‌روند و دارای یک سوزن مخروطی شکل هستند که با حرکت آن در داخل یک مجرای باریک، جریان به طور دقیق تنظیم می‌شود. . این شیرآلات صنعتی برای تنظیم دقیق جریان سیالات با ویسکوزیته بالا در سیستم‌های آزمایشگاهی و خطوط لوله با جریان کم به کار می‌روند. همچنین به جلوگیری از نشت و انتشار سیالات در سیستم‌های تحت فشار کمک می‌کنند.

8. شیرهای ایمنی (Safety Valves):

شیرهای ایمنی که به نام‌های شیر اطمینان، شیر فشارشکن و سیفتی ولو نیز شناخته می‌شوند، تجهیزاتی حیاتی در صنایع نفت و گاز هستند. این شیرها برای جلوگیری از افزایش بیش از حد فشار در سیستم و تخلیه سیال اضافی در دیگ‌های بخار، مخازن تحت فشار و سیستم‌های لوله کشی صنعتی به کار می‌روند. این شیرها با تخلیه سیال اضافی در مواقع اضطراری، از بروز انفجار، آتش‌سوزی و سایر حوادث ناگوار جلوگیری می‌کنند.

انواع شیرآلات صنعتی در صنایع دریایی و کشتیرانی

صنایع دریایی و کشتیرانی به طور گسترده از شیرآلات صنعتی برای کنترل جریان سیالات (مایعات، گازها و بخار) در سیستم‌های مختلف کشتی، سکوهای نفتی و سایر تجهیزات دریایی استفاده می‌کنند. این شیرآلات نقشی حیاتی در عملکرد ایمن و کارآمد این سیستم‌ها ایفا می‌کنند. صنعت دریایی برای تضمین عملکرد ایمن و کارآمد کشتی‌ها، شناورها و تجهیزات وابسته، به شیرآلاتی مقاوم و محکم نیاز دارد. شیرآلات مورد استفاده در این صنعت باید با شرایط خاص محیط دریایی سازگار باشند. شیرهای به کار رفته در صنایع دریایی و کشتیرانی باید در برابر شرایط دشوار گوناگونی مانند شوری آب، هوازدگی، فشار جوی و ضربه، مقاوم باشند.

شیرهای توپی: این شیر از یک توپ فلزی با سوراخی در وسط آن تشکیل شده است که با چرخش ۹۰ درجه، مسیر جریان سیال را مسدود یا باز می‌کند. شیر توپی به دلیل سادگی طراحی، به راحتی باز و بسته می‌شود و همچنین به دلیل تماس کامل توپ با نشیمنگاه، آب‌بندی کاملی را ایجاد می‌کند. این شیرها در کنترل جریان روغن در سیستم‌های هیدرولیکی کشتی، کنترل جریان مواد شیمیایی در خطوط و جداسازی بخش‌های مختلف خطوط لوله استفاده می‌شوند.

شیرهای پروانه‌ای: این شیر از یک دیسک فلزی به شکل پروانه تشکیل شده است که با چرخش ۹۰ درجه حول محور خود، مسیر جریان سیال را مسدود یا باز می‌کند. شیر پروانه‌ای از جنس‌های مختلفی مانند چدن، فولاد و استیل ساخته می‌شود که مقاومت بالایی در برابر فشار و دما دارند. این شیرها در کنترل جریان آب درسیستم لوله کشی کشتی، کنترل جریان سوخت در موتورخانه و کنترل جریان روغن در سیستم‌های هیدرولیکی کاربرد دارند.

شیرهای دروازه‌ای: این شیر از یک دیسک فلزی به شکل مستطیل یا گوه تشکیل شده است که با حرکت عمودی خود، مسیر جریان سیال را مسدود یا باز می‌کند. شیرهای دروازه‌ای به دلیل آب‌بندی کامل و مقاومت بالا در برابر فشار، برای خطوط لوله با قطر بزرگ مناسب هستند. از این نوع شیرآلات صنعتی در کنترل جریان آب در سیستم‌های اطفای حریق کشتی، کنترل جریان فاضلاب در سیستم‌های تصفیه فاضلاب، کنترل جریان آب دریا در سیستم‌های خنک کننده موتورخانه استفاده می‌شود.

شیرهای سوزنی: این نوع شیرها از یک سوزن فلزی برای تنظیم دقیق جریان سیالات استفاده می‌کنند. شیرهای سوزنی به دلیل دقت بالا در تنظیم جریان، برای سیستم‌های حساس مانند سیستم‌های کنترل دما و فشار به کار می‌روند. از این شیرها می‌توان در سیستم‌های اطفاء حریق، سیستم‌های تهویه مطبوع و همچنین در خطوط لوله انتقال مواد شیمیایی استفاده کرد.

شیرهای چک: این نوع شیرها به طور خودکار جریان سیالات را در یک جهت مجاز می‌دانند و از برگشت جریان جلوگیری می‌کنند. شیرهای چک برای جلوگیری از برگشت جریان سیالات و آسیب به تجهیزات در سیستم‌های مختلف به کار می‌روند. این شیرها در جلوگیری از برگشت جریان آب در سیستم‌های لوله کشی کشتی، جریان سوخت در موتورخانه، جریان روغن در سیستم‌های هیدرولیکی، جریان مواد شیمیایی در خطوط لوله و حفاظت از پمپ‌ها و تجهیزات دیگر در برابر برگشت جریان سیال استفاده می‌شوند.

انواع شیرآلات صنعتی در صنایع آب و فاضلاب

شیرآلات صنعتی جزو اجزای حیاتی در صنایع آب و فاضلاب هستند و نقشی اساسی در کنترل و مدیریت جریان سیالات (آب، فاضلاب و مواد شیمیایی) در سیستم‌های مختلف تصفیه‌خانه‌ها، خطوط لوله، ایستگاه‌های پمپاژ و سایر تجهیزات مربوطه ایفا می‌کنند. در ادامه به بررسی انواع شیرآلات صنعتی در صنعت آب و فاضلاب و کاربرد هر کدام می‌پردازیم.

1. شیرهای قطع و وصل:

این نوع شیرآلات صنعتی برای قطع و وصل کامل جریان سیال در خطوط لوله به کار می‌روند. از جمله شیرهای قطع و وصل پرکاربرد می‌توان به شیرهای کشویی، پروانه‌ای، کروی و سوزنی اشاره کرد.

شیر کشویی: این شیر با حرکت عمودی یک صفحه فلزی (کشویی) مسیر جریان را مسدود یا باز می‌کند. شیرهای کشویی برای قطع و وصل جریان در خطوط لوله با قطر بالا مناسب هستند.

شیر پروانه‌ای: این نوع از شیر با چرخش یک دیسک فلزی (پروانه) در داخل بدنه، جریان سیال را کنترل می‌کند. شیرهای پروانه‌ای به دلیل سادگی و قیمت مناسب، در خطوط لوله با قطرهای مختلف کاربرد فراوانی دارند.

شیر کروی: این شیر با حرکت یک توپ فلزی در داخل بدنه، مسیر جریان را مسدود یا باز می‌کند. شیرهای کروی به دلیل آب‌بندی کامل و مقاومت بالا در برابر خوردگی، برای خطوط لوله حامل سیالات خورنده و سمی مناسب هستند.

شیر سوزنی: با حرکت یک سوزن مخروطی شکل در داخل بدنه، جریان سیال را به طور دقیق تنظیم می‌کند. شیرهای سوزنی برای تنظیم دقیق جریان در خطوط لوله با قطر کم کاربرد دارند.

2. شیرهای کنترل:

شیرهای کنترل برای تنظیم و کنترل جریان سیال در خطوط لوله به کار می‌روند. از جمله شیرهای کنترل پرکاربرد می‌توان به شیرهای کنترل دستی، محرک‌دار، اتوماتیک (پیلوت‌دار) و فشارشکن اشاره کرد.

شیر کنترل دستی: این شیرها توسط اپراتور و به صورت دستی تنظیم می‌شوند و می‌توان از آن‌ها برای مصارف مختلفی مانند کنترل جریان آب در خطوط اصلی، انشعابات فرعی، ایستگاه‌های پمپاژ و مخازن استفاده کرد.

شیر کنترل محرک‌دار: این شیرها به وسیله یک محرک الکتریکی، پنوماتیکی یا هیدرولیکی باز و بسته می‌شوند. شیرهای کنترل محرک‌دار به دلیل استفاده از محرک، قابلیت تنظیم دقیق جریان آب را فراهم می‌کنند. همچنین می‌توان به سیستم‌های کنترل اتوماتیک متصل کرد و از راه دور آن‌ها را کنترل کرد.

شیر کنترل اتوماتیک (پیلوت‌دار): ا این شیرها به وسیله یک سیستم کنترلی اتوماتیک که از یک شیر کوچک به نام پیلوت تشکیل شده، باز و بسته می‌شوند. شیر پیلوت با دریافت سیگنال از سنسورها یا سیستم‌های کنترل، فرمان لازم برای تنظیم جریان آب را به شیر اصلی ارسال می‌کند.

شیر فشارشکن: این شیر برای کاهش فشار سیال در خطوط لوله به کار می‌رود. شیرهای فشارشکن برای کنترل جریان آب در سیستم‌های لوله کشی و حفاظت از تجهیزات و تاسیسات در برابر فشار بیش از حد آب استفاده می‌شوند. همچنین از این شیرها می‌توان در سیستم‌های آبیاری، تصفیه خانه‌ها و همچنین در خطوط لوله انتقال مواد شیمیایی استفاده کرد.

3. شیرهای یک‌طرفه:

شیرآلات صنعتی یکطرفه به گونه‌ای طراحی شده‌اند که فقط به جریان سیال در یک جهت اجازه عبور می‌دهند. از جمله شیرهای یک‌طرفه پرکاربرد می‌توان به شیرهای خودکار، لولایی و فنری اشاره کرد.

شیر خودکار: این شیرها بدون نیاز به اپراتور و به طور خودکار عمل می‌کنند و به سیال اجازه می‌دهند فقط در یک جهت جریان داشته باشد. شیرهای خودکار با جلوگیری از نوسانات جریان، به ایجاد ثبات در سیستم‌های لوله کشی کمک می‌کنند.

شیر لولایی: شیرآلات صنعتی لولایی با استفاده از یک لولا و یک دیسک، جریان را در یک جهت هدایت می‌کند. این شیرها به دلیل سادگی طراحی، قیمت مناسب و عملکرد آسان، در صنایع آب و فاضلاب کاربرد گسترده‌ای دارند. شیرهای لولایی از جنس‌های مختلفی مانند چدن، فولاد و استیل ساخته می‌شوند که مقاومت بالایی در برابر فشار و دما دارند.

شیر فنری: این شیرهای صنعتی با استفاده از یک فنر، جریان را در یک جهت هدایت می‌کند. شیرهای فنری با انواع اتصالات مختلف مانند فلنج، جوشی و رزوه‌ای موجود است و باید نوع اتصال مناسب با سیستم لوله کشی انتخاب شود.

4. شیرهای شناور:

برای کنترل سطح مایعات در مخازن از شیرآلات صنعتی شناور استفاده می شود. شیرهای شناور با استفاده از یک فلوتر که به سطح مایع متصل است، به طور خودکار جریان ورودی به مخزن را قطع و وصل می کنند. شیرهای شناور برای کنترل سطح مخازن ذخیره آب آشامیدنی و فاضلاب کنترل سطح تانکرهای حمل آب و فاضلاب، جلوگیری از کارکرد پمپ‌ها در شرایط کمبود آب و آسیب به آنها استفاده می‌شوند. مزیت اصلی استفاده از شیرهای شناور در صنایع آب و فاضلاب، کنترل دقیق سطح مایعات، صرفه جویی در مصرف آب، کاهش هزینه‌ها، قابلیت اطمینان بالا و نصب و راه اندازی آسان است.

5. شیرهای هوا:

برای تخلیه هوای محبوس شده در خطوط لوله از شیرهای هوا استفاده می شوند. وجود هوای محبوس شده در خطوط لوله می تواند باعث مشکلاتی نظیر خوردگی، کاهش راندمان پمپ‌ها، ایجاد صدا و ضربه قوچ شود. شیرهای هوا در خطوط لوله انتقال آب آشامیدنی و فاضلاب برای تخلیه هوای محبوس شده در هنگام پر کردن خط لوله یا پس از تعمیرات استفاده می‌شوند. همچنین در ایستگاه‌های پمپاژ برای تخلیه هوای محبوس شده در خطوط مکش و رانش پمپ‌ها استفاده می‌شوند.

6. شیرهای آتش نشانی:

شیرهای آتش نشانی در انواع مختلفی وجود دارند که متداول‌ترین نوع آنها، شیرهای پایه دار ایستاده (روی زمین) هستند. این شیرها در شهرها، محوطه‌های صنعتی و اماکن مورد نیاز بر روی شبکه‌های آبرسانی شهری و اضطراری تحت فشار نصب می‌شوند. شیر آتش نشانی نوع ایستاده دارای حداقل یک دهانه گیرنده و سه دهانه دهنده آب در اندازه‌های متفاوت است. دهانه‌های دهنده مجهز به درپوش زنجیردار هستند و خود شیر نیز برای جلوگیری از یخ‌زدگی، خوردگی و زنگ‌زدگی، دارای مکانیزم تخلیه خودکار و یک فلنج ضربه گیر ایمنی است. همچنین، این نوع شیر مجهز به یک سامانه تخلیه خودکار مکانیکی ستون آب داخل شیر پس از بسته شدن شیر اصلی است که برای جلوگیری از یخ‌زدگی، زنگ‌زدگی و خوردگی پیش‌بینی شده است.

7. شیرهای حفاظت از شکستگی خط لوله:

شیرهای حفاظت از شکستگی خط لوله که به نام شیرهای قطع کن اضطراری نیز شناخته می‌شوند، نوعی شیرآلات صنعتی خودکار هستند که برای جلوگیری از تخلیه مخازن ذخیره در زمان ترکیدگی و شکستگی خطوط لوله انتقال به پایین دست استفاده می‌شوند. این شیرها نقش حیاتی در حفظ و نگهداری خطوط لوله و مخازن ذخیره و همچنین جلوگیری از هدر رفتن آب و فاضلاب دارند. این شیرها به طور معمول در داخل شیرخانه خروجی مخازن اصلی آب شهر نصب می‌شوند. در حالت عادی، شیر باز است و جریان آب به طور آزادانه عبور می‌کند. در صورت بروز شکستگی در خط لوله، حسگرهای مکانیکی (مانند شتاب سنج) ارتعاشات و تغییرات ناگهانی فشار را تشخیص می‌دهند. با دریافت سیگنال از حسگرها، مدار فرمان شیر فعال شده و جک هیدرولیکی شیر را به سرعت می‌بندد. با بسته شدن شیر، جریان آب به پایین دست قطع شده و از تخلیه مخزن ذخیره جلوگیری می‌شود.

استاندارد شیرآلات صنعتی

استاندارد شیرآلات صنعتی مجموعه‌ای از قواعد و الزامات فنی است که برای طراحی، ساخت، آزمایش و نصب شیرآلات صنعتی در نظر گرفته می‌شود. این استانداردها توسط سازمان‌های معتبر بین‌المللی مانند API (انستیتوی نفت آمریکا)، ASME (انجمن مهندسان مکانیک آمریکا) و ISO (سازمان بین‌المللی استانداردسازی) تدوین و منتشر می‌شوند. انتخاب شیرآلات صنعتی با گواهینامه استاندارد تضمین می‌کند که این محصولات از کیفیت و عملکرد قابل قبولی برخوردار هستند و می‌توان با اطمینان خاطر از آن‌ها در سیستم‌های مختلف استفاده کرد.