محاسبه و سایزینگ رلیف ولو

مقدمه

رلیف ولو یا شیر اطمینان یکی از مهم‌ترین اجزای سیستم‌های صنعتی است که برای حفاظت از تجهیزات و سیستم‌ها در برابر فشار بیش از حد طراحی شده است. این تجهیزات در صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، نیروگاه‌ها، سیستم‌های هیدرولیک و بسیاری دیگر کاربرد دارند. انتخاب صحیح و سایزینگ دقیق رلیف ولو از اهمیت بالایی برخوردار است؛ زیرا انتخاب نادرست می‌تواند منجر به آسیب جدی به سیستم، هدر رفتن انرژی و خطرات ایمنی شود. در این مقاله، به بررسی اصول محاسبه، فاکتورها و مراحل سایزینگ رلیف ولو پرداخته خواهد شد.

SERA Diaphragm Relief Valve

۱. تعریف رلیف ولو

رلیف ولو وسیله‌ای است که به صورت خودکار فشار سیستم را در محدوده ایمن نگه می‌دارد. در شرایطی که فشار از حد مجاز فراتر رود، ولو باز شده و مقداری از سیال (گاز، بخار یا مایع) را به بیرون هدایت می‌کند تا فشار کاهش یابد. پس از کاهش فشار، ولو دوباره بسته می‌شود.

۲. اهمیت سایزینگ صحیح رلیف ولو

انتخاب سایز اشتباه ولو می‌تواند اثرات زیر را داشته باشد:

• سایز کوچک: ولو قادر به کنترل فشار نخواهد بود و سیستم دچار overpressure می‌شود.

• سایز بزرگ: باز و بسته شدن ناگهانی و ناپایدار ولو باعث شوک سیستم، هدررفت انرژی و آسیب مکانیکی می‌شود.
  بنابراین سایزینگ دقیق و محاسبه ظرفیت ولو برای حفاظت از تجهیزات و رعایت استانداردهای ایمنی ضروری است.

۳. فاکتورهای مؤثر در سایزینگ رلیف ولو

برای سایزینگ رلیف ولو باید چندین فاکتور کلیدی را در نظر گرفت:

1. نوع سیال: گاز، بخار، مایع، یا ترکیبی از آن‌ها. خواص فیزیکی سیال مانند چگالی، ویسکوزیته و دما بسیار مهم هستند.

2. فشار کاری سیستم: فشار نرمال و فشار طراحی سیستم برای تعیین set pressure ولو استفاده می‌شود.

3. دمای سیال: دما روی حجم جریان و خواص سیال تأثیر می‌گذارد.

4. حالت جریان: جریان تک‌فازی یا چندفازی، تراکم‌پذیر بودن گاز یا بخار.

5. نوع اتصال ولو: Flanged، threaded یا welded. این مورد روی افت فشار و نصب تأثیرگذار است.

6. استانداردها و کدهای طراحی: ASME, API, ISO و استانداردهای محلی صنایع باید رعایت شوند.

۴. مراحل محاسبه ظرفیت رلیف ولو

محاسبه ظرفیت رلیف ولو برای اطمینان از کنترل فشار و رعایت ایمنی انجام می‌شود. مراحل اصلی عبارتند از:

مرحله اول: تعیین شرایط طراحی

• فشار set pressure ولو: فشار بحرانی که ولو شروع به باز شدن می‌کند.

• فشار back pressure: فشار پشت ولو که روی عملکرد آن تأثیر دارد.

• دمای سیال و خواص فیزیکی.

مرحله دوم: تعیین نوع جریان

• مایع غیر قابل تراکم: اغلب از معادلات Bernoulli و جریان توربولنت استفاده می‌شود.

• گاز یا بخار تراکم‌پذیر: نیاز به محاسبات بر اساس قوانین گاز ایده‌آل و اصلاحات تراکم‌پذیری دارد.

مرحله سوم: محاسبه دبی مورد نیاز

دبی (Flow rate) سیال که باید توسط ولو تخلیه شود، با توجه به شرایط overpressure محاسبه می‌شود. این دبی معمولاً بر اساس فرمول‌های استاندارد API 520 و ASME Section VIII تعیین می‌شود.

برای مایع غیرقابل تراکم:

Q=C⋅A⋅2ΔPρQ = C \cdot A \cdot \sqrt{\frac{2 \Delta P}{\rho}}Q=C⋅A⋅ρ2ΔP​​

که در آن:

• $Q$ = دبی تخلیه

• $C$ = ضریب جریان (flow coefficient)

• $A$ = سطح مقطع دهانه ولو

• $\Delta P$ = اختلاف فشار

• $\rho$ = چگالی مایع

برای گاز یا بخار تراکم‌پذیر:

W=C⋅A⋅P1⋅K⋅TZW = C \cdot A \cdot P_1 \cdot K \cdot \sqrt{\frac{T}{Z}}W=C⋅A⋅P1​⋅K⋅ZT​​

که $W$ جرم جریان، P1P_1P1​ فشار ورودی، $T$ دما، $Z$ ضریب تراکم‌پذیری و $K$ ضریب مخصوص جریان است.

مرحله چهارم: انتخاب سایز ولو

پس از محاسبه دبی، با استفاده از جداول استاندارد سازنده یا فرمول‌ها، سایز مناسب دهانه ولو انتخاب می‌شود. این مرحله شامل بررسی فشار backpressure، نوع اتصال، جنس بدنه و شرایط خوردگی است.

۵. ملاحظات نصب و عملکرد

• نصب ولو در مکان مناسب برای جلوگیری از ایجاد فشار موضعی و شوک هیدرولیکی ضروری است.

• بررسی زاویه نصب، فاصله از تجهیزات مجاور و لوله‌کشی صحیح.

• تست دوره‌ای برای اطمینان از عملکرد صحیح ولو و جلوگیری از گرفتگی یا خوردگی.

۶. استانداردها و کدهای طراحی

برای محاسبه و سایزینگ رلیف ولو از استانداردهای زیر استفاده می‌شود:

• API 520 & 521: برای طراحی و محاسبه شیرهای اطمینان در صنایع نفت و گاز.

• ASME Section VIII: برای فشار vessel و محاسبه فشار بیشینه.

• ISO 4126: استاندارد بین‌المللی برای شیرهای ایمنی و رلیف ولو.

۷. نکات مهم در انتخاب رلیف ولو

• اطمینان از سازگاری مواد ولو با سیال و شرایط دما/فشار.

• انتخاب نوع عملگر (Spring-loaded یا Pilot-operated) بر اساس شرایط عملیاتی.

• در نظر گرفتن overpressure مجاز و ظرفیت تخلیه اضافی برای شرایط اضطراری.

• تطابق با استانداردهای ایمنی و کدهای محلی.

نتیجه‌گیری

سایزینگ و محاسبه رلیف ولو یک فرآیند حیاتی در طراحی سیستم‌های فشار بالا است. دقت در انتخاب فشار set، دبی تخلیه و سایز ولو نه تنها از آسیب تجهیزات جلوگیری می‌کند، بلکه امنیت سیستم و کارکنان را نیز تضمین می‌کند. با رعایت استانداردهای معتبر و انجام محاسبات دقیق، می‌توان عمر مفید تجهیزات را افزایش داد و ریسک ناشی از overpressure را به حداقل رساند.