شیرهای صنعت نفت و گاز، بخش حیاتی هر سیستم لوله کشی هستند، به این معنی که نقش کلیدی در صنعت نفت و گاز دارند.

 از آنها می‌توان برای کنترل نرخ جریان، جداسازی و محافظت از تجهیزات و هدایت فرآیند پالایش نفت خام استفاده کرد.

در مقالات قبل به توضیح پارامترهای مهم برای انتخاب ولو ها در صنایع، روش های نگهداری از کنترل ولو، تعریف شیرپنوماتیک، عملکرد شیر تخلیه پایلوت پرداختیم.

در این مقاله، پنج شیر معمولی که در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرند را معرفی می‌کنیم:

شیرهای کنترل (control valve)

شیرهای کنترل دریچه‌هایی هستند که کنترل فرآیند را بر نرخ جریان، فشار و دما در صنعت نفت و گاز ارائه می‌کنند.

 آنها با تغییر اندازه مسیر عبور جریان که توسط یک سیگنال هیدرولیک، پنوماتیک یا الکتریکی ارسال شده از یک کنترل کننده هدایت می‌شود، کار می‌کنند.

 عملکرد خودکار این شیرها به جای اینکه یک اپراتور دائماً نظارت و تنظیم کند، توانایی کار از راه دور را به آنها می‌دهد.

شهباز صنعت ارائه دهنده انواع کنترل ولو (control valve) است.

شیرهای پروانه ای (Butterfly Valves)

شیرهای پروانه‌ای برای جداسازی و تعدیل انواع رسانه‌ها با افت فشار کم استفاده می‌شوند. شیر معمولاً مجهز به یک محرک است.

ضخامت کوچک آنها اجازه می‌دهد تا تقریباً در هر مکانی جا شوند، در حالی که سهولت در دسترس بودن آنها در قطرهای بزرگتر به این معنی است که می‌توان آنها را در لوله‌های بزرگ استفاده کرد.

هنگامی که فعال می‌شوند، به سرعت باز و بسته می‌شوند و قابلیت اطمینان بالایی را با نگهداری کمی ارائه می‌دهند.

شیرهای توپی (Ball Valves)

شیرهای توپی برای کنترل جریان مایعات و گازهای فشار قوی با حداقل افت فشار طراحی شده‌اند.

 آنها سریع باز و بسته می‌شوند و دارای مهر و موم محکم با گشتاور کم هستند.

 سهولت کارکرد، تعمیر و تطبیق پذیری آنها این قابلیت را می‌دهد که در مکان‌های مختلف مورد استفاده قرار گیرند.

شیرهای چک (Check Valves)

شیرهای چک برای جلوگیری از جریان معکوس در لوله‌ها استفاده می‌شود. خدمات آنها به محافظت از پمپ‌ها و تجهیزاتی که در اثر جریان برگشتی آسیب می‌بینند، کمک می‌کند و باعث کاهش تعمیر و نگهداری و خرابی سیستم می‌شود.

 این شیرها دارای افت فشار کم هستند که باعث افزایش صرفه جویی در مصرف انرژی می‌شود.

آنها همچنین به کاهش پچ پچ در لوله‌ها کمک می‌کنند.

دریچه های گلوب (Globe Valves)

دریچه‌های گلوب اغلب برای خدمات ایزوله و دریچه گاز استفاده می‌شوند.

 نصب و راه اندازی به دلیل صندلی‌های سوپاپ به راحتی و سهولت انجام می‌شود. 

آنها قابلیت خاموش کردن اضطراری را ارائه می‌دهند و حرکت خطی ساده امکان باز و بسته شدن سریع دریچه را فراهم می‌کند.

شرایط عملکرد شیرهای مختلف در صنعت گاز و پتروشیمی

انواع شیرها بر اساس شرایط خط لوله انتخاب می‌شوند. شیرها باید از موادی ساخته شوند که بتوانند شرایط سخت را در خطوط لوله بدون سایش و پارگی بیش از حد و بدون به خطر انداختن استانداردهای عملکرد تحمل کنند.

 یک شرکت شیرآلات صنعتی هنگام انتخاب شیر باید فاکتورهای زیر را در نظر بگیرد:

1. درجه حرارت

ما می‌دانیم که فرآورده‌های نفتی قابل اشتعال هستند، صنعت نفت و گاز به ویژه به دما حساس است.

شیرها در خطوط لوله پتروشیمی باید قادر به تحمل و حفظ دما در محدوده قابل قبول باشند تا بتوانند این نیاز را برآورده کنند.

 علاوه بر این، فلزات هنگام گرم شدن منبسط می‌شوند و در هنگام سرد شدن منقبض می‌شوند، بنابراین در طراحی شیر باید این را نیز در نظر بگیرید. برای عملکرد بهینه شیر، نوسانات دما باید به حداقل برسد.

2. فشار

ممکن است سطوح فشار بالا در خط لوله بر یک شیر نامناسب بادوام غلبه کند.

 هنگامی که فشار قابل توجهی سیال به یک شیر سوزنی وارد می‌شود، ممکن است قادر به تحمل نیرو بدون فشار دادن به آن نباشد.

 به همین دلیل، یک شیر ثابت که بتواند فشار بالای خط لوله را تحمل کند، مورد نیاز است.

 به عنوان مثال، یکی از انواع شیرهای توپی تمام جوش می‌تواند فشارهای بالا را تحمل کند و در عین حال عملکرد مطلوب و گشتاور کم را حفظ کند.

کاهش فشار

فشار بیش از حد می‌تواند باعث پارگی خط لوله یا حتی خرابی در بادوام ترین شیرها شود.

 در نتیجه، یک خط لوله نفت ممکن است نیاز به نصب یک شیر کاهش فشار صنعتی داشته باشد.

 یک شیر چک که به فشار حساس است، شاید در این شرایط انتخاب مفیدی باشد.

 برای کاهش فشار سیال، می‌توان آن را برای تخلیه فشار هوای بسته باز کرد یا به آن اجازه داد تا رسانه ها را در خط لوله جاری کند. به همین ترتیب، یک شیر دیافراگمی ممکن است به عنوان یک دریچه گاز استفاده شود.

شرایط خورنده

نفت خام مخلوطی از چندین سوخت است که در طی فرآیند پالایش از هم جدا می‌شوند.

 برخی از اجزاء به شدت خورنده هستند و نیاز به استفاده از مواد مقاوم و غیر واکنشی در دریچه دارند.

 برای این نوع خط لوله، شیرهای فولادی ضد زنگ یا شیرهای ساخته شده از آلیاژهای فولادی بهبود یافته ایده آل هستند.

کاربرد شیرهای صنعتی در صنعت نفت و گاز

فعالیت‌های نفت و گاز نیازمند انواع روش‌های کنترل جریان سیال است.

بر این اساس، بسته به نتیجه مورد نظر، می‌توان از انواع شیرها در فازهای مختلف تولید یا توزیع استفاده کرد.

 بیایید نگاهی به برخی از انواع شیرها در صنعت نفت و گاز بیندازیم.

خاموش شدن سریع و آب بندی محکم – شیر توپی

در کاربردهای خط لوله که نیاز به قطع سریع و آب بندی محکم دارند، شیر توپی یک شیر دوار است که می‌توان به آن اعتماد کرد.

یک شیر توپی می‌تواند در اشکال و اندازه‌های مختلف باشد.

 هر نوع در یک وضعیت خط لوله خاص به خوبی کار می‌کند.

در نتیجه، قبل از انتخاب یک شیر توپی، ارزیابی ویژگی های خط لوله مهم است.

ساقه و نشیمنگاه‌های یک دریچه توپی شناور همه آن چیزی است که آن را بالا نگه می‌دارد.

 هنگامی که توپ شناور برای بستن شیر حرکت می‌کند، فشار سیال آن را روی صندلی‌های خود می‌برد و جریان را به طور کامل قطع می‌کند.

 حتی با وجود مایعات پرفشار که از طریق دهانه جریان می‌یابند، باز کردن دریچه به گشتاور قابل توجهی نیاز دارد زیرا فشار دادن توپ در برابر فشار بالای سیال به نیروی و گشتاور زیادی نیاز دارد.

 از این رو، یک خط لوله نفت و گاز با فشار کم تا متوسط باید از شیر توپی شناور استفاده کند.

از طرف دیگر، توپ روی یک شیر توپی تراننیون نصب شده است و برای نگه داشتن آن در موقعیت خود به فشار سیال متکی نیست.

در گشتاور کم، توپ نصب شده نیز می‌تواند در برابر نیرو باز و بسته شود. وقتی صحبت از برنامه‌های پرفشار می‌شود، این بهترین گزینه برای شماست.

کنترل جریان – شیر دروازه

جریان نفت و گاز تحت تأثیر شیر دروازه‌ای قرار نمی‌گیرد زیرا جریان بدون محدودیت را امکان پذیر می‌کند. این ویژگی‌ها آن را برای خطوط لوله مناسب می‌کند که در آن سرعت جریان باید حفظ شود در حالی که نرخ جریان باید کنترل شود.

دیسک یک شیر دروازه، زمانی که باز است، کانال خط لوله را بدون مانع باقی می‌گذارد و به مایعات دوغاب مانند نفت خام اجازه عبور می‌دهد.

کنترل جریان فشار بالا – شیر پروانه ای

یک شیر پروانه‌ای بسیاری از مواردی که یک شیر دروازه از نظر عملکرد فاقد آن است را جبران می‌کند.
کانال‌های باز اجازه می‌دهند رسانه‌ها آزادانه جریان پیدا کنند، حتی اگر حاوی ذرات جامد باشند.
از آنجایی که ساقه در پایه شیر پروانه‌ای دیسک آن را در جای خود نگه می‌دارد، می‌توان از آن در خطوط لوله با فشار بالا استفاده کرد. عملکرد کم گشتاور آن نیز نتیجه این ویژگی های طراحی است.

مدیریت فشار – شیر گلوب

اگر می‌خواهید جریان هوا را متوقف کنید، می توانید دریچه گلوب را با استفاده از یک پیستون پلاگ مانند ببندید.

 هنگامی که محرک چرخانده می‌شود، شیر خطی باز و بسته می‌شود.

 امکان بازکردن این شیر در سطوح مختلف به دلیل رزوه زنی روی ساقه وجود دارد.

 محبوبیت این نوع شیر در صنعت پتروشیمی را می توان دقیقاً به همین واقعیت جستجو کرد.

بسته به میزان دریچه گاز مورد نیاز، اندازه دهانه را می توان کاهش داد.

سوپاپ‌ها برای کاهش فشار با داشتن یک پایین زاویه دار طراحی شده‌اند که با پیستون در پایه ملاقات می‌کند.

 در حالی که مایع از داخل حفره برجسته عبور می‌کند، حرکت خود را از دست می‌دهد.

 بنابراین شیرهای گلوب برای سیستم‌های خط لوله که نیاز به مدیریت فشار دارند ایده آل هستند.

کانال کشی فرآورده های نفتی – شیر چک

یک شیر حساس به فشار مانند یک شیر بازرسی برای کانال کشی فرآورده‌های نفتی جدا شده مناسب است.

دریچه زمانی باز می‌شود که فشار ورودی بیشتر از فشار خروجی باشد. با این حال، محدودیتی برای رسانه‌هایی وجود دارد که به عقب جریان می‌یابند.

 شیر برگشتی یک شیر یک طرفه است که از جریان برگشت رسانه‌ها به سمت عقب جلوگیری می‌کند.

در مرحله پالایشگاه یک کارخانه سوخت فسیلی، زمانی که فرآورده‌های نفتی تفکیک شده به خطوط لوله مختلف هدایت می‌شوند تا یکپارچگی خود را حفظ کنند، این ممکن است مفید باشد.

 همچنین امکان استفاده از آن در خطوط لوله توزیع وجود دارد که جریان باید همیشه به سمت جلو هدایت شود.

مدیریت ورودی های نیمه جامد – شیر دوشاخه

به عنوان یک شیر خطی، یک شیر پلاگین دارای پیستونی است که قطر آن بزرگتر از شیر گلوب است.

علیرغم این واقعیت که این بهترین انتخاب برای دریچه گاز نیست، با این وجود می‌تواند خود را در یک خط لوله با سطح بزرگتر دوشاخه نگه دارد که اجازه می‌دهد فشار همراه با دوشاخه پخش شود و در عین حال تنظیم جریان سیال را حفظ کند.

عملگرها برای کنترل دوشاخه استفاده می‌شوند که می‌توانند به صورت دستی یا خودکار کار کنند.

 این اجازه می‌دهد تا فرآورده‌های نفتی غلیظ بدون مانع جریان پیدا کنند. برای فرآورده‌های نفتی تصفیه نشده، مانند آنهایی که در تولید بیوگاز استفاده می‌شوند، می‌توان شیر پلاگین را توصیه کرد.

استانداردهای API

هنگامی که مؤسسه نفت آمریکا (API) در سال 1919 به عنوان یک نهاد تنظیم کننده استاندارد تأسیس شد، آنها پیشگام در گرد هم آوردن کارشناسان موضوعی از صنایع مختلف برای توسعه، حفظ و توزیع استانداردهای اجماع صنعت بودند.

بیش از 700 استاندارد API وجود دارد که بر بهبود ایمنی عملیاتی، شرایط محیطی و پایداری در صنعت شیرها تمرکز دارد. این استانداردها در سطح جهانی پیاده سازی شده‌اند.

اطمینان حاصل می‌شود که استانداردهای API نه تنها به دلیل دقت فنی، بلکه برای اعتباربخشی شخص ثالث نیز شناخته می‌شوند، که پذیرش آنها توسط تنظیم کننده های ایالتی و فدرال و همچنین افزایش تنظیم کننده‌های بین‌المللی را آسان‌تر می‌کند.

برای تقریباً 90 سال، مؤسسه نفت آمریکا (API) استانداردهایی را برای بخش نفت و گاز طبیعی جهانی تنظیم کرده و حفظ کرده است و امروز نیز به این کار ادامه می‌دهد.

 این بخش را قادر می‌سازد تا به لطف تلاش‌ها و مشارکت‌هایشان، دائماً محصولات عالی ایجاد کند، خدمات مهمی را ارائه کند و عدالت را در بازار برای مشاغل و مصرف‌کنندگان به طور یکسان تضمین کند.

 در نتیجه، فرآیندهای صنعت ایمن‌تر هستند، کیفیت تضمین می‌شود، و هزینه‌ها ممکن است پایین نگه داشته شوند، ضایعات کاهش می‌یابد و سردرگمی به حداقل می‌رسد.

 علاوه بر این، آنها پذیرش محصولات جدید را سرعت می‌بخشند و به آنها اجازه می‌دهند سریعتر به بازار برسند و از نیاز به اختراع مجدد چرخ هر بار که محصول جدیدی ساخته می شود اجتناب می‌کنند.

استانداردهای ASME برای صنعت نفت و گاز

یک استاندارد جهانی برای طراحی، ساخت و آزمایش شیر، ASME B16.34 به طور گسترده در صنعت نفت و گاز استفاده می‌شود. آنها همچنین تأثیر زیادی بر صنعت ساخت سوپاپ دارند.

هنگامی که این استاندارد در سال 1988 مورد بازنگری قرار گرفت، شیرهای رزوه ای و انتهای جوشی را در لیست شیرهای قابل قبول گنجاند.

یک شیر مطابق با ASME B16.34 باید شرایط زیر را داشته باشد:

• معیارهای مواد ASME/ASTM برای ترکیب شیمیایی و استحکام شیرها رعایت می‌شود.
• به منظور حفظ ساختار دانه‌ای مناسب و مقاومت در برابر خوردگی، مواد بدنه و پوسته قبل از مونتاژ تحت عملیات حرارتی قرار می‌گیرند.
• بدنه و سایر اجزای حاوی فشار دارای ضخامت دیواره‌ای هستند که حداقل الزامات ASME B16.34 را برای هر کلاس فشار برآورده می‌کند.
• دمیدن از ساقه‌ها به دلیل بارگذاری داخلی غیرممکن است.
• پیچ و مهره‌ها باید از درجه ASTM باشند و حداکثر کشش اعمال شده باید با مقادیر ذکر شده در B16.34 محدود شود.
• در فشار نامی 1.5 برابر و برای مدت زمان معین، پوسته هر شیر باید آزمایش شود.
• نشتی صندلی در هر دو جهت و برای مدت زمان مشخصی در هر شیر بررسی می‌شود.
• برای هر شیر، مواد ساخت و ساز، محدودیت‌های عملیاتی و سازنده باید به طور دائم علامت گذاری شوند.

نتیجه

شیرهای صنعت نفت و گاز جزء بخش جدانشدنی از صنعت نفت و گاز هستند. این مقاله به بررسی انواع شیرآلات صنعتی، عملکرد و اجزای آنها پرداخته است. بدیهی است که آنها برای ایمنی و کیفیت محصولات نفتی ضروری هستند. با این حال، دیدن اینکه چگونه شرکت‌های شیرآلات صنعتی در آینده نوآوری خواهند کرد و چگونه ممکن است فناوری مدرن در شیرآلات گنجانده شود، جالب خواهد بود.