شیر تنفسی

شیر های تنفسی که با نام شیر تخلیه فشار/خلاء مستقیم نیز شناخته میشوند نوع خاصی از شیرهای تخلیه هستند که به طور ویژه برای محافظت از مخازن طراحی و استفاده می شوند. شیرهای تنفسی به صورت اتصال فلنج و تخلیه به اتمسفر در سه حالت فشاری، خلاء و ترکیب فشار/خلاء موجود هستند. شیرهای تخلیه فشار/خلاء به طور گسترده ای در مخازن ذخیره بزرگ با سرپوش ثابت یا متغییر برای کاهش تبخیر بکار می روند. شیرهای تنفسی با جلوگیری از ایجاد فشار یا خلاء اضافه مانع از آسیب به سیستم یا مخزن تحت فشار می گردند. کنترل میزان فشار یا خلاء در مخزن در واقع توسط پالت های وزنی یا فنرها انجام می شود و با ترکیب کردن این دو می توان شیر تنفسی فشار/خلاء را ایجاد کرد. و در واقع حالت ترکیبی فنر و پالت عموما مورد استفاده قرار می گیرد.

چرا باید از شیر تنفسی استفاده شود؟

شیر تنفسی دستگاهی محافظ است که بروی نازل روی سرپوش ثابت یک مخزن ذخیره نصب می شود. هدف اصلی از استفاده از شیر تنفسی محافظت مخزن در مقابل انفجار و یا مچالگی مخزن است. یک مخزن با سرپوش ثابت بدون امکان باز شدن کنترل شده در صورت افزایش فشار ناشی از پمپاژ مایع به درون مخزن یا فشار بخار ناشی از تغییرات دمایی می تواند منفجر شود. مچالگی مخزن هم در صورت کاهش سطح مایع درون مخزن و یا کاهش فشار بخار به زیر فشار اتمسفر رخ می دهد. در این حالت خلاء مخزن باید از طریق بازشدن کنترل شده بهبود یابد. به طور خلاصه مخزن باید برای جلوگیری از انفجار توانایی تنفس داشته باشد به همین دلیل این شیر را شیر تنفسی می نامند. انتخاب شیر تنفسی باید براساس استاندار موسسه نفت آمریکا API 2000 یا سایر استانداردهای کارا در این زمینه صورت گیرد.

شیرهای تنفس چکونه کار میکنند؟

بیشتر مخازن اتمسفری نیازمند یک دستگاه تخلیه هستند که مقدار زیادی بخار در شرایط فشار پایین را بتواند از مخزن خارج کند. به طور معمول فشار ست (Set Pressure) شده برای هر دوحالت فشار مثبت و خلاء درون مخزن بر اساس اینچ ستون فشار آب است. دلیل این انتخاب این است که اکثر مخازن بزرگ ذخیره دارای یک فشار کاری مجاز نسبتا پایین هستند. این مخازن عموما براساس استاندارد API 650 به صورت جوشی ساخته میشوند. به منظور تطبیق با حجم های زیاد در ست پرشرهای پایین، این شیرها دارای پورت های با سطح بزرگتری نسبت به اتصال ورودی نازل هستند. به همین دلیل این الزامات تنظیم پایین، بارگذاری وزنه ای در شیر تنفسی را برخلاف نوع بارگذاری فنری ایجاب میکند. بنابراین یک شیر تنفسی برای باز شدن کامل تقریبا به 100 درصد اور ست پرشر (Over Set Pressure) نیاز دارد.> با این وجود هنگامی که ست پرشر تعیین میشود MAWP بایدحداقل دو برابر ست پرشرر انتخاب شود تا جریان بهینه در شیر بدست آید. اگر MAWP کمتر از 100 درصد ست پرشر باشد شیر را میتوان نسبت به اندازه نرمال کمی بزرگتر انتخاب کرد. احتمال چترینگ (Chatter) و افزایش سایش سیت و دیافراگم هنگامی که اور پرشر مجاز کمتر از 20 درصد باشد وجود خواهد داشت. به عبارت ساده تر یک شیر فشار/خلاء (شیر تنفسی) دقیقا همانند یک شیر تخلیه فشار بالا نیست و نباید در ست پرشر های 10 و 20 درصد طراحی شود. هنگام طراحی یک شیر فشار/ خلاء (شیر تنفسی) باید از منحنی های جریان سازنده کمک گرفته و مقدار اورست پرشر کاف نیز انتخاب شود.

breather_valve

دو نمونه یک شیر تخلیه فشار/خلاء (شیر تنفسی)

breather_valve-animation

انیمیشن کارکرد شیر تنفسی روی مخزن

breather_valve_operation

نحوه عملکرد یک شیر تخلیه فشار/خلاء (شیر تنفسی)

استاندارد API 2000 برای تخلیه اتمسفری و مخازن ذخیره فشار پایین

استاندارد API مشخصات و الزامات انتخاب شیرهای تخلیه فشار و خلاء (شیر تنفسی) "نرمال" و "اضطراری" برای نصب در مخازن ذخیره مایعات نفتی را فراهم میکند. ظرفیت نرمال تخلیه شیر تنفسی بدون عبور از فشار یا خلاء ای که سبب آسیب یا دفرم شدن مخزن بشود بدست می آید. نکات زیر در انتخاب سایز یک شیر تنفسی مهم است

مقدار تخلیه نرمال (Normal Relief)

مجموع جابجایی بخار حاصل از پرشدن یا خالی شدن مخزن و تخلیه یا تنفس مخزن است.

تخلیه اضطراری (Emergency Relief)

تخلیه اضطراری مقدار توانایی تخلیه مخزن هنگام قرار گرفتن در معرض آتش است.

برای تمام مخازن لازم است که یک شیر تخلیه فشار/خلاء (شیر تنفسی) و یک شیر تخلیه اضطراری به صورت جداگانه طراحی و نصب شود.

منحنی های جریان (Flow Curves)

این منحنی ها ظرفیت خلاء و فشار را که برای انتخاب سایز شیر تنفسی لازم است فراهم میکنند.

الزامات OSHA و API

الزامات OSHA (Occupational Safety and Health Administration اداره سلامت و ایمنی حرفه ایی) برای حفاظت مخازن توسط دپارتمان کار منتشر شده و قسمت 1910.106 به شماره July 1,1985 که در آن الزامات انتخاب سایز شیر تنفسی آمده، ویرایش شده است. طبق پیشنهاد OSHA انتخاب سایز شیر تنفسی باید برمبنای استاندارد API 2000 که تمام الزامات در آن تشریح شده است باشد.

API 2521

شیر تنفسی فشار/خلاء ( شیر تنفسی ) نصب شده روی مخازن سرپوش ثابت معمولا روی فشار یا خلاء 1/2 oz بر اینچ مربع ست میشوند. نتایج تست نشان میدهد که هرافزایش 1 oz بر اینچ مربع در ست پرشر، تلفات تنفس شیر را به صورت پیوسته در بازه های کوچکتر کاهش میدهد.

انتخاب پرشر و خلاء یک شیر تنفسی باید براساس مشخصات ساختاری مخزن و همچنین محدوده های ایمنی مجاز کاری باشد. سایز و تنظیمات مناسب شیر تنفسی را می توان به صورت کامل از API 2000 که مربوط به تخلیه اتمسفری و مخازن ذخیره لو پرشر (1992) و دیتای سازندگان مخزن است بدست آورد. پرشر ستینگ (Pressure Setting) برای شیر تنفسی فشار/ خلاء ( شیر تنفسی ) که برای نصب روی مخازن بزرگ بر اساس استاندارد API 12 و به این صورت است: برای مخازن بزرگ تمام جوشی (Large Welded Production Tanks) ست پرشر تا 1/2 oz بر اینچ مربع درنظر گرفته می شود چون صفحات سقف این مخازن در فشارهای بالاتر از 1 oz بر اینچ مربع شروع به شیفت کردن میکنند.

در انتها باید توجه داشت که شیر تنفسی یک ابزار ایمنی برای محافظت از مخازن تحت فشار (Pressure Vessels) و سیستم ها در مقابل خرابی های فاجعه آمیز است. درنتیجه باید استفاده و بهره برداری از شیرهای تنفسی محدود به پرسنل آموزش دیده و در تطابق با ملزومات استاندارها باشد.