ریلیف ولو و طراحی

سلام و ارادت

اول چند نکته کلیدی را خدمت شما عنوان میکنم که برای خط ۳۲ و ۶۴ اینچ چه کار باید کرد.

در مورد اینکه برای محاسبات و اصول کاری ریلیف‌ ولو به کجا مراجعه کنیم، معمولاً رفرنس‌های اصلی این‌ها هستند:

۱) ASME Section VIII (بخش UG-125 تا UG-137) برای الزامات کلی شیرهای اطمینان روی مخازن تحت فشار

۲) API 520 (قسمت ۱ و ۲) برای اصول انتخاب و سایزینگ ریلیف ولو

۳) API 521 برای فلسفه حفاظت از سیستم و سناریوهای افزایش فشار

۴) API 526 برای ابعاد استاندارد فلنج و اوریفیس شیرهای اطمینان

این‌ها رفرنس‌های طراحی و محاسباتی هستند؛ یعنی اگر بحث «ایمنی و overpressure protection» روی تجهیزات باشد، باید به این استانداردها رجوع کنی، نه برای کنترل دائم فشار یک خط لوله آب.

در مورد اینکه آیا می‌شود روی خط ۳۲ اینچ و ۶۴ اینچ برای کنترل فشار از ریلیف ولو استفاده کرد، جواب مهندسی و واضح این است: اصولاً نه، این کار کاربرد درست ریلیف ولو نیست. ریلیف ولو اساساً برای این طراحی شده که وقتی فشار از یک حد مشخص بالاتر رفت، در حالت اضطراری باز شود و از تجهیزات در برابر overpressure محافظت کند، نه اینکه به‌صورت دائمی فشار را تنظیم کند.

برای کنتر‌ل فشار آب خروجی از یک تپه ۵۰ متری تا ساحل، اول باید بفهمیم با چه فشاری طرف هستیم. فقط از بابت اختلاف ارتفاع، فشار استاتیک در پایین تقریباً این قدر می‌شود:

ρgh ≈ 1000 × 9.81 × 50 ≈ 490500 Pa ≈ 4.9 bar

یعنی صرفاً به‌خاطر اختلاف ارتفاع ۵۰ متری، حدود ۵ بار فشار اضافه در پایین خط داریم (اگر پمپ یا فشار اضافی دیگری نباشد). حالا تصور کن این فشار روی یک خط ۳۲ یا ۶۴ اینچ چه دبی عظیمی ایجاد می‌کند. اگر بخواهی با ریلیف ولو فشار را کنترل کنی، باید ولوهایی با سایز بسیار بزرگ و ظرفیت تخلیه خیلی بالا انتخاب کنی، که از نظر اقتصادی، ابعادی و حتی از نظر پایداری فرایندی اصلاً منطقی نیست. ضمن این‌که ریلیف ولو برای کارکرد دائم (modulating برای کنترل پیوسته فشار خط) طراحی نشده؛ اکثراً یا on/off هستند یا در محدوده‌ای کوچک عمل می‌کنند و اگر مدام در حال باز و بسته شدن باشند، خیلی زود خراب می‌شوند و از کنترل خارج می‌شوند.

برای چنین سناریویی که آب از ارتفاع زیاد به ساحل می‌رود، معمولاً راه‌حل‌ها این‌ها هستند:

۱) استفاده از pressure reducing valve (PRV) یا control valve با کنترلر فشار، که روی خط نصب می‌شود و فشار پایین‌دست را روی یک مقدار تنظیم‌شده نگه می‌دارد. این ولوها برای سرویس مداوم ساخته شده‌اند.

۲) استفاده از break pressure tank یا حوضچه کاهش فشار در میانه مسیر، که عملاً ستون آب را می‌شکند و اجازه نمی‌دهد فشار استاتیک زیاد به کل خط منتقل شود.

۳) در صورت دبی بالا و اختلاف ارتفاع قابل توجه، حتی می‌توان از توربین آبی (Pelton یا Francis بسته به شرایط) استفاده کرد تا هم فشار را بگیرد و هم انرژی را بازیابی کند.

۴) طراحی مناسب برای جلوگیری از surge و water hammer (اینجا هم به جای PSV، معمولاً از surge relief valve یا air vessel، surge tank و… استفاده می‌شود که طراحی‌شان با API/ASME فرق دارد و بیشتر در رفرنس‌های هیدرولیک خطوط آب و استانداردهای AWWA می‌آیند).