انواع ولوها در پالایشگاه و کاربرد
در صنایع فرآیندی و پالایشگاهی، مدیریت جریان سیالات و کنترل دقیق آنها از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از ابزارهای کلیدی برای دستیابی به این هدف، ولوها یا شیرها هستند. ولوها با طراحیهای متنوع و عملکردهای گوناگون، در طیف وسیعی از کاربردها از جمله کنترل جریان مواد خام، تنظیم فشار و ایمنی تجهیزات به کار میروند. در این مطلب به بررسی انواع ولوها در پالایشگاه و کاربرد آنها خواهیم پرداخت.
ولو یا شیر چیست؟
ولو یا شیر یکی از تجهیزات مکانیکی اصلی در سیستمهای انتقال و فرآوری سیالات است که برای کنترل جریان سیال از طریق باز و بسته کردن مسیر یا تنظیم میزان دبی به کار میرود.
این ابزار با طراحیهای متنوع، امکان کنترل دقیق فشار، جریان و حتی دمای سیالات را فراهم میکند. عملکرد ولوها در صنایع مختلف، بهویژه در پالایشگاهها، بهینهسازی فرآیندها و افزایش ایمنی تجهیزات را تضمین میکند.
مطالب مرتبط: ولو گلوب چیست؟ انواع و کاربرد آن در صنایع
کاربرد ولو چیست؟
ولوها ابزارهایی حیاتی در مدیریت جریان سیالات هستند و در صنایع مختلف وظایف متنوعی را بر عهده دارند. این تجهیزات با تنظیم، کنترل یا تغییر مسیر جریان، نقش مهمی در بهینهسازی عملکرد سیستمها و افزایش ایمنی ایفا میکنند. این کاربردها شامل موارد هستند:
- قطع و وصل جریان: ولوها میتوانند به طور کامل مسیر سیال را مسدود یا باز کنند.
- کنترل دبی: برخی ولوها مانند شیر کنترل، جریان سیال را بر اساس نیاز تنظیم میکنند.
- ایمنی سیستم: ولوهای ایمنی در مواقع افزایش فشار ناگهانی از سیستم حفاظت میکنند.
- جلوگیری از بازگشت جریان: ولوهای یکطرفه برای جلوگیری از بازگشت جریان سیال در خطوط لوله استفاده میشوند.
- تغییر جهت جریان: برخی ولوها میتوانند مسیر جریان سیال را به شاخههای دیگر هدایت کنند.
- کنترل فشار: ولوهای خاصی میتوانند فشار سیستم را تنظیم یا محدود کنند.
کاربرد ولو در پالایشگاهها
در پالایشگاهها، ولوها بهعنوان ابزاری ضروری برای کنترل جریان، ایمنی و بهینهسازی فرآیندها شناخته میشوند. این تجهیزات در مدیریت مواد اولیه، محصولات نهایی و حفاظت از تجهیزات نقشی کلیدی دارند.
- کنترل فرآیندها: ولوها جریان نفت خام، گاز طبیعی و محصولات پالایششده را در فرایندهایی مانند برجهای تقطیر و سیستمهای خنککننده تنظیم میکنند.
- ایمنی و حفاظت: ولوهای اطمینان فشارهای ناگهانی و بیش از حد را کنترل کرده و از آسیب به تجهیزات و خطوط جلوگیری میکنند.
- قطع اضطراری جریان: ولوهای اضطراری در مواقع بحرانی برای توقف سریع جریان و پیشگیری از حوادث بهکار میروند.
- جلوگیری از خوردگی و انسداد: استفاده از ولوهای مقاوم در برابر خوردگی، مانع انسداد خطوط انتقال و خرابی ناشی از سیالات خورنده میشود.
- انتقال و توزیع مواد: ولوها جریان مواد اولیه و محصولات پالایششده را در سیستمهای حملونقل داخلی پالایشگاه هدایت و توزیع میکنند.
انواع مختلف ولوها را بشناسید
ولوها بر اساس طراحی، عملکرد و کاربردشان در صنایع مختلف، انواع متنوعی دارند. هر نوع ولو برای هدف خاصی مانند قطع و وصل جریان، تنظیم دبی یا حفاظت از سیستم طراحی شده و انتخاب صحیح آنها برای عملکرد بهینه ضروری است. در این بخش به معرفی انواع ولوها خواهیم پرداخت.
مطالب مرتبط: همه چیز درباره بال ولو: از اجزا تا مزایا و معایب
ولو دروازهای
ولوهای دروازهای رایجترین نوع ولو در پالایشگاهها هستند و برای قطع و وصل جریان سیال استفاده میشوند. این ولوها به دلیل ساختار ساده، قیمت پایین و سهولت نگهداری محبوبیت دارند.
با این حال، برای کنترل دقیق جریان مناسب نیستند و معمولاً به طور کامل باز یا بسته استفاده میشوند. از مزایای این ولوها میتوان به مسدود کردن کامل جریان و مقاومت کم در برابر عبور سیال اشاره کرد.
استفاده از آنها برای کنترل جریان توصیه نمیشود، زیرا میتواند به ولو آسیب برساند و برای کاربردهای سریع مناسب نیستند.
ولو کروی
ولوهای کروی با بدنهای کروی شکل و قطعه مسدودکننده متحرک، برای قطع و وصل جریان و همچنین تنظیم آن به کار میروند.
این ولوها در مقایسه با ولوهای دروازهای گرانتر اما در کنترل جریان و آببندی بهتر هستند. با این حال، به دلیل تغییر جهت جریان سیال، باعث افت فشار و آشفتگی میشوند و برای سیالات حاوی ذرات و ویسکوز بالا مناسب نیستند.
ولوهای کروی کاربردهای متنوعی در سیستمهای مختلف از جمله آب خنککننده، آب تغذیه، تزریق مواد شیمیایی و روغن دارند.
ولو توپی
ولوهای توپی با استفاده از یک توپ سوراخدار که با دسته ولو میچرخد، جریان سیال را قطع و وصل میکنند. این ولوها در مقایسه با ولوهای دروازهای سبکتر، کوچکتر و ارزانتر هستند. همچنین به راحتی میتوان وضعیت باز یا بسته بودن آنها را از روی دسته ولو تشخیص داد.
از مزایای این ولوها میتوان به کاربری آسان، حجم جریان عبوری بالا، تحمل فشار بالا، عمر طولانی و قابلیت تعمیر نشیمنگاهها و آببندها بدون جدا کردن بدنه ولو از خط لوله اشاره کرد. با این حال، تمیز کردن آنها دشوار است و برای کنترل مداوم جریان مناسب نیستند.
مطالب مرتبط: نیدل ولو یا شیر سوزنی: کاربردها، ویژگیها و انواع آن
ولو یکطرفه / شیر غیر برگشتی
ولوهای یکطرفه یا شیرهای غیر برگشتی، قطعاتی هستند که برای جلوگیری از جریان معکوس سیال در سیستمهای لولهکشی به کار میروند.
این ولوها به صورت خودکار و بدون نیاز به دخالت خارجی عمل میکنند. عملکرد آنها به این صورت است که با فشار سیال در جهت درست باز میشوند و با برگشت جریان، به طور خودکار بسته میشوند و از حرکت سیال در جهت مخالف جلوگیری میکنند.
ولوهای یکطرفه معمولاً ساده، کوچک و ارزان هستند و در صنایع مختلف از جمله سیستمهای آب تغذیه، سیستمهای گازی و سیستمهای سوخت و اکسیدکننده و نیز در مصارف خانگی برای جلوگیری از اختلاط آب سالم با آب ناسالم کاربرد دارند.
ولوهای پلاگ
ولوهای پلاگ از یک پلاگ استوانهای یا مخروطی برای کنترل جریان استفاده میکنند و برای عبور سیالات حاوی ذرات معلق (دوغاب) مناسباند، زیرا حرکت چرخشی پلاگ مانع از انسداد میشود.
این ولوها در سیستمهای گاز، بخار، نفت، معادن، فاضلاب و فشار بالا کاربرد دارند و برای مواد خورنده، ساینده و سمی ایدهآلاند.
آنها عمر طولانی، قابلیت اطمینان بالا و آببندی کامل دارند و تعمیر و تمیز کردنشان بدون جدا کردن از سیستم لولهکشی امکانپذیر است، اما برای کنترل جریان و سوئیچینگ فرکانس بالا توصیه نمیشوند و گرانتر از ولوهای توپی هستند.
ولوهای پروانهای
ولوهای پروانهای با استفاده از یک دیسک فلزی چرخان برای کنترل جریان عمل میکنند و با یک چرخش ۹۰ درجهای باز یا بسته میشوند.
این ولوها در سیستمهای مختلف از جمله آب خنککننده، گاز فشرده، آتشنشانی، و سیالات حاوی ذرات معلق کاربرد دارند. طراحی فشرده، سبک و نصب آسان آنها موجب میشود برای کاربردهای بزرگ مناسب باشند و در فشار پایین نیز آببندی خوبی ارائه دهند.
همچنین تمیز کردن آنها دشوار بوده و کنترل جریانشان محدود است و تحت تاثیر آشفتگی جریان قرار میگیرند.
ولو سوزنی
ولوهای سوزنی مشابه ولوهای گلوب هستند و از یک پیستون بلند و مخروطیشکل برای مسدود کردن جریان استفاده میکنند. این پیستون با چرخاندن یک میله (stem) وارد یا عقب برده میشود که امکان تنظیم دقیق جریان را فراهم میکند.
ولوهای سوزنی برای سیستمهای لولهکشی با قطر کم و سیالات کم ویسکوزیته با دبی پایین مناسب هستند و معمولاً برای تنظیم جریان به گیجهای حساس و تخلیه فشار استفاده میشوند.
این ولوها برای سیالات با ذرات معلق مناسب نیستند و استفاده از نیروی زیاد هنگام بستن میتواند نشیمنگاه آنها را آسیب بزند.
ولو گیرهای
ولوهای گیرهای از لولههای الاستیک و یک دستگاه فشاری برای محدود کردن مستقیم جریان از طریق لوله استفاده میکنند.
مکانیزم فشاری لوله را صاف کرده و آببندی ایجاد میکند. این ولوها برای شروع، توقف و تنظیم جریان سیال به کار میروند. به دلیل داشتن قطعات کمتر، این ولوها نسبت به سایر ولوها ارزانتر و مقاومتر در برابر نشت هستند.
ولوهای گیرهای برای انتقال مواد جامد بهوسیله هوا و همچنین برای پردازش مخلوطها (slurries) ایدهآل هستند و در حین جریان، توربولانس و اصطکاک را به حداقل میرسانند.
این ولوها برای گازها و کاربردهای دما یا فشار بالا مناسب نیستند. اختلاف فشار بالا یا خلأ در سیستم میتواند باعث خراب شدن یا تغییر شکل لوله شود که منجر به باز شدن ناقص ولو میشود.
ولو دیافراگمی
ولوهای دیافراگمی از یک دیافراگم الاستومری و نشیمنگاه برای بستن جریان استفاده میکنند و بهوسیله کمپرسور خطی، دیافراگم به نشیمنگاه فشار داده میشود.
این ولوها برای سیالات ویسکوز و حاوی مواد جامد مناسباند و امکان بستن جزئی مسیر را دارند، بنابراین برای محدود کردن جریان کاربرد دارند.
آنها در صنایع تصفیه آب، داروسازی، غذایی، شیمیایی و خدمات خلأ استفاده میشوند و از ویژگیهایی همچون مقاومت در برابر نشت، نگهداری آسان و ایمنی برخوردارند.
ولوهای دیافراگمی برای فشار و دمای متوسط مناسبند، اما در کاربردهای طولانی مدت میتوانند فرسوده شده و منجر به خرابی شوند.
ولوها در سیستمهای لولهکشی چگونه طبقهبندی میشوند؟
ولوها را میتوان بر اساس معیارهای مختلفی از جمله عملکرد، نوع مکانیزم، اتصالات، حرکت مکانیکی، جنس، فشار، دما و اندازه دستهبندی کرد. انتخاب ولو مناسب برای هر کاربرد، نیازمند در نظر گرفتن این دستهبندیها است.
(الف) دستهبندی براساس عملکرد
یکی از مهمترین دستهبندیها، دستهبندی بر اساس عملکرد است که ولوها را به دو دسته اصلی تقسیم میکند:
- ولوهای ایزوله کننده: وظیفه این ولوها، مسدود کردن کامل یا عبور کامل جریان سیال است و برای حالت نیمهباز مناسب نیستند.
- ولوهای تنظیمی: این ولوها برای تنظیم دقیق جریان و فشار سیال استفاده میشوند و میتوانند در حالت نیمهباز نیز به کار روند.
برخی از ولوها قابلیت انجام هر دو عملکرد را دارند، در حالی که برخی دیگر فقط برای یکی از این عملکردها مناسب هستند. درک این دستهبندیها در انتخاب صحیح ولو برای کاربردهای مختلف بسیار حائز اهمیت است.
نوع ولو | ایزوله کننده | تنظیمی |
ولو دروازهای | ✅ | ❌ |
ولو کروی | ❌ | ✅ |
ولو توپی | ✅ | ❌ |
ولو یکطرفه / غیر بازگشتی | ✅ | ❌ |
ولو سماوری | ✅ | ❌ |
ولو پروانهای | ✅ | ✅ |
ولو سوزنی | ❌ | ✅ |
ولو گیرهای | ✅ | ✅ |
ولو دیافراگمی | ✅ | ✅ |
(ب) براساس نحوه عملکرد
ولوها بر اساس نحوه عملکردشان به سه دسته دستی، عملگر دار و اتوماتیک تقسیم میشوند.
- ولوهای دستی
ولوهای دستی معمولاً با دست و با کمک چرخها، اهرمها، پدالها، دکمهها یا زنجیرها عمل میکنند. این ولوها میتوانند به صورت مکانیکی مجهز شوند تا جهت حرکت را تغییر دهند و/یا سرعت عملیات یا گشتاور را افزایش دهند.
- ولوهای عملگر دار
در کاربردهای با دقت بالا یا مقیاس بزرگ، ولوها معمولاً به موتورها، سیستمهای پنوماتیکی، سیستمهای هیدرولیکی یا سولنوئیدها متصل میشوند تا امکان عملکرد از راه دور و اتوماسیون عملکرد ولو فراهم شود.
- عملگرهای الکتریکی
عملگرهای الکتریکی از موتورهای برقی برگشتپذیر استفاده میکنند تا ساقه ولو را از طریق یک سیستم دنده که گشتاور را افزایش داده و سرعت چرخش را کاهش میدهد، بچرخانند.
- عملگرهای اتوماتیکی
عملگرهای اتوماتیکی از فشار هوا برای تامین نیروی لازم جهت عملکرد ولو استفاده میکنند.
- عملگرهای هیدرولیکی
عملگرهای هیدرولیکی از مایعات تحت فشار و پیستونها برای تأمین نیروی لازم برای عملکرد ولو استفاده میکنند.
- عملگرهای سلونوئیدی
عملگرهای سلونوئیدی از جاذبه مغناطیسی بین قطعهای متصل به ساقه ولو و سیمپیچ یک الکترومغناطیس برای عملکرد ولو استفاده میکنند.
- ولوهای اتوماتیک
برخی از ولوها بهطور خودکار فعال میشوند زمانی که شرایط جریان خاصی برقرار شود. به عنوان مثال، ولوهای یکطرفه بدون نیاز به دخالت خارجی در هنگام برگشت جریان بسته میشوند. به طور مشابه، ولوهای تخلیه فشار بهطور خودکار زمانی که شرایط فشار بیش از حد شناسایی شود، فعال میشوند.
(ج) اتصالات انتهایی
ولوها از طریق اتصالات به لولهها متصل میشوند؛ این اتصالات میتوانند پیچدار، فلنجدار یا جوشخورده باشند. برخی از انواع رایج اتصالات انتهایی ولوها عبارتند از:
- ولوهای فلنجدار
فلنج یک صفحه یا حلقه است که لبهای در انتهای یک لوله یا ولو ایجاد میکند؛ دو فلنج با استفاده از پیچ به هم متصل میشوند تا یک اتصال ایجاد کنند.
- ولوهای پیچدار
ولوهای پیچدار دارای اتصالات رزوهدار هستند که در آنها انتهای لوله یا یک اتصالات دیگر به انتهای ولو پیچ میشود.
- ولوهای جوشخورده با سوکت
در این نوع، لوله در یک سوکت قرار گرفته و سپس جوش داده میشود.
- ولوهای جوشخورده با فاق
ولوهای جوشخورده با فاق دارای انتهای شیبداری هستند که با شیب مشابه در لوله مطابقت دارند.
- ولوهای نوع ویفر
بدنه نازک ولو بین دو فلنج لوله قرار میگیرد و پیچها اطراف بدنه ولو قرار میگیرند. این ولوها معمولاً در سیستمهایی که فضای محدود دارند، نصب میشوند.
(د) حرکت مکانیکی
بر اساس حرکت مکانیکی عنصر بستهشونده، ولوها میتوانند به دو دسته ولوهای با حرکت خطی یا ولوهای با حرکت چرخشی تقسیم شوند.
اگر عنصر بستهشونده در ولو به صورت خطی حرکت کند تا جریان را باز یا بسته کند، ولو به عنوان ولو با حرکت خطی شناخته میشود. هنگامی که عنصر بستهشونده بچرخد یا به مسیر دایرهای حرکت کند، ولو به عنوان ولو با حرکت چرخشی شناخته میشود.
همچنین، ولوها میتوانند به صورت چنددور یا یکچهارمدور طبقهبندی شوند که بستگی به میزان چرخش دسته/چرخ نیاز است تا ولو به طور کامل باز یا بسته شود.
ولوهای با حرکت چرخشی معمولاً فقط به یکچهارمدور (۹۰ درجه) از ساقه نیاز دارند تا از حالت کاملاً باز به حالت کاملاً بسته برسند. طبقهبندی برخی از انواع رایج ولوها بر اساس حرکت مکانیکی در جدول زیر آورده شده است:
نوع ولو | حرکت خطی | حرکت چرخشی | یکچهارمدور |
ولو دروازهای | ✅ | ❌ | ❌ |
ولو کروی | ✅ | ❌ | ❌ |
ولو توپی | ❌ | ✅ | ✅ |
ولو یکطرفه/غیر بازگشتی | ❌ | ✅ | ❌ |
ولو سماوری | ❌ | ✅ | ✅ |
ولو پروانهای | ❌ | ✅ | ✅ |
ولو گیرهای | ✅ | ❌ | ❌ |
ولو دیافراگمی | ✅ | ❌ | ❌ |
(ه) جنس ساخت
بدنه ولو میتواند از فولاد ضد زنگ، فولاد آلیاژی، برنج، چدن یا پلاستیکها ساخته شود، بسته به دمای مورد نظر، فشار، دوام و کاربرد خاص. واشر، پکینگ و نشیمنگاه ولو معمولاً از مواد PTFE، POM، FKM، PA، EPDM یا NBR ساخته میشوند تا سطح مورد نظر آببندی و مشخصات دما/فشار را فراهم کنند.
(و) درجهبندی فشار-دما
ولوها همچنین ممکن است بر اساس درجهبندیهای فشار و دما طبقهبندی شوند. این درجهبندیها حداکثر فشار و دمای مجاز را که ولو میتواند به طور ایمن در آن قرار گیرد، مشخص میکنند.
اجزای بدنه ولو
ولوها از بخشهای مختلفی تشکیل شدهاند که هر کدام وظیفه خاصی در کنترل جریان و عملکرد ولو دارند. آشنایی با این اجزا به درک بهتر نحوه عملکرد ولوها کمک میکند. اجزای بدنه ولو شامل موارد زیر هستند:
- بدنه: این بخش شامل موادی است که امکان عبور سیال را فراهم میکنند و فرآیند آببندی در آن انجام میشود. بدنه، سیال را درون لوله هدایت و متصل میکند.
- پوشش: این بخش با اتصال به بدنه، فرآیند باز و بسته شدن را ممکن میسازد. همچنین نصب بخشهای مختلفی که به بدنه متصل هستند را تسهیل میکند.
- محور باز و بسته کردن: این قسمت فرآیند باز و بسته کردن اعمال شده از بیرون را به بخش بستهشونده ولو منتقل میکند.
- آببند محور باز و بسته کردن: وظیفه جلوگیری از نشت بین بخشهای داخلی ولو را بر عهده دارد.
- بخش مسئول بستن: بر جریان سیال در داخل ولو تاثیر میگذارد.
- عملگر: حرکت اعمال شده به بخش بستهکننده را منتقل میکند و از این طریق تنظیمات خودکار باز یا بسته شدن انجام میشود.
روش های باز کردن ولو
هرچند هدف ولوها مشابه است، اما روش باز و بسته کردن آنها ممکن است متفاوت باشد. نحوه باز و بسته شدن دیسک ولو تعیین میکند که چقدر سریع عمل کند و میزان کنترل شما بر جریان چقدر باشد. براساس روش باز و بسته شدن، ولوها به سه دسته تقسیم میشوند:
ولوهای چند دور
این نوع ولوها شبیه پیستون عمل میکنند. با حرکت دادن دسته، صفحه، پلاگ یا غشا به مسیر لوله وارد شده و دسترسی را مسدود میکند.
بسته به نوع ولو، این مدلها میتوانند اختلاف فشار پایین یا بالایی داشته باشند، که این ویژگی به شما امکان میدهد ولو را با سرعتهای مختلف باز یا بسته کنید.
ولوهای یکچهارم دور
این نوع ولوها تنها با یک چرخش 90 درجهای دسته، حرکت کامل را فراهم میکنند. این ویژگی آنها را برای شرایطی که باز و بسته کردن سریع و آسان مهمتر از کنترل دقیق است، ایدهآل میسازد.
علاوه بر حرکت مکانیکی ولو، باید روش عملکرد آن را نیز در نظر گرفت. بهطور کلی، ولوها از لحاظ روش عملکرد به سه دسته اصلی تقسیم میشوند:
ولوهای دستی
این ولوها با دست کنترل میشوند و از دستهها، چرخدندهها، زنجیرها یا چرخدندههای دستی برای عملکرد استفاده میکنند.
ولوهای عملگر
این ولوها معمولاً به سیستمهای هیدرولیکی، موتورها یا سیستمهای پنوماتیکی متصل هستند. این نوع ولوها امکان اتوماسیون را برای کاربردهای بزرگمقیاس یا با دقت بالا فراهم میکنند.
ولوهای خودکار
برخی از شیرها بهصورت خودکار در شرایط خاص جریان فعال میشوند. بهعنوان مثال، شیرهای یکطرفه هنگام جریان معکوس بهصورت خودکار بسته میشوند و شیرهای فشارشکن با تشخیص فشار بیش از حد فعال میشوند.
کلام پایانی
شیرها از اجزای ضروری در هر کارخانه صنعتی، از جمله پالایشگاهها، هستند و برای کنترل جریان مایعات، گازها و دوغابها به کار میروند. انواع مختلفی از شیرها با مزایا و معایب گوناگون وجود دارد که انتخاب آنها بسته به نیاز فرآیند انجام میشود.
رایجترین شیرهای مورد استفاده در پالایشگاهها شامل شیرهای دروازهای، کروی، توپی، پروانهای و یکطرفه هستند. انتخاب شیر مناسب برای عملکرد ایمن و کارآمد پالایشگاه ضروری است. در این مطلب به بیان کامل این موارد پرداختیم.