شیر کنترلی
شیر کنترلی چیست؟
شیر کنترل یا شیرهای کنترلی نوعی شیر برقی است که وظیفه آن تنظیم و هدایت جریان سیالاتی مثل آب، گاز، بخار یا روغن است که با تغییر دادن اندازه مسیر عبور جریان صورت می . این تجهیز یکی از اجزای اصلی حلقه های کنترلی در صنعت می باشد و می تواند جریان یا سطح مایعات را به شکل دقیق کنترل کند.
امروزه شیرهای کنترلی به عنوان پرکاربردترین ابزارهای کنترل نهایی شناخته می شوند و تقریباً در تمام صنایع فرآیندی مثل چاه های نفت و گاز، واحدهای پتروشیمی، پالایشگاه ها و کارخانه های گاز به کار می روند. شیر کنترل جریان ابزاری است که با تنظیم میزان عبور سیال، دقت و کارایی سیستم های کنترلی را بالا می برد.
مشخصات فنی شیرهای کنترلی چیست؟
شیرهای کنترلی جزو اصلی ترین تجهیزات در صنعت هستند که برای کنترل دقیق جریان سیال به کار می روند. برای انتخاب درست یک شیر کنترلی، آشنایی با مشخصات فنی آن اهمیت زیادی دارد، چون هر کدام از این ویژگی ها مستقیماً روی کارایی، دوام و عملکرد آن تأثیر می گذارند. در ادامه مهم ترین مشخصات فنی شیرهای کنترلی را برای شما آورده ایم:
- نوع شیر: شیرهای کنترلی در مدل های مختلف مثل کروی (Globe)، توپی (Ball) یا پروانه ای (Butterfly) تولید می شوند و هر کدام کاربرد خاصی را دارند. مثلاً شیر کروی برای کنترل دقیق جریان مناسب است، در حالی که شیر توپی برای باز و بسته شدن سریع به کار می رود.
- جنس بدنه: بدنه شیر بسته به نوع سیال و شرایط کاری از مواد مختلفی مثل استنلس استیل، فولاد کربنی، برنز یا چدن ساخته شده اند. این موضوع در مقاومت شیر در برابر فشار، دما و خوردگی تاثیر زیادی دارد.
- قطر اسمی: این عدد اندازه ورودی و خروجی شیر را مشخص می کند و باید متناسب با سایز لوله انتخاب شود.
- فشار اسمی: نشان دهنده حداکثر فشاری است که شیر می تواند تحمل کند.
- نوع عملگر: شیرهای کنترلی می توانند با عملگر پنوماتیکی (هوای فشرده)، عملگر هیدرولیکی یا الکتریکی کنترل شوند. انتخاب عملگر به شرایط محیط و نیاز آن سیستم بستگی دارد.
- نوع کنترل: حرکت شیر می تواند خطی یا چرخشی باشد. کنترل خطی بیشتر برای دقت بالا و کنترل تدریجی جریان استفاده می شود.
- ضریب جریان: این عدد نشان می دهد چه مقدار از سیال در فشار مشخص، می تواند از شیر عبور کند. معمولا این ضریب ظرفیت عبور جریان شیر است.
- محدوده دمای کاری: هر شیر برای یک بازه دمایی خاص طراحی می شود. این بازه مشخص می کند شیر در چه شرایط حرارتی بدون آسیب می تواند کار کند.
- نوع آب بندی: بسته به شرایط، آب بندی شیر می تواند فلزی به فلزی و غیره باشد. این قسمت از نشتی سیال جلوگیری می کند و انتخاب درست آن برای طول عمر شیر تاثیر زیادی دارد.
معرفی اصول عملیات شیر کنترلی
شیرهای کنترلی یکی از اصلی ترین و پرکاربردترین اجزای کنترل در صنایع فرآیندی هستند. عملکرد شیرهای کنترلی در اصل بر پایه تعادل بین نیروی پنوماتیکی وارد بر دیافراگم و نیروی مکانیکی فنر در اکچویتور است. در این سیستم، یک سیگنال هوای فشرده با فشار ۳ تا ۱۵ psi برای تحریک شیر استفاده می شود. وقتی فشار هوای ورودی بیشتر از ۳ psi باشد، دیافراگم شروع به حرکت می کند و با انتقال نیرو به ساقه، جای پلاگ یا دوشاخه شیر تغییر می کند و در نتیجه جریان سیال تنظیم می شود. این مکانیزم علاوه بر کنترل جریان، به عنوان یک بخش ایمنی در فرآیند عمل می کند.
با وجود نقش بسیار مهمی که شیر کنترل دارد، گاهی اوقات کمتر از همیشه به آن توجه می شود زیرا دلیل این موضوع معمولاً آشنا نبودن مهندسان ابزار دقیق با مباحثی مثل مکانیک سیالات، متالورژی، کنترل نویز و طراحی لوله کشی و مخازن است؛ موضوعاتی که بسته به شرایط کاری می توانند تأثیر زیادی بر عملکرد شیر داشته باشند.
به طور کلی شیرهای کنترلی وظیفه دارند فشار و دبی جریان را به صورت خودکار تنظیم کنند. این شیرها در کلاس های مختلف فشار طراحی و تولید می شوند و انتخاب آنها باید بر اساس شرایط عملیاتی سیستم باشد.
بررسی نکات مهم در هنگام خرید شير كنترلى
خرید شیرهای کنترلی برای صنایع فرآیندی اهمیت زیادی دارد، چون این تجهیزات نقش مهمی در تنظیم دقیق جریان و فشار سیالات دارند. شیرهای کنترلی از دسته شیرآلات صنعتی هستند که در مسیرهای لوله و فرآیندهای مختلف به کار می روند و با کنترل درست جریان، می توانند عملکرد سیستم را درست کنند و بازدهی کل فرآیند را به صورت قابل توجهی بالا ببرند. برای اینکه خیلی سریع تر به این موضوع بپردازیم باید بگوییم که در زمان خرید شیر کنترلی یا همان کنترل ولو باید به فاکتورهای زیر دقت کنیم و در کنار آن به قیمت شیر کنترلی هم توجه کنیم زیرا قیمت معمولاً از مشخصات فنی و کیفیت برند تاثیر می گیرند:
- دبی جریان
- اختلاف فشار بین جریان ورودی و خروجی شیر
- سایز شیر
- سایز مسیر جریان در خطوط انتقال
- غلظت و مختصات سیال
- میزان نشتی شیر
- فشار کاری
- دمای سیال
همچنین در این زمینه توصیه های مفید دیگری هم وجود دارند که بهتر است به آن ها هم توجه کنید. در هنگام خرید شیر کنترلی علاوه بر موارد بالا می توانید به برند های مطرح و تولیدکننده شیر کنترلی هم توجه کنید. مثلا برای شیرهای کنترلی خطی، برندهای معتبری مثل ماسونیلان، متسو، هانیول، فیشر و سامسون در بازار وجود دارند و محصولات با کیفیتی ارائه می دهند. در دسته شیرهای کنترلی دورانی یا چرخشی هم همین برندها جزو گزینه های خیلی خوب هستند. همچنین برای شیر کنترلی دیافراگمی، برندهایی مثل فیشر، متسو، سامسون و ماسونیلان از معروف ترین ها هستند که در صنایع مختلف کاربرد زیادی دارند.
راهنمای تنظیم شیر کنترلی
شیر کنترل ابزاری است که می توان از آن برای تنظیم و کنترل سرعت جریان سیال در یک خط لوله استفاده کرد. در این فرآیند، اول کنترل کننده سیگنال های فشار یا جریان را دریافت می کند و آن ها را با مقدار مورد نیاز مقایسه می کند. اگر جریان واقعی با مقدار دلخواه متفاوت باشد، کنترل کننده دستوری به شیر ارسال می کند تا با باز یا بسته شدن، میزان جریان کم یا زیاد شود.
شیر کنترل یا کنترل ولو می تواند به روش های مختلف مثل الکتریکی، پنوماتیکی یا هیدرولیکی کار کند. در بیشتر سیستم های صنعتی، این شیر سیگنال خود را از کنترلرهایی مثل PLC یا DCS می گیرد. کنترلر با مقایسه مقدار واقعی جریان با مقدار تنظیم شده (Set Point)، یک دستور خروجی می دهد تا شیر حرکت کند و جریان به سطح مورد نظر برسد. از آنجایی که سیگنال خروجی PLC معمولاً الکتریکی است، در بعضی از موارد نیاز به یک مبدل وجود دارد تا این سیگنال به شکل مناسب برای عملکرد شیر تغییر کند.
معرفی انواع شیرهای کنترلی
در هنگام خرید شير كنترلى و اطلاع از قیمت شیر کنترلی بهتر است که با انواع آن آشنا شویم تا متناسب با نیاز خود آن را انتخاب و خریداری کنیم. در زیر به معرفی انواع شیرهای کنترلی می پردازیم:
شیرهای کنترلی خطی
شیر کنترلی خطی (Linear Control Valves) نوعی شیر هستند که دریچه آن ها به صورت خطی حرکت می کند. این حرکت معمولاً با استفاده از پیستون یا مکانیزم های خطی انجام می شود. ویژگی های شیرهای خطی شامل بازیابی کم است، برای کاربردهای فشار بالا مناسب است و معمولا به شکل فلنجی یا رزوه ای هستند و همینطور کلاهک آن قابل جداشدن است.
شیرهای کنترلی دورانی
شیرآلات کنترلی دورانی نوعی شیر صنعتی است که جریان و حرکت سیال را با استفاده از دریچه های چرخشی کنترل می کنند. این دریچه ها معمولاً به شکل دیسک یا پروانه طراحی می شوند و با چرخش در یک زاویه مشخص، میزان جریان عبوری را تنظیم می کنند. این شیرها برای کنترل دقیق جریان، فشار، دما در فرآیندها و سیستم های صنعتی کاربرد زیادی دارند و به دلیل دقت و انعطاف پذیری بالا، در بیشتر فرآیند های صنعتی مورد استفاده هستند.
شیرهای کنترلی دیافراگمی
این مدل از شیرها دارای دریچه های دیافراگمی هستند و این نوع دریچه ها دارای یک ممبران انعطاف پذیر است که با حرکت بالا و پایین، جریان سیال را کنترل می کنند. دیافراگم ها معمولاً از مواد مقاوم و انعطاف پذیر ساخته می شوند تا در برابر شرایط مختلف کاری دوام بالایی داشته باشند. یکی از ویژگی های این مدل از شیر این است که، می تواند برای سیالات خورنده استفاده شود. همچنین کاربرد آن ها در صنایع غذایی و نوشیدنی، دارویی و بیوتکنولوژی می باشد.
شیر کنترل از چه اجزائی تشکیل می شود؟
هر کدام از اجزای شير كنترل نقش مهم و مشخصی در تنظیم جریان، کنترل فشار یا مدیریت دما دارند که هر “شیر کنترلی” به دو قسمت عمده تشکیل می شود که شامل اکچویتور یا عملگر و بدنه شیر می باشد که در ادامه بیشتر با آن ها آشنا می شویم:
- بدنه شیر: بدنه شیر، بخشی از مخزنی است که تحت فشار است و دارای یک دهانه یا روزنه می باشد. این دهانه به مایع کنترل شده این امکان را می دهد که حرکت کند و به تنظیم دقیق جریان کمک می کند. طراحی بدنه شیر بسته به شرایط کاری، نوع لوله کشی و کاربرد مورد نظر، می تواند شکل ها و سبک های مختلفی داشته باشد. حال خود این بدنه دارای اجزایی است که شامل موارد زیر است:
- شیر کاپوت
- فلنج فشرده سازی
- مهره گیره دهانه
- دنباله فشرده سازی
- واشر
- حلقه جایگاه و …
2. اکچویتور یا عملگر: اکچویتور یا عملگر، دستگاهی است که وظیفه اجرای دستورات کنترلی را بر عهده دارد. به عنوان مثال، وقتی لازم است یک شیر باز یا بسته شود، اکچویتور این دستور را اجرا می کند. از آنجا که این دستگاه باعث ایجاد حرکت می شود، به آن عملگر یا محرک هم گفته می شود.
3. پوزیشنر: اجزای اصلی کنترل شیرهای کنترلی است که با تبدیل سیگنال کنترل به فشار هوا، موقعیت ساقه شیر را دقیق تنظیم می کند. این دستگاه سیگنال دریافتی از کنترل کننده را مقایسه کرده و فشار مناسب به اکچویتور وارد می کند تا شیر دقیقاً طبق دستوری که داده شده عمل کند.
پوزیشنر با هر نیروی مخالفی که به ساقه وارد می شود مقابله می کند و تضمین می کند که شیر سریع و بدون خطا کار خود را انجام دهد. معمولاً در شیرهای خطی و چرخشی نصب می شود و برای کنترل دقیق و جریان قوی در فرآیندهای حساس کاربرد مهمی دارد.
کاربرد شیرهای کنترلی در صنعت چیست؟
شیر کنترلی کاربردهای زیادی در صنایع فرآیندی و کنترل های صنعتی دارند که در ادامه به برخی از کاربردهای شیر کنترلی در صنعت می پردازیم:
کنترل جریان سیال
یکی از کاربردهای اصلی شیرهای کنترلی است که در فرآیندها و خطوط لوله جریان سیالات را کنترل دقیقی می کنند.
کنترل دما
در بعضی از موارد، کنترل دما از اهمیت زیادی برخوردار است که در این کاربرد شیرهای کنترلی می توانند دمای جریان سیال را تنظیم کنند و دمای مورد نظر خود را نگه دارند.
کنترل فشار
با تغییر دادن موقعیت دریچه باعث کنترل فشار سیال می شود.
کنترل نسبت مخلوط
در برخی صنایع مانند پتروشیمی و نفت و گاز، کنترل دقیق نسبت مخلوط انجام می شود.
کنترل pH
در بعضی فرآیندها، لازم است که میزان pH محلول ها و سیالات مختلف با دقت بالای شیر پنوماتیک تنظیم شود. در این شرایط، از شیرهای کنترلی برای مدیریت و تنظیم pH محلول ها و اسیدها استفاده می کنیم.
کنترل انتقال حرارت
برای اینکه در بعضی فرآیندها نیاز است تا حرارت بین سیالات منتقل شود، شیر کنترلی این کار را انجام می دهد.
کنترل سطح
یکی دیگر از کاربردها این است که سطح سیال در مخازن و تانک های مختلف کنترل شود و که شیر کنترل این کار را انجام می دهد.
کنترل دیگر پارامترها
این شیرها همچنین می توانند برای کنترل پارامترهایی دیگر مثل شدت صدا، فشار صوتی و ویژگی های شبیه به این را مورد استفاده قرار بگیرند.
کدام شیر بهتر است؟ شير كنترلى پنوماتیک، برقی یا هیدرولیک؟
در پاسخ به این سوال که کدام یک از این شیرها بهتر است باید بگوییم که در انتخاب و مقایسه بهترین شير كنترلى پنوماتیک از هیدرولیک گزینه ای به نام بهترین وجود ندارد زیرا که انتخاب این مدل از شیرها کاملا به نیازهای خاص خود بستگی دارد. مثلا اگر که نیاز به قدرت بالا دارید شیر هیدرولیک مناسب شماست ولی اگر سرعت بالا و سادگی برایتان اهمیت دارد شير كنترلى پنوماتیک مناسب کار شماست. در جدول زیر به صورت جامع به این موضوع پرداخته ایم:
| نوع شیر کنترل | عملکرد | مزایا | معایب |
| پنوماتیک | با فشار هوا کار می کند و اکچویتور را حرکت می دهد | سرعت بالا، ایمن در محیط های انفجاری، نگهداری آسان | نیاز به کمپرسور هوا، دقت کمتر نسبت به برقی |
| برقی (الکتریکی) | با سیگنال الکتریکی موتور یا اکچویتور را حرکت می دهد | دقت بالا، کنترل راحت از راه دور، نصب راحت | نیاز به برق، در محیط های انفجاری ممکن است محدود شود |
| هیدرولیک | با فشار روغن یا مایع هیدرولیک حرکت می کند | توان بالا، مناسب برای شیرهای بزرگ و فشار بالا | هزینه بیشتر، نیاز به نگهداری دقیق، امکان نشت روغن |
برای خرید شیر کنترلی باید دقت کنید که دبی جریان، فشار کاری، دما و نوع سیال با مشخصات شیر همخوانی داشته باشد و سایز شیر مناسب باشد و هم راستای مسیر نصب باشد تا عملکرد دقیق و بدون نشتی داشته باشیم.
در زمان خرید شیر کنترلی، توجه به استانداردهای بین المللی اهمیت زیادی دارد تا از کیفیت، ایمنی و سازگاری محصول با سیستم های صنعتی مطمئن شوید. برخی از مهم ترین استانداردها شامل ISO برای طراحی و عملکرد شیر، API برای شیرهای صنعتی نفت و گاز، ANSI/ASME برای فشار و ساختار، و IEC برای تجهیزات برقی و کنترل هستند. رعایت این استانداردها تضمین می کند که شیر کنترلی در شرایط مختلف عملکرد درستی داشته باشد و با تجهیزات دیگر هماهنگ شود.
نصب و راه اندازی شیر کنترلی ساده است: شیر را در مسیر لوله به درستی قرار دهید، اتصالات اکچویتور یا پوزیشنر را وصل کنید و سپس سیستم را تست کنید تا مطمئن شوید شیر بدون نشتی و درست کار می کند.
قیمت شیر کنترلی بستگی به جنس، نوع اکچویتور (پنوماتیک، برقی یا هیدرولیک)، سایز شیر، فشار و دمای کاری، دبی جریان و برند تولیدکننده دارد. هر چه مشخصات فنی بالاتر و برند معتبرتر باشد، قیمت هم بیشتر می شود.
