چه معیارهایی باید برای انتخاب صحیح شیر در سیستم سیال مدنظر قرار گیرد؟

انتخاب شیر یکی از بخش‌های مهم در طراحی صحیح و رعایت اصول نگهداری در سیستم‌های صنعتی، لوله‌کشی و ابزار دقیق است. در صورت استفاده نکردن از شیر مناسب برای یک کاربرد خاص، عملکرد سیستم سیال می‌تواند با چالش رو به رو شده، زمان‌های توقف افزایش یابد و خطرات ایمنی قابل اجتناب به وجود آید.

شیرها معمولاً در مرحله طراحی اولیه سیستم سیال انتخاب می‌شوند. به طور معمول در طول عمر سیستم، تکنسین‌های نگهداری شیر و سایر اجزاء را مطابق با مشخصات فنی، با همان نوع موجود در سیستم تعویض می‌کنند. این موضوع اهمیت انتخاب صحیح شیر از ابتدا را دوچندان می‌کند و می‌تواند به اپراتورها کمک کند تا از تعویض زودهنگام و غیرضروری شیر در آینده جلوگیری کنند.

برای انتخاب صحیح شیر، طراحان و تکنسین‌ها می‌توانند از روش STAMPED استفاده کنند. در این روش عوامل زیر را در نظر گرفته می شود: اندازه (Size)، دما (Temperature)، کاربرد (Application)، نوع سیال (Media)، فشار (Pressure)، نوع اتصالات (Ends or fittings) و نحوه تحویل (Delivery). بررسی دقیق هر یک از این شرایط عملیاتی می‌تواند متخصصان سیستم‌های صنعتی سیال و نمونه‌برداری تحلیلی را در انتخاب درست شیر راهنمایی کند.

در ادامه، نحوه به‌کارگیری روش STAMPED در طراحی سیستم سیال بیان شده:

S: Size

 اندازه شیر تعیین‌کننده ظرفیت جریان آن است و باید با نرخ جریان موردنظر در سیستم شما مطابقت داشته باشد. تولیدکنندگان معمولاً ضریب جریان (Cv) را ارائه می‌دهند که نشان‌دهنده رابطه بین افت فشار در دو طرف شیر و نرخ جریان متناظر با آن است. 

ضریب جریان یا Cv مقدار آبی است که با افت فشار ۱ psi در دو طرف شیر و در دمای ۶۰ درجه فارنهایت از آن عبور می‌کند. در مورد سیالات تراکم‌پذیر مانند گازها، محاسبه و استفاده از پارامتر Cv برای پیش‌بینی جریان پیچیده‌تر است، اما همچنان روشی مؤثر برای تعیین اندازه مناسب شیر در یک کاربرد مشخص به شمار می‌رود.

عوامل طراحی شیر که بر ضریب جریان (Cv) تأثیر می‌گذارند شامل اندازه و هندسه مسیر جریان هستند؛ اندازه مجرای عبور سیال (orifice) در یک شیر نقش مهمی در تعیین میزان جریان دارد. هرچه مجرا بزرگ‌تر باشد، ظرفیت جریان بالقوه نیز بیشتر خواهد بود. اندازه مجرا در انواع مختلف شیرها می‌تواند تفاوت قابل‌توجهی داشته باشد؛ به‌عنوان مثال، شیر توپی (Ball Valve) مقاومت بسیار کمی در برابر جریان ایجاد می‌کند، در حالی‌که شیر سوزنی (Needle Valve) می‌تواند جریان را محدود یا کندتر کند. این موارد باید در فرآیند انتخاب شیر به‌دقت مورد توجه قرار گیرند.

در صورت تردید، با تولیدکننده مشورت کنید—یک تولیدکننده معتبر می‌تواند شما را در تعیین اندازه مناسب شیر راهنمایی کند.

T: Temperature

دمای محیطی که شیر در آن عمل خواهد کرد را همواره در نظر داشته باشید. این شامل دمای سیال داخل سیستم که شیر وظیفه کنترل آن را دارد و همچنین دمای محیط اطراف در شرایط عملیاتی است. از خود بپرسید:
«آیا این دماها ثابت خواهند بود یا به‌طور مکرر تغییر می‌کنند؟»
این شرایط می‌توانند بر انتخاب نوع شیر یا فواصل زمانی موردنیاز برای انجام تعمیرات پیشگیرانه تأثیرگذار باشند. نوسانات دما را در نظر بگیرید، چرا که ممکن است باعث انبساط و انقباض مواد آب‌بندی شوند. همچنین، قطعات فلزی در دماهای بالا ممکن است استحکام مکانیکی خود را از دست بدهند که این موضوع می‌تواند موجب کاهش محدوده مجاز فشار (pressure rating) شیر شود.
بنابراین، بررسی و تأیید عملکرد شیر در شرایط دمایی حدی توسط تولیدکننده از اهمیت بالایی برخوردار است و باید اطمینان حاصل شود که شیر به‌طور کامل تحت این شرایط آزمایش شده است.

A: Application

در نظر بگیرید که شیر در سیستم شما چه وظیفه‌ای بر عهده دارد. آیا نیاز دارید که: جریان را شروع یا متوقف کنید؟ سطح جریان را تنظیم نمایید؟ جهت جریان را کنترل کنید؟ از افزایش بیش از حد فشار و آسیب به سیستم جلوگیری نمایید؟ 

پاسخ به این پرسش‌ها نقش تعیین‌کننده‌ای در انتخاب نوع و عملکرد شیر مناسب خواهد داشت. 

پاسخ‌های شما به این پرسش‌ها نوع شیری را که باید برای طراحی سیستم خود انتخاب کنید را مشخص خواهد کرد. برای مثال، شیر توپی دوطرفه ساده را در نظر بگیرید. هرچند برخی از شیرهای توپی که توسط برخی تولیدکنندگان عرضه می‌شوند ممکن است دارای قابلیت تنظیم جریان (throttling) باشند، اما در اکثر موارد، شیرهای توپی برای باز یا بسته بودن کامل طراحی شده‌اند و نمی‌بایست برای تنظیم یا کنترل جریان مورد استفاده قرار گیرند. اگر هدف شما تنظیم دقیق جریان یا محدودسازی آن است، گزینه مناسب‌تر می‌تواند شیر سوزنی (Needle Valve) یا شیر دبی‌سنجی (Metering Valve) باشد. 

M: Media

نوع سیال فرآیندی موجود در سیستم شما نیز باید با دقت بررسی شود تا بتوان شیر مناسب با ترکیب مواد صحیح را انتخاب کرد. اطمینان حاصل کنید که سیال سیستم با مواد تشکیل‌دهنده بخش‌های مختلف شیر—از جمله بدنه، نشیمنگاه‌ها (seats)، نوک ساقه (stem tip) و سایر اجزاء نرم‌تر—سازگار است.

ناسازگاری بین سیال و مواد سازنده شیر می‌تواند منجر به بروز مشکلاتی از قبیل: خوردگی (Corrosion)، تردی مواد (Embrittlement) و ترک‌خوردگی ناشی از تنش خوردگی (Stress Corrosion Cracking) شود، که همه این موارد می‌توانند خطرات ایمنی جدی و همچنین هزینه‌های تولیدی بالا را به‌دنبال داشته باشند. همانند دما، باید موقعیت نصب شیر را نیز در نظر بگیرید. آیا شیر در محیطی با کنترل شرایط اقلیمی، مانند داخل کارخانه یا محفظه ابزار گرم‌شده، قرار خواهد گرفت؟ یا در فضای باز و در معرض عوامل طبیعی مانند تابش مستقیم خورشید، باران، برف، یخ‌زدگی و نوسانات دمایی قرار دارد؟ آیا در محیط دریایی با تماس قابل‌توجه با کلریدها کار خواهد کرد؟ شیرها و قطعات آن‌ها در انواع مختلفی از مواد ساخته می‌شوند. برای افزایش دوام و کارایی شیرها، موادی را انتخاب کنید که بهترین تطابق را با شرایط محیطی و عملیاتی مورد نظر داشته باشند. 

P: Pressure

فشار یکی دیگر از عوامل مهم در انتخاب شیر است. توجه داشته باشید که این اصطلاح در دو زمینه متفاوت به کار می‌رود: 

• فشار کاری (Working Pressure): فشار عادی و معمولی که سیستم شما در آن به صورت مستمر عمل می‌کند.
• فشار طراحی (Design Pressure): حداکثر فشار مجاز تعیین‌شده توسط تولیدکننده شیر؛ هرگز نباید فشار طراحی هیچ یک از اجزای سیستم سیال را فراتر از این حد عبور داد، مگر در شرایط آزمایش کنترل‌شده.

محدودیت فشار در یک سیستم سیال بر اساس ضعیف‌ترین یا کمترین رتبه‌بندی شده‌ترین جزء آن تعیین می‌شود—این نکته را هنگام انتخاب شیر به خاطر بسپارید. فشار و دمای سیال فرآیندی تأثیر قابل‌توجهی بر عملکرد اجزاء دارند. شیری که انتخاب می‌کنید باید قادر باشد فشار را تحمل کند و در شرایط مختلف دما و فشار به‌خوبی عمل نماید. طراحی، انتخاب مواد و اعتبارسنجی (تأیید عملکرد) از جنبه‌های حیاتی در کارایی شیر به شمار می‌روند. همچنین به یاد داشته باشید که فشار و دما به شدت بر یکدیگر تأثیر می‌گذارند؛ به‌طور کلی، با افزایش دمای سیال فرآیندی، حد فشار کاری مجاز کاهش می‌یابد. 

E: End Connections

شیرها دارای انواع مختلفی از اتصالات انتهایی هستند که ممکن است شامل اتصالات لوله‌ای یکپارچه، رزوه‌های لوله، فلنج‌های لوله، اتصالات جوشی و غیره باشند. اگرچه انتخاب اتصال انتهایی به‌طور سنتی بخشی از ساختار داخلی شیر محسوب نمی‌شود، اما انتخاب صحیح آن در ساختار کلی شیر و قابلیت حفظ سیستم بدون نشتی نقش بسیار حیاتی دارد. اطمینان حاصل کنید که اتصالات انتهایی متناسب با فشار و دمای سیستم شما بوده و اندازه آن‌ها دقیق و مناسب باشد—اتصال انتهایی درست می‌تواند نصب را ساده‌تر کرده و از ایجاد نقاط نشت اضافی جلوگیری کند.

D: Delivery

پس از بررسی همه این عوامل و انتخاب شیر مناسب برای کاربرد خود، از خود بپرسید:
«شیرها را کی نیاز دارم؟» و «چه تعداد شیر نیاز دارم؟»

تحویل به‌موقع و تأمین مطمئن به اندازه سایر عوامل برای حفظ عملکرد و کارایی سیستم سیال شما اهمیت دارد. به‌عنوان گام نهایی در روش STAMPED، تأمین‌کنندگان خود را ارزیابی کنید.
آیا آن‌ها قادرند قطعات مورد نیاز شما را در زمان مقرر تأمین کنند؟
آیا به‌راحتی در دسترس هستند؟
آیا با شما همکاری می‌کنند تا نیازهای سیستم شما را به‌خوبی درک کنند؟