شیرآلات بنا به کاربردی که دارند دارای شکل های گوناگونی هستند، مهمترین انواع شیرآلات عبارتند از:

• Gate Valve (شیر فلکه یا دروازه ای)
• Globe Valve (شیر کروی)
• Check Valve (شیر یکطرفه)
• Ball Valve (شیر توپی)
• Butterfly Valve (شیر پروانه ای)
• Plug Valve (شیر سماوری)

دسته بندی فوق مهمترین انواع شیرآلات مورد استفاده در صنایع هستند که در قسمت محصولات به تفضیل توضیحات مربوطه ارائه شده است.

کلاس gate ولوها با توجه به جداول نرخ فشار-دما مندرج در استاندارد طراحی عبارتند از: 150, 300, 600, 800, 900, 1500, 2500, 4500. تاثیرات کلاس بر ضخامت بدنه، ضخامت فلنج، ضخامت لبه های اتصال دو سر جوش، نوع عملگر و ... می باشد. البته در بعضی از استانداردهای اروپایی ولوهایی بر اساس فشار PN تولید می شوند که بیشتر در حوزه تاسیسات ساختمانی استفاده می گردند

 معمولاً سایز بر اساس عدد NPS و بر حسب اینچ بیان می شود؛ شیرآلات فورج از سایز 1/4 تا حداکثر 3 اینچ و به ندرت 4 اینچ تولید می شوند؛ در شیرآلات ریخته گری سایزها اعداد بزرگتری را شامل می شوند و از 2 اینچ شروع و تا 24 اینچ ادامه دارند هر چند تولید سایزهای بزرگتر با توجه به استاندارد طراحی نیز امکان پدیر می باشد. 

با توجه به استاندارد طراحی و کلاس شیر از اتصالات مختلفی استفاده می شود و شکل دو سر شیر را مشخص می کنند؛ مهمترین آنها عبارتند از:

• اتصال جوشی: این اتصال به لوله یا تجهیز مربوط جوش می شود و می تواند دو سر جوش (Butt weld) بر اساس ASME B16.25 و ساکتی (Socket weld) بر اساس ASME B16.11 باشد. البته اتصال ساکت بیشتر برای سایزهایی تا حداکثر 4 اینچ و کلاس هایی حداقل 800 رایج می باشد
• اتصال دنده ای: همان اتصال رزوه ای Threaded هست که شیر را به یقیه اجزاء سیستم پیچ می کند و استاندارد های متنوعی مانند NPT ( ASME B1.20.1) ، BSP و… را شامل می شود این اتصال معمولاً برای سایزهایی تا حداکثر 4 اینچ کلاس هایی حداقل 800 می باشد.
• اتصال فلنجی: رایجترین نوع اتصال شیرآلات فلنجی و بر مبنای اتصال ASME B16.5 می باشد و برای کلاس های پایین مانند 150، 300 و 600 بهترین گزینه می باشد
• اتصال کلمپی: این اتصال خاص چندان رایج نبوده و برای مواردی که مونتاژ و دمونتاژ سریع شیر مد نظر باشد از آن استفاده می شود

لازم به ذکر است برای شیرهای Body extended ، نوع اتصال سر کشیده به شکل دنده ای، ساکتی یا دو سرجوش ( Beveled یا Reinforced) می باشد.

شناخت اجزاء یک شیر به نوع آن بستگی دارد و در قسمت معرفی هر نوع شیر به شکل تفضیلی به معرفی اجزاء آن پرداخته شده است  با این حال در این قسمت معروفترین اجزاء شیرآلات که عمومیت و اشتراک بیشتری دارند معرفی می شود:

بدنه (Body)

بدنه ( در برخی مراجع Shell هم گفته می شود) اصلی ترین جزء شیر می باشد و شامل قطعات قابل حرکت و در تماس با سیال بوده از این رو باید مقاومت خوبی در برابر فشار سیستم داشته باشد.
متریال ها به دو شکل فورج یا ریخته گری ساخته می شوند و دارای اشکال و طراحی های مختلف هستند.
در صنایع نفت و گاز پر مصرف ترین متریال ریخته گری A216 و پر مصرف ترین متریال فورج A105 می باشد؛ برای سرویس های دما پایین (Low temp) از متریال های ریخته گری A352 LCB/LCC و فورج A350 LF2/LF3 استفاده می شود. در جاهایی که علاوه بر دما و فشار، مقاومت به خوردگی نیاز باشد باید از فولادهای ضد زنگ (Stainless Steel) استفاده کرد؛ (A351 CF8 (SS304) , A351 CF8M (SS316 برای بدنه های ریخته گری و A182 Fxx (F304, F316, F321, F347) برای بدنه های فورج رایج هستند.
علاوه بر موارد فوق ذر شرایطی که به مقاومت به خوردگی بالایی نیاز باشد می توان از خانواده های داپلکس و سوپر داپلکس (A182 F44, F51, F53, F55) و آلیاژهای نیکل مانند مونل و هستولی استفاده کرد.

درپوش (Bonnet)

درپوش یا Bonnet یکی از اجزاء اصلی شیرها به خصوص gate و globe ولوها می باشد. با برداشتن Bonnet می توان به قطعات اصلی شیر مانند Stem, Seat, Disk و ... دسترسی داشت و نسبت به تعمیر یا جایگزینی آنها اقدام کرد.
مهمترین انواع Bonnet عبارتند از:- Bolted Bonnet ( به وسیله پیچ و مهره به بدنه متصل می شود)
- Welded Bonnet (به صورت جوشی به بدنه متصل می شود)
- Pressure Seal (بین بدنه و Bonnet از اجزا آببندی استفاده می شود که در بخشی جداگانه توضیحات مفصل ارائه خواهد شد)یکی از نکات مهم در Bonnet ها آببندی کامل با بدنه بوده که به کمترین نشتی منجر گردد.

تریم (Trim):

Trim به مجموعه قطعات داخلی شیر گفته می شود که قابلیت تعویض یا تعمیر دارند (به بخشی از این قطعات که در تماس مستقیم با سیال هستند wet گفته می شود) معمولاً Trim شامل اجزایی همچون Disk, Seat, Stem, Glands Bushing و Sleeve ها می باشد با این حال لیست دقیق آن به نوع شیر بستگی دارد.
در انتخاب متریال Trim باید دقت به خرج داد چرا که پارامترهای دما، فشار و نوع سیال تاثیر زیادی روی عملکرد این قسمت دارند؛ لذا در استاندارد API 600 جدولی با عنوان Trim chart تهیه شده که اجزاء مختلف Trim را برای Gate, Globe, Check ولوها مشخص کرده است.

در ادامه به معرفی کاربرد مهمترین Trim ها پرداخته می شود:

TRIM

مناسب سرویس های زیر:

13% Cr, Type 410 Stainless Steel

نفت و بخارات نفتی و سرویس های جنرال که  seat و disk های شیر هم باید عملیات حرارتی شده باشند.

13% Cr, Type 410 plus Hardfacing

یکی از جامع ترینTrim  ها برای مصارف عمومی که نیاز به عمر بالا در دماهایی تا 593°C دارند

Type 316 Stainless

مناسب گازها و مایعاتی که Trim های 410 مقاومت به خوردگی در برابر آنها را ندارند و برای دماهایی تا حداکثر 573°C پاسخگو می باشد

Monel

سرویس های خورنده با دمایی تا 450°C مانند اسیدها، آلکلیک ها و سرویس های شور

Alloy 20

سرویس های خورنده مانند اسید در بازه دمایی -45°C  تا 320°C

NACE

این Trim با ترکیب Trimهای 316 یا 410 با استاد بلت های B7M و مهره های 2HM ساخته می شود که نتیجه آن پاسخگویی به الزامات NACE MR-01-75  می باشد

Full Stellite

سختی سطح بسیار بالای این Trim باعث شده برای سرویس های ساینده و شدید تا دمای 650°C مناسب باشد.

دیسک (Disc):

disc ها وظیفه باز و بسته کردن یا کنترل جریان را به عهده دارند و بیشتر از هر قسمت دیگر شیر در معرض تماس مستقیم با سیال هستند، با توجه به نوع شیر اسم های مختلفی برای Disc در نظر گرفته شده است برای مثال در Gate ولوها به آن Wedge و در Ball ولوها به آن Ball می گویند.
دیسک ها معمولاً از فولاد فورج شده ساخته می شوند و سطح آنها جهت افزایش خواص مکانیکی متریال اصلی، تقویت می شود (hard faced)

Seat:

در اصل نشیمنگاه Disc هست و باعث می شود حرکت های Disc با آن تطبیق پیدا کند در Check و Globe ولوها معمولاً از یک Seat استفاده می شود و در Gate و Ball ولوها از دو Seat در اطراف دیسک استفاده می شود.
Seat ها معمولاً باید دارای سختی سطح بالایی باشند تا بتوانند آببندی شیر را در زمانی که Disc بسته هست تضمین نمایند.

Stem:

Stem یا در اصطلاح ساقه، قطعه ای هست که عملگر شیر (که می تواند اتوماتیک یا دستی باشد) را به دیسک یا قطعه در ارتباط با آن متصل می کند. برای Gate و Globe ولوها حرکت Stem به صورت خطی بوده و برای Ball, Plug و Butterfly ولوها به شکل چرخشی می باشد (اصطلاحاً دارای حرکت ربع گرد یا quarter turn می باشد)
Stem ها معمولاً به شکل فورج ساخته می شوند و به صورت دنده ای و روش های دیگر به دیسک متصل می شوند و باید از سطح مقاومی برخوردار بوده تا از هر فرسایشی جلوگیری شود.
پنج نوع اصلی Stem ها عبارتند از:

1- Rotary: این نوع در Ball, Plug و Butterfly ولوها استفاده می شود و یک حرکت ربع گرد (quarter turn) برای باز و بسته کردن شیر نیاز دارند
2- Sliding: در این نوع، هیچ حرکت چرخشی وجود ندارد و شیر به صورت کشویی بالا و پایین می رود. این طراحی معمولاً در شیرهای دستی اهرمی و شیرهای دیافراگمی با عملگر پنوماتیک استفاده می شوند.
3- Rising type (outside screw & yoke) OS&Y: در این طراحی قسمت بیرونی stem دنده ای بوده و قسمت داخلی آن صاف می باشد که قسمت دنده ای به وسیله پکینگ ها از سیال ایزوله شده اند؛ در این طراحی با باز شدن شیر Stem به سمت بالا آمده ولی دسته یا Handwheel سر جای خود ثابت است و مزیت آن مشخص بودن باز بودن شیر ( به خاطر بالا بودن Stem) از فاصله چند متری می باشد.

4-Rising Type (inside screw & yoke) IS&Y: این طراحی به شکلی بوده که موقع باز و بسته کرده شیر، Stem و Handwheel با هم بالا و پایین می شوند؛ تفاوت دیگر آن با OS&Y در این است که قسمت بیرونی Stem صاف یا  Plain  بوده و قسمت داخلی دنده ای و در معرض نزدیکی با سیال می باشد.

5-(Non rising type (inside screw: در این طراحی قسمت دنده ای Stem داخل شیر بوده ولی حرکت رونده ای به سمت بالا یا پایین ندارد، در اینجا دنده های Stem درون دیسک قرار گرفته و دیسک مانند یک مهره برای Stem عمل می کند و چرخیدن Stem باعث می شود تنها دیسک بالا و پایین برود و Stem و Handwheel در جای خود ثابت بمانند. این طراحی برای جاهایی که فضای کافی برای حرکت خطی Stem در بیرون از شیر وجود ندارد مناسب می باشد. البته باید به این نکته توجه داشت که در این طراحی دنده های Stem در معرض مستقیم با سیال هستند و نباید از این روش برای سیال های دارای خوردگی و فرسایش استفاده کرد.

Packing:

برای آببندی کامل بین Stem و Bonnet به گسکتی نیاز هست که به آن پکینگ می گویند و توسط قطعات زیر در جای خود قرار می گیرد:

1- Gland follower: قطعه ای هست که پکینگ را به وسیله gland درون محفظه آن (Stuffing box) فشرده می کند.

2- Gland: این قطعه نوعی بوشینگ هست که به پکینگ در Stuffing Box فشار وارد می کند.

3- Stuffing Box: محفظه ای است که پکینگ در آن جا می گیرد

4- Packing: همان قطعه اصلی مکانیسم بوده و در جنس های مختلف مانند PTFE، الاستومر و فیبر(پارچه ای) موجود می باشد.

5- Backseat: یک مکانیزم آببندی داخل درپوش بوده که آببندی لازم بین Stem و Bonnet را انجام می دهد و باعث می شود مواقعی که شیر تحت فشار و کاملاً باز هست آسیبی به اجزاء پکینگ وارد نشود این سیستم معمولاً در Gate و Globe ولوها می باشد.

1-Gland follower  2-Gland  3-Stuffing Box with Packing  4-Back Seat

در نهایت ذکر این نکته ضروری است که سیستم پکینگ باید به شکلی اجرا شود که کمترین آسیب را به Stem وارد نماید و از طرفی آببندی مناسبی داشته باشد به عبارتی آزادی زیاد پکینگ باعث نشتی سیال شده و تنگی آن باعث صدمه به حرکت Stem و عملکرد آن می شود لذا باید به گونه ای طراحی شود که این موارد به حداقل برسد.

متریال های اصلی شیرآلات به دو شکل ریخته گری یا فورج تولید می شوند (البته شیرآلاتی با بدنه های غیر فولادی مانند آلیاژهای برنج، آلومینیوم و … یا غیر فلزی مانند پلی اتیلن، PVCU و… نیز وجود دارند که در این راهنما به آنها اشاره ای نمی گردد)

شیر آلات ریخته گری از ریخته گری فولاد مذاب درون قالب های مربوطه ساخته می شوند و برای شیرآلات با سایز بزرگتر از 2 اینچ مناسب اند. شیرآلات فورج با آهنگری یا فورج کردن و ماشینکاری فولاد جامد ( در همان فاز جامد تا حدی که به شکل خمیری برای فورج آماده شود، حرارت داده می شود) ساخته می شوند و برای سایز های کوچک از 1/4 تا 2 اینچ  و فشار های بالا مناسب اند

مهمترین متریال ها برای شیرآلات ریخته گری عبارتند از:

ASTM A216 (WCA, WCB, WCC) – کرین استیل

ASTM A 352 (GRADES LCB, LCC, LC1, LC2, LC3,…) – دما پایین

ASTM A 351 (GRADES CF8, CF8M,…) – استنلس استیل

و برای شیرآلات فورج:

ASTM A105, A105N- کرین استیل

ASTM A 350 (GRADES LF2, LF3) – دما پایین

ASTM A 351 (GRADES F304, F316, F321, F11, F22,…) – استنلس استیل

نکته : در شیرآلات فولادی برای دماهای بالا استاندارد جداگانه ای تعریف نشده است و معمولاً استانداردهای استنلس استیل مانند A351 و A182 این سرویس را پوشش می دهند.

در جدول زیر کاربردهای متریال های شیرآلات ریخته گری مشخص شده است: 

سیالات غیر خورنده مانند آب، نفت و گاز در رنج دمایی -30°C تا +425°C

دماهای پایین از-46°C  تا +340°C

دماهای پایین  از-59°C  تا +340°C

دماهای پایین  از-73°C  تا +340°C

دماهای پایین  از-101°C  تا +340°C

سیالات غیر خورنده مانند آب، نفت و گاز در رنج دمایی -30°C تا +593°C

سیالات غیر خورنده مانند آب، نفت و گاز در رنج دمایی -30°C تا +593°C

کاربردهایی با خورندگی و فرسایش ملایم و کاربردهای بدون خورندگی در رنج دمایی -30°C تا +649°C

9%Chrome

1% Moly

کاربردهایی با خورندگی و فرسایش ملایم و کاربردهای بدون خورندگی در رنج دمایی -30°C تا +649°C

کاربردهایی با خورندگی در رنج دمایی -30°C تا +482°C

کاربردهایی با خورندگی تا دمای  +704°C

کاربردهایی با خورندگی یا بدون خورندگی در دماهای بسیار بالا یا پایین بین  -268°C تا +425°C

کاربردهایی با خورندگی در دماهای بسیار بالا یا پایین بین  -268°C تا +425°C

کاربردهایی با خورندگی یا بدون خورندگی در دماهای بسیار بالا یا پایین بین  -268°C تا +425°C

کاربردهایی با خورندگی یا بدون خورندگی تا دماهای +425°C

کاربردهایی با خورندگی یا بدون خورندگی تا دماهای +425°C

مقاوم به اسید سولفوریک داغ تا دمای +425°C

مقاومت مناسب به خوردگی انواع اسیدهای ارگانیک و نمک دریا و همچنین مقاومت بسیار خوب به اکثر آلکالین ها تا دمای +400°C و دارای قابلیت جوشکاری

مناسب برای اسیدهای هیدروفلوریک در هر دما و غلظتی، مقاومت مناسب نسبت به اسید سولفوریک و اسید فسفریک تا دماهای +649°C

مقاومت مناسب به اکسیداسیون و خواص مناسب برای دماهای بالا، مقاومت مناسب نسبت به اسید سولفوریک و اسید فسفریک تا دماهای +649°C

کاربردهایی با دمای بالا و مقاومت خوب به سیالات و اتمسفر با خورندگی تا دماهای +425°C

مناسب سرویس های آب، نفت وگاز و گزینه عالی برای سرویس های آب نمک و آب دریا

در جدول زیر کاربردهای متریال های شیرآلات فورج مشخص شده است:

کاربردهایی تا دمای  +538°C

کاربردهایی تا دمای  +538°C

کاربردهایی تا دمای  +427°C

مقاومت مناسب به خورندگی درون شبکه ای (intergranular-corrosion) در شرایط محیطی در رنج دمایی +427°C تا +1650°C

آلیاژ نیکلی مانند مونل مقاومت به خوردگی مناسب، جوش پذیری و استحکام بالایی دارد؛ همچنین از خواص مکانیکی خوبی از دمای زیر صفر تا +538°C برخوردار است

410 متریال پایه مارتنزیتیک می باشد و دارای استحکام به ضربه، مقاومت به خورندگی و مقاومت به خورندگی به وسیله هوا تا دماهای +649°C می باشد

مقاومت کامل به خورندگی به شرطی که متریال سخت کاری و تنش زدایی شده باشد؛ و دما پایین تر از +427°C باشد

این آلیاژ نیکل-کروم مقاومت به اکسیداسیون خوبی در دماهای تا +1093°C  دارد

این آلیاژ نیکل-کروم مقاومت به اکسیداسیون و کربوراسیون خوبی در دماهایی تا +1093°C  دارد

آلیاژ 825   سطح بالایی از مقاومت به خورندگی را هم در محیط های کاهنده و هم محیط های اکساینده داشته و همچنین خواص مکانیکی مناسبی تا دماهای +538°C  دارد

کاربردهایی برای مقاومت به خورندگی مناسب تا دماهای +316°C

کاربردهایی با خورندگی یا بدون خورندگی تا دماهای +427°C

کاربردهایی با خورندگی یا بدون خورندگی تا دماهای +427°C

کاربردهایی با خورندگی یا بدون خورندگی تا دماهای +427°C

کاربردهایی با خورندگی یا بدون خورندگی تا دماهای +427°C

317L     برترین متریال مقاوم به خورندگی در سخت ترین محیط ها بوده که می توان از آن در دماهایی بین +927°C تا +1204°C استفاده کرد

این آلیاژ نیکل-کروم مقاومت به اکسیداسیون و کربوراسیون خوبی تا دماهایی بالاتر از  +593°C  دارد

کاربردهایی بدون خورندگی شامل سیالات آب، نفت و گاز در رنج دمایی -30°C تا +427°C

جهت استفاده در سرویس های اسید سولفوریک داغ تا دمای +425°C

این آلیاژ نیکل-مولیبدن-کروم مقاومت به خورندگی عالی به اکثر سیالات خورنده داشته و همچنین در دمای محیط مقاومت به خورندگی خوبی از خود نشان می دهد.

کاربردهایی بدون خورندگی شامل سیالات آب، نفت و گاز در رنج دمایی -30°C تا +593°C

کاربردهایی بدون خورندگی شامل سیالات آب، نفت و گاز در رنج دمایی -30°C تا +593°C

کاربردهایی بدون خورندگی شامل سیالات آب، نفت و گاز در رنج دمایی -30°C تا +650°C

F51  یک متریال سوپر داپلکس بوده که مقاومت به خورندگی خوب و متوسطی در محیط های مختلف داشته و بازه دمایی آن تا +316°C می باشد

F53  یک متریال سوپر داپلکس بوده که مقاومت به خورندگی خوب و متوسطی در محیط های مختلف داشته و بازه دمایی آن تا +316°C می باشد

این متریال ترکیبی از استحکام مکانیکی بالا، داکتیلیتی (شکل پذیری) بالا و مقاومت به خورندگی عالی در محیط هایی با دماهایی تا +316°C می باشد

کاربردهایی بدون خورندگی در رنج دمایی -30°C تا +650°C

کاربردهایی بدون خورندگی در رنج دمایی -30°C تا +650°C

این آلیاژ نیکل مقاومت به خورندگی خوبی دارد. Monel K500 دارای خواص مکانیکی عالی در دماهای زیر صفر تا +480°C می باشد.

کاربردهایی بدون خورندگی در رنج دمایی -46°C تا +427°C

این آلیاژ نیکل کروم علاوه بر برخورداری از مقاومت به خورندگی و اکسیداسیون خوب، دارای کشش و پارگی خزش (creep-rupture) بالایی تا دماهای +700°C می باشد

در جدول زیر معادلسازی متریال های فورج با ریخته گری نمایش داده شده است: