رایچر دیسک

بازدید : 496   |      

راپچر دیسک یا دیسک شکست یک وسیله کنترل فشار برگشت ناپذیر است که محرک آن فشار درون سیستم بوده و به گونه ای طراحی شده است که صفحه ی آن در بازه فشاری معینی منفجر می شود.
راپچر دیسک نوعی وسیله فدا شونده به حساب می آید زیرا صفحه ی تعبیه شده در آن نوعی غشاء یک بار مصرف بوده که با رسیدن به یک فشار از پیش تعیین شده (فشار مثبت یا خلاء) باز خواهد شد.
پیشنهاد می کنیم با مطالعه قسمت توضیحات بیشتر، در مورد راپچر دیسک بیشتر بدانید.

راپچر دیسک چیست ؟ 

راپچر دیسک یا دیسک شکست یک وسیله کنترل فشار برگشت ناپذیر است که محرک آن فشار درون سیستم بوده و به گونه ای طراحی شده است که صفحه ی آن در بازه فشاری معینی منفجر می شود.

راپچر دیسک نوعی وسیله فدا شونده به حساب می آید زیرا صفحه ی تعبیه شده در آن نوعی غشاء یک بار مصرف بوده که با رسیدن به یک فشار از پیش تعیین شده (فشار مثبت یا خلاء) باز خواهد شد. متریال مورد استفاده این غشاء معمولا فلز است اما برای مصارف مختلف آن را می تواند با هر ماده ی دیگر و یا حتی لایه های مختلف با جنس متفاوت نیز تولید کرد.زمان واکنش این وسیله در کاهش یا افزایش فشار سیستم بسیار سریع بوده (در حد میلی ثانیه در ابعاد بزرگ و میکرو ثانیه در ابعاد کوچک) ولی پس از باز شدن دیسک، بسته شدن آن ممکن نخواهد بود.

راپچردیسک ها به روش‌های متفاوتی عمل می‌کنند. برخی از آنها دارای برش‌ها و یا شیارهای مخصوص بوده و برخی دیگر بر اثر برخورد با یک تیغه عمل می کنند. اساس عملکرد رایچر دیسک، پاره شدن یک دیافراگم بر اثر رسیدن به حد تنش پارگی است. زمانی که فشار داخل مخزن از حد مجاز بالاتر رود، تنش ناشی از فشار وارده بر سطح راپچردیسک، باعث پارگی آن شده و فشار داخل مخزن با سرعت بالایی کاهش یافته و تنش وارد بر مخزن از بین می رود.

طراحی و عملکرد رایچر دیسک چگونه است؟

راپچر دیسک ها در اشکال دایره ای و مستطیلی، متشکل از یک یا چند لایه، و به صورت گنبدی یا تخت تولید می شوند. در بسیاری از آن ها نقطه ها و یا خطوطی دیده می شود که این خطوط جهت تعیین محل های گسست به وسیله لیزر (یا برش) ایجاد می شود. چنین برش هایی می توانند ساده و یا به اشکال هندسی خاصی باشند و به آن ها راپچر المنت می گویند.

نوع دیسک استفاده شده بسته به کاربرد آن می تواند بسیار متفاوت باشد. این دیسک ها ممکن است فلزی یا پلاستیکی، متشکل از یک یا چند لایه و گنبدی شکل یا تخت باشند. همچنین این گنبد می تواند به سمت درون سیستم (محدب یا معکوس) و یا به بیرون سیستم (مقعر یا مستقیم) شکل گرفته باشد. با در نظر گرفتن تمامی موارد ذکر شده ساختار های محتمل متفاوتی را می توان ایجاد کرد. به عنوان مثال جهت انفجار دیسک در فشار های پایین می توان یک لایه پلاستیک را در بین دو لایه ی فلزی قرار داده و یه راپچر دیسک 3 لایه را ایجاد نمود. مواد مورد استفاده در ساخت آن می تواند فلزاتی مانند فولاد و یا مواد با کیفیت تر و مقاوم تر نظیر اینکونل، هستلوی، تانتالیوم و یا پوشش های مختلف و همچنین پلاستیک هایی مانند FEP و PTFE باشند.

راپچر دیسک ها یا مستقیم بین دو فلنج قرار می گیرند و یا ابتدا در نگه دارنده مخصوص خود قرار گرفته و سپس نگه دارنده بین دو فلنج نصب خواهد شد. در برخی موارد ممکن است شرکت سازنده این دیسک را به محفظه نگه دارنده جوش دهد. در این صورت محفطه نگه دارنده به تمامی اتصالات مورد نیاز جهت قرار گیری در مسیر مجهز خواهد شد. برای اطلاع از منفجر شدن راپچر دیسک تجهیزات سیگنال دهی متفاوتی را می توان به کار برد. ساده ترین آن ها این است که از یک سیم متصل به مدار سیستم کنترل استفاده نمود به نحوی که این سیم بر روی دیسک فیکس شده و با انفجار دیسک این سیم نیز پاره خواهد شد و جریان را قطع خواهد کرد. راپچر دیسک با توجه به اینکه بر اساس خواص مکانیکی پایه مواد طراحی می‌شود، عملکرد بسیار دقیق و مطمئنی دارد. برای حفظ قابلیت اطمینان بالای راپچر دیسک در محیط‌های خورنده نیز راه‌های مختلفی وجود دارد.

یکی از این را‌ه‌ها جلوگیری از تماس دیافراگم با محیط خورنده به کمک یک لایه فیلم تفلون است که مقاوم به خوردگی بوده و جلوی تماس مواد با دیافراگم را می‌گیرد.

روش دیگر استفاده از مواد مقاوم به خوردگی مانند نیکل و مونل و اینکونل است. دقت کنید که این روش برای شیرهای اطمینان نیز کاربرد دارد ولی با توجه به وزن بالای شیر اطمینان‌ها، اختلاف هزینه بسیار بالایی میان راپچر دیسک و شیر اطمینان با جنس مشابه به وجود می‌آید. این سیگنال قطع جریان به سیستم کنترلی ارسال خواهد شد. در صورتی لزوم می توان از یک سیستم سیگنال دهی دقیق تر با تشخیص نفوذپذیری استفاده نمود که از سنسورهایی نظیر سنسور های مغناطیسی تشخیص فاصله NIMU بهره می برند. 

ویژگی های فنی مهم راپچر دیسک

  1. ابعاد: قطر راپچر دیسک باید متناسب با قطر لوله ها و فلنچ های سیستم مطابق با استاندارد های DN در اروپا و یا NPS در سایر کشور ها تعیین شود.
  2. فشار شکست( یا فشار معین یا تعیین شده): این مشخصه همان فشاری است که با رسیدن به آن راپچر دیسک باید پاره شده و مسیر را باز کند. این فشار باید به گونه ای تعیین گردد که پیش از آن که سیستم دچار هرگونه صدمه ای شود راپچر دیسک باز شود. این فشار باید بالاتر از فشار غالب سیستم در شرایط کاری عادی (بالاتر از فشار پروسه یا فشار کاری سیستم) و پایین تر از فشار مقاومت (MAWP) همان سیستم باشد. به عنوان مثال برای فرآیندی با فشار کاری 1 بار و MAWP 2 بار، فشار ترکیدگی بسته به نوع دیسک مورد استفاده باید 2 بار یا پایین تر باشد.
  3. تلورانس شکست: این تلورانس یا بازه اطمینان حول فشار شکست که باعث باز شدن راپچر دیسک می شود تعیین می گردد. بنابراین اگر یک راپچر دیسک دارای فشار شکست 1 بار با تلورانس %10± باشد، صفحه آن بین فشار 0.9 تا 1.1 بار باز خواهد شد. بسته به قوانین و مقررات های مختلف، تلورانس انفجار می تواند %10± (Pressure Equipment Directive 2014/68/EC)، %5± (e.g. ASME section VIII, Division 1) و یا %3± برای سیستم های با فشار کاری بالا متغییر باشد. همچنین بسه به نوع فرآیند و تجهیزات تلورانس های دیگر نیز می تواند استفاده شود.

    نقش راپچر دیسک در صنایع: 

    از مزایای استفاده از راپچر دیسک به جای شیر های کنترل فشار می توان نفوذ ناپذیری، هزینه کمتر، سرعت واکنش بالا، عدم وجود محدودیت ابعادی، و راحتی تعویض را نام برد. دیسک های انفجاری در صنایع پتروشیمی، پالایشگاهی، هوافضا، هوانوردی، دفاعی، درمانی، راه آهن، هسته ای، شیمیایی، دارویی و غذایی به طور رایج استفاده می شوند.

    این وسیله را می توان به عنوان تنها دستگاه کنترل فشار سیستم، و یا در ترکیب با یک شیر کنترل فشار استفاده نمود؛ بدین ترتیب در صورتی که شیر کنترل فشار عمل نکند و یا نتواند با سرعت کافی فشار سیستم را تنظیم کند، راپچر دیسک منفجر خواهد شد.

    نوعی دیگر استفاده رایج از راپچر دیسک در ترکیب با سایر شیرهای کنترل فشار بدین گونه است که راپچر دیسک بین سیستم و شیرها قرار گرفته و به نوعی آن ها را ایزوله می کند. این ترکیب اغلب به جهت کاهش هزینه استهلاک و تعمیرات شیرها، و همچنین ایجاد سیستم ایمنی بدون نفوذ صورت می گیرد.با این حال، در برخی صنایع حصول بالاترین سطح اطمینان از اهمیت بیشتری برخوردار بوده و به همین دلیل، حتی با وجود افزایش هزینه ها استفاده از سیستم های ایمنی کنترل فشار توصیه نمی گردد. در این شرایط کنترل امنیت سیستم باید بسیار سختگیرانه باشد و سیستم به گونه ای طراحی شود که تمامی متغییر های موجود در آن قابل مهار باشند.

    اگرچه دیسک های انفجاری اغلب به صورت دایره ای تولید می شود، این وسیله در اشکال دیگری نظیر پنل های مستطیلی (قاب انفجاری، راپچر پنل یا دریچه انفجاری) نیز وجود دارد که برای حفاظت از ساختمان ها، مسیر های بسته و یا جلوگیری از افزایش فشار هر نوع سیستم بسته ای (به دلایلی مانند وقوع انفجار) استفاده می شود.

    ابعاد راپچر دیسک ها و راپچر پنل ها بسته به کاربرد می تواند از 3 میلیمتر تا 1.2 متر متغییر باشد. جنس آن ها نیز معمولا از فولاد، فولاد ضد زنگ، هستلوی، گرافیت و سایر مواد متناسب با صنعت مربوطه می باشد.

    راپچر دیسک ها در اغلب صنایع شناخته شده و پذیرفته شده هستند و مشخصات آن ها در بیشتر استاندارد های جهانی نظیر ASME و PED ذکر شده است. این وسیله می تواند صرفا تجهیزی جهت حفاظت از سایر قطعات در مقابل افزایش فشار غیر معقول باشد و یا می توان از آن به عنوان یک شیر تضمین امنیت یک بار مصرف استفاده نمود که هنگامی که نیاز باشد با ضریب اطمینان و سرعت بسیار بالا وارد عمل خواهد شد.

انواع راپچر دیسک: 

راپچر دیسک ها در دو مدل کلی طبقه بندی می شوند: 1- مستقیم (conventional) که در این مدل قسمت مقعر صفحه رو به فرآیند است و 2- مدل معکوس (reverse buckling) که در این مدل قسمت محدب صفحه به سمت فرآیند قرارداده می شود.

نگاه کلی به راپچر دیسک: 

مزایا

معایب

باز شدن کامل در کسری از ثانیه

غیر قابل بسته شدن

بدون نفوذ

فاصله بین فشار کاری و فشار شکست باید زیاد باشد

مقرون به صرفه حتی در ابعاد بسیار بزرگ

ممکن است به علت خستگی فلز به خاطر تغییرات فشار دچار شکست شود.

امکان ساخت از مواد مختلف

فشار شکست وابستگی زیادی به دما دارد

گزینه اقتصادی هنگامی که فرآیند مواد خاصی در خود دارد

آزمودن آن در حین فرآیند ممکن نیست

بدون هیچگونه نگه داری

برای تعویض نیاز به تجهیزات تنظیم فشار است

پوشش کامل لوله

افت فشار کم

هزینه پایین

تلورانس معمولا 5 درصد است

  در مدل مستقیم فلز تحت تنش قرار دارد. هر چه فشار افزایش پیدا کند ضخامت صفحه کمتر و کمتر شده تا در نهایت در بیشترین فشار قابل تحمل شکسته شود. اگر صفحه راپچر دیسک در این مدل فاقد برش یا المنت خاصی باشد شکست با اشکال تصادفی رخ خواهد داد و حتی ممکن است برخی قسمت های آن کنده شوند. به همین دلیل استفاده از این دستگه پیش از شیرهای اطمینان توصیه نمی شود زیرا که ممکن است قطعات جدا شده راپچر دیسک به سایر قسمت های سیستم آسیب وارد کند. مزیت اصلی این مدل در مقایسه با نوع معکوس این است که از مدل مستقیم می توان در فشارهای پایین تری استفاده نمود (0.2 barg در مقایسه با 0.8 barg در معدل معکوس). بیشتر فشار مجاز کاری در نوع مستقیم معمولا بین 70 تا 80 درصد فشار شکست است. 

مدل تحت فشار مستقیم است و به همین دلیل کمتر تحت تاثیر خزش و خستگی قرار می گیرد. این نوع راپچر دیسک را می توان در شرایط خلا بدون تکیه گاه های خلا و حداکثر فشار عملیاتی 90 درصد فشار شکست استفاده نمود. بیشتر دیسک های شکست معکوس دارای چهار تیغه (چاقو) در نگهدارنده دیسک هستند که هنگام شکست دیسک را برش می دهند و اطمینان حاصل می کنند که دیسک به جای تکه تکه شدن به سمت دیواره نگهدارنده تا می شود. به همین علت آنها برای استفاده در قبل از شیرهای اطمینان مناسبتر هستند. از آنجا که در این مدل سطح صاف و محدب رو به فرآیند است، بنابراین احتمال کمتری وجود دارد که محصول روی آن انباشت کرده و فشار ترکیدن را تحت تأثیر قرار دهد.