وقتی صحبت از سیستم‌های صنعتی با فشار بالا (بیش از ۱۰ بار) و سیالات اسیدی به میان می‌آید، انتخاب کاسه‌نمد به یک چالش جدی تبدیل می‌شود.
چرا؟ چون فشار بالا به‌تنهایی باعث سایش و تغییر شکل لبه آب‌بندی می‌شود، در حالی که اسیدها می‌توانند با تجزیه شیمیایی، تورم یا ترک‌خوردگی متریال، عمر کاری کاسه‌نمد را کوتاه کنند. ترکیب این دو عامل، شرایطی بسیار سخت برای آب‌بندی ایجاد می‌کند که نیاز به متریال ویژه، طراحی تقویتی و نصب دقیق دارد.
۱. چالش‌های فشار بالا + محیط اسیدی
- تخریب شیمیایی سریع‌تر به‌دلیل نفوذ اسید به ساختار متریال.
- تغییر شکل لبه در اثر فشار → نشتی زودهنگام.
- خوردگی بخش فلزی کاسه‌نمد که ممکن است به جدا شدن لبه از بدنه منجر شود.
- افزایش اصطکاک و گرمای موضعی که سرعت تجزیه شیمیایی را بیشتر می‌کند.
- افت عملکرد فنر در تماس با سیالات خورنده.
۲. معیارهای انتخاب کاسه‌نمد در این شرایط
برای موفقیت در چنین محیطی، باید همه عوامل طراحی، متریال و نصب بهینه شوند:
- مقاومت شیمیایی بسیار بالا در برابر انواع اسیدها (معدنی و آلی).
- تحمل فشار تا محدوده کاری سیستم (۱۰ تا ۳۰ بار و بالاتر).
- پایداری حرارتی برای جلوگیری از تخریب در دماهای عملیاتی بالا.
- استفاده از بخش فلزی مقاوم به خوردگی (استیل ضدزنگ، Hastelloy یا پوشش PTFE).
- تقویت لبه با Back-up Ring برای جلوگیری از تغییر شکل.
- فنرهای مقاوم شیمیایی یا ایزوله شده.
۳. متریال‌های مناسب برای فشار بالا + محیط اسیدی
| متریال | محدوده دمای کاری (°C) | مقاومت شیمیایی در اسیدها | مقاومت فشاری | مزایا | محدودیت‌ها | کاربرد پیشنهادی |
|---|---|---|---|---|---|---|
| FKM (Viton) | -20 تا +250 | عالی در اسیدهای معدنی و آلی | بسیار خوب | پایداری حرارتی و شیمیایی بالا | قیمت بالا، ضعیف در اسید نیتریک داغ غلیظ | پمپ اسید سولفوریک، کمپرسور شیمیایی |
| PTFE خالص | -200 تا +260 | بی‌اثر در برابر انواع اسیدها | بسیار خوب | مقاوم شیمیایی بی‌رقیب | انعطاف کم، نصب حساس | صنایع کلر-اسید، تجهیزات لابراتوری |
| PTFE پرشده با گرافیت/شیشه | -50 تا +250 | بی‌اثر شیمیایی، سختی بالاتر | عالی | مقاومت سایشی بهتر از PTFE خالص | گران‌تر از PTFE ساده | محورهای دوار پرفشار در صنایع شیمیایی |
| FFKM (Perfluoroelastomer) | -15 تا +300 | بی‌نظیر در همه اسیدها | عالی | بیشترین مقاومت شیمیایی و حرارتی | بسیار گران | پالایشگاه، خطوط تولید تراشه |
| EPDM ویژه مقاوم اسید | -40 تا +150 | خوب/عالی در اسیدهای غیرروغنی | خوب | ارزان‌تر، انعطاف خوب | مقاومت پایین در اسیدهای بسیار قوی داغ | سیستم‌های CIP غذایی و دارویی |
۴. طراحی‌های مناسب
۴.۱ Back-up Ring مقاوم شیمیایی
یک حلقه از PTFE یا PEEK در پشت لبه اصلی قرار می‌گیرد تا از تغییر شکل تحت فشار جلوگیری کند.
۴.۲ سیستم آب‌بندی دوبل
دو کاسه‌نمد با فاصله روغنی بین آنها که فشار را پله‌ای کاهش داده و محافظ دوم در برابر نشتی ایجاد می‌کند.
۴.۳ پوشش کامل فلز با PTFE
تمام بخش‌های فلزی در تماس با سیال، با لایه‌ای از PTFE پوشانده می‌شود تا از خوردگی جلوگیری شود.
۴.۴ فنر ایزوله
فنر داخل یک محفظه بسته یا با روکش PTFE قرار می‌گیرد تا اسید به آن نرسد.
۵. اثر ترکیب فشار و اسید بر عمر کاسه‌نمد
- پلیمرهای معمولی (مثل NBR) حتی اگر فشار بالا را تحمل کنند، در محیط اسیدی به‌سرعت تخریب می‌شوند.
- متریال‌هایی مانند PTFE و FFKM در برابر هر دو عامل مقاومت زیادی دارند، اما هزینه بالاتری دارند.
- طراحی اشتباه (مثلاً لبه تک بدون Back-up Ring) می‌تواند عمر را از ۱ سال به کمتر از ۳ ماه کاهش دهد.
۶. مثال‌های صنعتی
مثال ۱ – پمپ اسید سولفوریک فشار بالا (۱۲ بار):
کاسه‌نمد PTFE پرشده با گرافیت + Back-up Ring PTFE و فنر Hastelloy، عمر مفید ۱۴ ماه با کارکرد ۲۴ ساعته.
مثال ۲ – کمپرسور گاز اسیدی (HCl، فشار ۱۵ بار):
استفاده از FKM دوبل با حلقه پشتیبان و فنر با روکش PTFE، بدون نشتی قابل توجه پس از ۳۰۰۰ ساعت.
مثال ۳ – سیستم CIP صنعتی (اسید نیتریک ۳٪، فشار ۱۱ بار):
EPDM ویژه مقاوم اسید + پوشش کامل فلز با PTFE، عمر ۹ ماه بدون خرابی.
۷. جدول مقایسه عملکرد متریال‌ها در فشار بالا + اسیدی
| متریال | مقاومت شیمیایی | فشار ماکزیمم (بار) | مقاومت حرارتی | مقاومت سایشی | هزینه نسبی |
|---|---|---|---|---|---|
| FKM | عالی | 20 | عالی | خوب | بالا |
| PTFE خالص | بی‌نظیر | 25 | عالی | متوسط | بالا |
| PTFE پرشده | بی‌نظیر | 30 | عالی | عالی | بسیار بالا |
| FFKM | بی‌نظیر | 35+ | بی‌نظیر | عالی | بسیار بالا |
| EPDM ویژه اسید | خوب/عالی | 15 | خوب | متوسط | پایین |
۸. توصیه‌های نصب و نگهداری
- سطح شفت کاملاً صیقلی و مقاوم به اسید باشد (آلیاژ مقاوم یا روکش).
- پیش‌روانکاری با گریس مقاوم شیمیایی که با اسید واکنش ندهد.
- استفاده از آستری محافظ بین لبه و شفت در سرعت بالا.
- بازرسی دوره‌ای فنر و بخش فلزی برای تشخیص خوردگی.
- جلوگیری از تغییر ناگهانی دما/فشار که می‌تواند به شوک مکانیکی منجر شود.
۹. راهنمای سریع انتخاب (Quick Selection Chart)
| نوع اسید | فشار کاری | دما | متریال پیشنهادی | طراحی پیشنهادی |
|---|---|---|---|---|
| اسید سولفوریک غلیظ | 10–20 بار | < 120°C | PTFE پرشده / FKM | دوبل با Back-up Ring |
| اسید نیتریک ضعیف | 10–15 بار | < 100°C | EPDM ویژه / FKM | پوشش فلز PTFE |
| اسید کلریدریک | 15–25 بار | < 150°C | PTFE پرشده / FFKM | فنر ایزوله + شیلد |
| اسید فسفریک | 10–20 بار | < 200°C | FKM / PTFE | دوبل Back-to-back |
| اسید سیتریک (غذایی) | 10–15 بار | < 80°C | EPDM ویژه | تک لبه با گردگیر |
جمع‌بندی
ترکیب فشار بالا و محیط اسیدی، یکی از سخت‌ترین سناریوهای آب‌بندی را ایجاد می‌کند. در این شرایط:
- PTFE پرشده و FFKM بیشترین دوام و مقاومت را دارند، هرچند هزینه بالاست.
- FKM برای اسیدهای مختلف و فشار تا ۲۰ بار عملکرد عالی دارد.
- EPDM ویژه مقاوم اسید تنها در اسیدهای ملایم و دمای متوسط توصیه می‌شود.
- طراحی تقویتی (Back-up Ring، فنر ایزوله، سیستم دوبل) حیاتی است.
با انتخاب دقیق متریال، طراحی و اجرای درست نصب، می‌توان عمر کاسه‌نمد را در چنین شرایط پیچیده‌ای از چند ماه به چند سال افزایش داد.
