ترکیب فشار بالا (بیش از ۱۰ بار) و محیط قلیایی، یکی از شرایط پیچیده آب‌بندی در صنایع است.
فشار بالا باعث افزایش تنش مکانیکی روی لبه کاسه‌نمد می‌شود، در حالی که محیط قلیایی با pH بالاتر از ۷، می‌تواند به‌تدریج پلیمرها را تخریب کند یا سبب هیدرولیز و تورم شود.
برای موفقیت در آب‌بندی این محیط‌ها، باید متریال‌هایی با مقاومت شیمیایی بالا در برابر قلیا و توان تحمل فشار زیاد انتخاب کرد و طراحی کاسه‌نمد را برای شرایط ترکیبی بهینه ساخت.
۱. چالش‌های فشار بالا در محیط قلیایی
- هیدرولیز پلیمرها به‌ویژه در دمای بالا (ترک‌خوردگی یا نرم‌شدگی سریع).
- تغییر شکل لبه در فشار زیاد که منجر به نشتی می‌شود.
- خوردگی بخش فلزی به دلیل قلیا (به‌خصوص در دما بالا).
- افزایش اصطکاک که سرعت سایش متریال را بیشتر می‌کند.
- کاهش عمر فنر و پشتیبان اگر از جنس نامقاوم به قلیا ساخته شوند.
۲. معیارهای انتخاب برای فشار بالا + محیط قلیایی
- مقاومت شیمیایی در برابر قلیاهای آبی مانند سود سوزآور (NaOH) یا پتاسیم هیدروکسید (KOH).
- تحمل فشار کاری تا ۲۰–۳۰ بار بدون تغییر شکل پایدار.
- پایداری حرارتی برای جلوگیری از تسریع واکنش هیدرولیز.
- بخش فلزی ضد خوردگی با استیل ضدزنگ یا Hastelloy.
- استفاده از Back-up Ring برای جلوگیری از تغییر فرم.
- فنر مقاوم شیمیایی یا پوشش‌دار.
۳. متریال‌های پیشنهادی
| متریال | محدوده دمای کاری (°C) | مقاومت شیمیایی در قلیا | مقاومت فشاری | مزایا | محدودیت‌ها | کاربرد پیشنهادی |
|---|---|---|---|---|---|---|
| EPDM | -40 تا +150 | عالی در قلیاهای آبی | خوب | قیمت مناسب، انعطاف بالا | ضعیف در روغن و سیالات هیدروکربنی | پمپ قلیایی، CIP غذایی |
| NBR خاص مقاوم قلیا | -30 تا +120 | خوب در قلیاهای متوسط | خوب | اقتصادی و در دسترس | عمر کوتاه‌تر در قلیا قوی داغ | تجهیزات شست‌وشو صنعتی |
| FKM (Viton) | -20 تا +250 | متوسط/خوب در قلیاهای ضعیف | بسیار خوب | مقاومت حرارتی بالا | افت راندمان در قلیا قوی | خطوط فرآیند ترکیبی قلیا/روغن |
| PTFE خالص | -200 تا +260 | اینرت در برابر قلیاها | بسیار خوب | مقاوم شیمیایی بی‌رقیب | انعطاف کم | صنایع شیمیایی و کلر–قلیا |
| PTFE پرشده | -50 تا +250 | اینرت | عالی | سختی و مقاومت سایشی بالاتر | هزینه بالاتر نسبت به EPDM | تجهیزات دوار فشار بالا |
| FKM | -15 تا +300 | بی‌نظیر | عالی | مقاومت کامل شیمیایی و حرارتی | بسیار گران | صنایع حساس و بحرانی |
۴. طراحی‌های کارآمد
۴.۱ Back-up Ring مقاوم به قلیا
حلقه پشتیبان از جنس PTFE یا PEEK که مانع از تغییر شکل لبه در فشار بالا می‌شود.
۴.۲ سیستم آب‌بندی دوبل
دو کاسه‌نمد با فضای روغنی یا گریسی که فشار را پله‌ای کاهش می‌دهد و محافظ دوم ایجاد می‌کند.
۴.۳ پوشش کامل فلز
استفاده از روکش PTFE یا رنگ اپوکسی مقاوم قلیا برای بخش‌های فلزی.
۴.۴ فنر Hastelloy یا روکش‌دار
فنرهایی که با محیط قلیایی واکنش نداده یا کاملاً ایزوله باشند.
۵. اثر محیط قلیایی داغ بر دوام کاسه‌نمد
- دمای بالای محیط قلیایی، شدت واکنش شیمیایی را چند برابر می‌کند.
- پلیمرهای ضعیف مانند NBR معمولی در قلیا و دمای بالا کمتر از چند هفته دوام می‌آورند.
- EPDM و PTFE بهترین گزینه‌ها برای قلیا هستند، و در فشار بالا باید با طراحی تقویتی استفاده شوند.
۶. مثال‌های صنعتی
مثال ۱ – پمپ سود سوزآور فشار ۱۲ بار:
EPDM دوبل با Back-up Ring PTFE و فنر Hastelloy – عمر بدون نشتی ۹ ماه.
مثال 2 – همزن شیمیایی در محلول NaOH 5٪، فشار ۱۵ بار:
PTFE پرشده با شیشه + پوشش کامل فلز – کارکرد ۱۴ ماه بدون افت عملکرد.
مثال 3 – خط CIP صنایع لبنی، سود ۲٪، فشار ۱۰ بار:
EPDM ویژه مقاوم قلیا، طراحی تک‌لبه با گردگیر، عمر مفید ۸ ماه.
۷. جدول مقایسه عملکرد متریال‌ها در فشار بالا + قلیایی
| متریال | مقاومت شیمیایی | فشار ماکزیمم (بار) | مقاومت حرارتی | مقاومت سایشی | هزینه نسبی |
|---|---|---|---|---|---|
| EPDM | عالی | 15–20 | خوب | متوسط | پایین |
| NBR خاص | خوب | 10–15 | متوسط | خوب | پایین |
| FKM | متوسط/خوب | 20 | عالی | خوب | بالا |
| PTFE خالص | بی‌نظیر | 25 | عالی | متوسط | بالا |
| PTFE پرشده | بی‌نظیر | 30 | عالی | عالی | بسیار بالا |
| FFKM | بی‌نظیر | 35+ | بی‌نظیر | عالی | خیلی بالا |
۸. توصیه‌های نصب و نگهداری
- استفاده از گریس مقاوم به قلیا پیش از نصب لبه‌ها.
- اطمینان از صیقلی بودن شفت (Ra ≤ 0.2 μm) برای جلوگیری از نشت.
- چک کردن سختی متریال متناسب با فشار و دما.
- نصب در دمای محیط یا کمی گرم کردن برای جلوگیری از ترک خوردن PTFE.
- انجام بازرسی دوره‌ای هر ۳ تا ۶ ماه.
۹. راهنمای سریع انتخاب متریال
| نوع قلیا | فشار کاری | دما | متریال پیشنهادی | طراحی پیشنهادی |
|---|---|---|---|---|
| سود سوزآور ۵٪ | 10–20 بار | < 120°C | EPDM / PTFE | دوبل + Back-up Ring |
| سود ۱۰٪ + روغن | 10–15 بار | < 150°C | FKM / PTFE | پوشش فلز PTFE |
| سود ۳۰٪ | 15–25 بار | < 180°C | PTFE پرشده / FFKM | فنر ایزوله + دوبل |
| محلول KOH ۵٪ | 10–20 بار | < 100°C | EPDM ویژه | تک‌لبه گردگیردار |
جمع‌بندی
برای فشار بالا و محیط قلیایی:
- EPDM و PTFE متریال‌های اصلی پیشنهادی هستند.
- برای قلیاهای ملایم، NBR خاص می‌تواند اقتصادی باشد.
- برای قلیاهای قوی و فشار بسیار بالا، PTFE پرشده یا FFKM بهترین عملکرد را دارد.
- طراحی دوبل با Back-up Ring و بخش فلزی مقاوم به قلیا الزامی است.
