کاسه‌نمد یکی از ارکان مهم سیستم‌های آب‌بندی در ماشین‌آلات و تجهیزات صنعتی است. عملکرد صحیح آن تضمین‌کننده جلوگیری از نشتی سیال و حفاظت در برابر ورود ذرات خارجی به محفظه‌های حساس است. در محیط‌هایی که سیال حاوی مواد قلیایی است، انتخاب کاسه‌نمد کمی پیچیده‌تر می‌شود؛ زیرا برخی الاستومرها و پلیمرها در برابر بازها و محلول‌های قلیایی واکنش‌های فیزیکی و شیمیایی نشان می‌دهند که منجر به کاهش عمر مفید و کارایی آنها می‌شود.
این مقاله با تمرکز بر شرایط قلیایی، متریال‌های مقاوم، طراحی‌های بهینه و مثال‌های صنعتی، مسیر انتخاب درست کاسه‌نمد را برای شما روشن می‌کند.
۱. ماهیت محیط‌های قلیایی و اثر آن بر کاسه‌نمدها
محیط‌های قلیایی شامل محلول‌هایی با pH بالاتر از ۷ هستند؛ مانند هیدروکسید سدیم (سود سوزآور)، هیدروکسید پتاسیم، و محلول‌های آمونیاکی. شدت اثرگذاری این محیط‌ها بر متریال کاسه‌نمد به عوامل زیر بستگی دارد:
- نوع باز (قلیای قوی یا ضعیف)
- غلظت محلول
- دمای کار
- فشار سیستم
در برخی موارد، قلیای داغ می‌تواند در مدت کوتاه پلیمرهای حساس را هیدرولیز کرده و ساختار آنها را تخریب کند. در نتیجه انتخاب متریال مقاوم و طراحی مناسب ضروری است.
۲. معیارهای انتخاب کاسه‌نمد در محیط قلیایی
برای جلوگیری از کاهش عمر کاری کاسه‌نمد در محیط‌های قلیایی، این معیارها باید مدنظر قرار گیرند:
-
مقاومت شیمیایی متریال لاستیکی یا پلیمری
مواد باید در برابر انحلال، تورم یا هیدرولیز مقاوم باشند.
-
پایداری حرارتی
محلول‌های قلیایی داغ (بیش از ۸۰°C) می‌توانند مواد را سریع‌تر تخریب کنند.
-
ساختار بخش فلزی
بخش‌های فلزی ممکن است در محیط قلیایی دچار خوردگی یا پوشش‌برداری شوند، بنابراین استفاده از استیل ضدزنگ یا آلیاژهای ویژه ضروری است.
-
سرعت دورانی و نیروی آب‌بندی
برای پمپ‌ها و تجهیزات دوار باید طراحی لبه مناسب برای جلوگیری از نشتی در عین کاهش اصطکاک رعایت شود.
۳. متریال‌های مقاوم به محیط قلیایی و کاربرد آنها
| متریال | مقاومت شیمیایی در محیط قلیایی | محدوده دمای کاری (°C) | مزایا | محدودیت‌ها | نمونه کاربرد |
|---|---|---|---|---|---|
| EPDM | بسیار عالی در قلیاهای آبی | -40 تا +150 | ارزان، انعطاف‌پذیر، مقاوم به UV و اوزون | مقاومت پایین در برابر روغن‌ها و حلال‌های هیدروکربنی | صنایع غذایی، تصفیه فاضلاب |
| NBR خاص (Nitrile مقاوم به قلیا) | خوب در قلیاهای متوسط | -30 تا +120 | مقاومت مکانیکی بالا، در دسترس | عملکرد ضعیف در قلیای غلیظ داغ | پمپ‌های آب صنعتی |
| FKM (Viton) | متوسط تا خوب؛ مقاوم به قلیاهای ضعیف | -20 تا +250 | پایداری حرارتی بالا | در قلیای قوی داغ، تخریب می‌شود | تجهیزات مختلط اسید–بازی |
| PTFE | تقریباً اینرت | -200 تا +260 | مقاوم به همه بازها و مواد شیمیایی | انعطاف کم، حساس به نصب نادرست | پمپ‌های شیمیایی، صنایع کلر–قلیا |
| FFKM | بی‌نظیر | -15 تا +300 | پایداری بالا در قلیاهای فوق‌قوی و دمای بالا | بسیار گران | تجهیزات بحرانی در پتروشیمی |
۴. بررسی عملکرد هر متریال در محیط قلیایی
۴.۱ EPDM
EPDM بهترین انتخاب برای اکثر محلول‌های قلیایی غیرروغنی و آبی است. مقاومت عالی آن در برابر هیدروکسید سدیم و پتاسیم و پایداری در دماهای تا ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد باعث شده در تصفیه‌خانه‌ها و صنایع غذایی کاربرد گسترده داشته باشد.
۴.۲ NBR مقاوم به قلیا
اگرچه NBR معمولی بیشتر برای کاربردهای روغنی ساخته شده، اما نسخه‌های خاص مقاوم به قلیا وجود دارند که با استفاده از فرمولاسیون بهبود یافته، تحمل قلیای متوسط را پیدا می‌کنند. برای قلیای غلیظ در دمای بالا مناسب نیست.
۴.۳ FKM (Viton)
در برابر قلیاهای ضعیف و محیط‌های مختلط اسید–باز، عملکرد متوسط خوبی دارد، اما در قلیای بسیار قوی دچار تجزیه می‌شود. استفاده از آن در جاهایی که علاوه بر بازها، اسیدها یا حلال‌های آلی حضور دارند توصیه می‌شود.
۴.۴ PTFE
به دلیل بی‌اثر بودن شیمیایی، PTFE می‌تواند با خیال راحت در اکثر محیط‌های قلیایی قوی یا مخلوط استفاده شود. استحکام مکانیکی پایین‌تر آن نسبت به لاستیک‌ها، نیازمند طراحی دقیقی است که از تغییر شکل یا نشتی جلوگیری کند.
۴.۵ FFKM
گرچه هزینه بالایی دارد، اما اگر سیستم کاربری بسیار حساس و توقف‌ناپذیر باشد (مثل صنایع تولید کلر، پتروشیمی‌های بزرگ یا خطوط تولید تراشه)، FFKM طول عمر بی‌رقیب ارائه می‌دهد.
۵. طراحی مناسب برای محیط‌های قلیایی
- پوشش آب‌بندی بخش فلزی با PTFE یا پلی‌پروپیلن برای جلوگیری از خوردگی.
- استفاده از فنرهای ضدزنگ یا آلیاژ مقاوم مانند Hastelloy.
- افزودن صفحه‌های محافظ (Shield) برای کاهش تماس مستقیم قلیا با محور و فنر.
- انتخاب لبه دوبل برای استفاده در قلیای داغ و پرفشار.
۶. نگهداری و بازرسی
- بررسی ترک‌های سطحی یا تغییر رنگ.
- شست‌وشوی قطعه با آب خنثی‌کننده قبل از بازبینی.
- تعویض در دوره‌های مشخص حتی بدون نشتی، به دلیل پتانسیل تخریب تدریجی.
۷. مثال‌های صنعتی
مثال ۱ – صنعت تولید مواد شوینده:
در پمپ‌های انتقال سود سوزآور ۵۰٪ در دمای ۹۰°C، استفاده از کاسه‌نمد EPDM یکپارچه با فنر استیل ۳۱۶ عمر متوسط ۴۵۰۰ ساعت کاری ثبت کرده است.
مثال ۲ – صنایع کلر–قلیا:
برای هیدروکسید پتاسیم ۴۵٪ داغ، کاسه‌نمد PTFE با طراحی فنر ایزوله توانسته بیش از ۳ سال بدون مشکل کار کند.
مثال ۳ – صنایع غذایی با شست‌وشوی قلیایی (CIP):
در خطوط پرکن نوشیدنی با سیستم CIP قلیایی ۲٪ در دمای ۷۰°C، EPDM و گاهی FKM برای عملکرد طولانی‌تر به کار رفته‌اند.
۸. مقایسه عملکرد مواد در محیط قلیایی
| متریال | قلیای ضعیف (دما < 60°C) | قلیای متوسط (دما 60–100°C) | قلیای قوی داغ (>100°C) |
|---|---|---|---|
| EPDM | عالی | عالی | خوب |
| NBR خاص | خوب | متوسط | ضعیف |
| FKM | خوب | متوسط | متوسط تا ضعیف |
| PTFE | عالی | عالی | عالی |
| FFKM | عالی | عالی | عالی |
جمع‌بندی
در محیط‌های قلیایی، EPDM به دلیل مقاومت شیمیایی بالا، هزینه مناسب و انعطاف‌پذیری، در اکثر موارد انتخاب نخست است. PTFE و FFKM در برابر قلیاهای قوی و دمای بالا بی‌رقیب‌اند، گرچه هزینه‌شان بالاتر است. NBR مقاوم به قلیا و FKM نقش انتخاب‌های میانی را دارند که بسته به ترکیب سیال می‌توانند گزینه مناسبی باشند.
انتخاب درست، نه‌تنها عمر تجهیزات را افزایش می‌دهد، بلکه هزینه‌های نگهداری و توقف خط تولید را نیز به حداقل می‌رساند.
