بالرغم منصمامات بلاستيكيةتُعتبر الصمامات البلاستيكية أحيانًا منتجًا خاصًا، وهي الخيار الأمثل لمن يصنعون أو يصممون أنابيب بلاستيكية للأنظمة الصناعية، أو لمن يحتاجون إلى معدات فائقة النظافة. ومن غير المنطقي افتراض أن هذه الصمامات لا تستخدم في كثير من الأحيان. في الواقع، تتميز الصمامات البلاستيكية اليوم بنطاق واسع من الاستخدامات، نظرًا للتطور المستمر في أنواع المواد المستخدمة، وحاجة المصممين المتميزين لهذه المواد تعني توافر المزيد من الطرق لاستخدام هذه الأدوات متعددة الوظائف.

خصائص البلاستيك

تتميز صمامات البلاستيك الحراري بمزايا عديدة، منها مقاومة التآكل والمواد الكيميائية والاحتكاك، وجدران داخلية ناعمة، وخفة الوزن، وسهولة التركيب، وعمر افتراضي طويل، وتكلفة منخفضة. وقد أدت هذه المزايا إلى انتشار استخدام الصمامات البلاستيكية في التطبيقات التجارية والصناعية، مثل توزيع المياه، ومعالجة مياه الصرف الصحي، ومعالجة المعادن والمواد الكيميائية، والأغذية والأدوية، ومحطات الطاقة، ومصافي النفط، وغيرها. يمكن تصنيع الصمامات البلاستيكية من مواد متنوعة تُستخدم في تكوينات متعددة. وتُصنع الصمامات البلاستيكية الحرارية الأكثر شيوعًا من كلوريد البولي فينيل (PVC)، وكلوريد البولي فينيل المكلور (CPVC)، والبولي بروبيلين (PP)، وفلوريد البولي فينيلدين (PVDF). وتُربط صمامات PVC وCPVC عادةً بأنظمة الأنابيب عن طريق نهايات مقبسية مثبتة بالأسمنت المذيب، أو نهايات ملولبة ذات حواف؛ بينما تتطلب صمامات PP وPVDF ربط مكونات أنظمة الأنابيب، إما بتقنيات التسخين الحراري، أو اللحام التناكبي، أو الصهر الكهربائي.

تتفوق الصمامات البلاستيكية الحرارية في البيئات المسببة للتآكل، ولكنها مفيدة بنفس القدر في خدمات المياه العامة نظرًا لخلوها من الرصاص1، ومقاومتها لإزالة الزنك، وعدم صدأها. يجب اختبار أنظمة وصمامات الأنابيب المصنوعة من كلوريد البوليفينيل (PVC) وكلوريد متعدد الفينيل (CPVC) واعتمادها وفقًا لمعيار المؤسسة الوطنية للصرف الصحي (NSF) رقم 61 للتأثيرات الصحية، بما في ذلك متطلبات الرصاص المنخفضة للملحق G. يمكن اختيار المادة المناسبة للسوائل المسببة للتآكل من خلال مراجعة دليل مقاومة المواد الكيميائية الخاص بالشركة المصنعة وفهم تأثير درجة الحرارة على متانة المواد البلاستيكية.

على الرغم من أن قوة البولي بروبيلين أقل بنصف قوة كلٍّ من PVC وCPVC، إلا أنه يتميز بمقاومة كيميائية فائقة التنوع لعدم وجود مذيبات معروفة له. يُظهر البولي بروبيلين أداءً جيدًا في أحماض الأسيتيك المركزة والهيدروكسيدات، كما أنه مناسب للمحاليل الأخف لمعظم الأحماض والقلويات والأملاح والعديد من المواد الكيميائية العضوية.

يتوفر البولي بروبلين كمادة مصبوغة أو غير مصبوغة (طبيعية). يتحلل البولي بروبلين الطبيعي بشدة بفعل الأشعة فوق البنفسجية، لكن المركبات التي تحتوي على أكثر من 2.5% من تصبغ الكربون الأسود تتمتع بمقاومة كافية للأشعة فوق البنفسجية.

تُستخدم أنظمة أنابيب PVDF في مجموعة متنوعة من التطبيقات الصناعية، من الصناعات الدوائية إلى التعدين، نظرًا لمتانتها ودرجة حرارتها العالية ومقاومتها الكيميائية للأملاح والأحماض القوية والقواعد المخففة والعديد من المذيبات العضوية. على عكس البولي بروبيلين، لا يتحلل PVDF بفعل أشعة الشمس؛ ومع ذلك، يتميز البلاستيك بشفافيته، ما يسمح بتعريض السائل للأشعة فوق البنفسجية. في حين أن تركيبة PVDF الطبيعية غير المصبوغة مثالية للتطبيقات الداخلية عالية النقاء، فإن إضافة صبغة مثل اللون الأحمر المخصص للطعام يسمح بتعريض السائل لأشعة الشمس دون أي تأثير سلبي على وسطه.

تواجه أنظمة البلاستيك تحديات تصميمية، مثل الحساسية للحرارة والتمدد والانكماش الحراريين، لكن المهندسين قادرون، بل ونجحوا، في تصميم أنظمة أنابيب طويلة الأمد واقتصادية للبيئات العامة والتآكلية. ويتمثل الاعتبار التصميمي الرئيسي في أن معامل التمدد الحراري للبلاستيك أكبر من معامل التمدد الحراري للمعادن - فعلى سبيل المثال، يبلغ معامل التمدد الحراري للبلاستيك خمسة إلى ستة أضعاف معامل التمدد الحراري للفولاذ.

عند تصميم أنظمة الأنابيب ومراعاة تأثيرها على وضع الصمامات ودعاماتها، يُعدّ الاستطالة الحرارية أحد الاعتبارات المهمة في اللدائن الحرارية. يمكن تقليل أو إزالة الإجهادات والقوى الناتجة عن التمدد والانكماش الحراريين من خلال توفير مرونة في أنظمة الأنابيب من خلال التغييرات المتكررة في الاتجاه أو إدخال حلقات تمدد. ومن خلال توفير هذه المرونة على طول نظام الأنابيب، لن يُطلب من الصمام البلاستيكي امتصاص قدر كبير من الإجهاد (الشكل 1).

لأن اللدائن الحرارية حساسة لدرجة الحرارة، فإن معدل ضغط الصمام ينخفض ​​مع ارتفاع درجة الحرارة. وتختلف المواد البلاستيكية باختلاف درجة الحرارة. قد لا تكون درجة حرارة السائل المصدر الوحيد للحرارة الذي يؤثر على معدل ضغط الصمامات البلاستيكية، إذ يجب أن يكون الحد الأقصى لدرجة الحرارة الخارجية جزءًا من اعتبارات التصميم. في بعض الحالات، قد يؤدي عدم تصميم الأنابيب وفقًا لدرجة الحرارة الخارجية إلى ترهل مفرط بسبب نقص دعامات الأنابيب. تبلغ درجة حرارة التشغيل القصوى لصمامات PVC 140 درجة فهرنهايت؛ بينما تبلغ درجة حرارة التشغيل القصوى لصمامات CPVC 220 درجة فهرنهايت؛ بينما تبلغ درجة حرارة التشغيل القصوى لصمامات PP 180 درجة فهرنهايت؛ ويمكن لصمامات PVDF الحفاظ على ضغط يصل إلى 280 درجة فهرنهايت (الشكل 2).

على الجانب الآخر من مقياس درجة الحرارة، تعمل معظم أنظمة الأنابيب البلاستيكية بكفاءة عالية في درجات حرارة أقل من الصفر. في الواقع، تزداد قوة الشد في الأنابيب البلاستيكية الحرارية مع انخفاض درجة الحرارة. ومع ذلك، تنخفض مقاومة معظم المواد البلاستيكية للصدمات مع انخفاض درجة الحرارة، وتظهر هشاشة في مواد الأنابيب المتأثرة. طالما ظلت الصمامات ونظام الأنابيب المجاور لها سليمين، وغير معرضين للخطر بسبب الصدمات أو ارتطام الأشياء، ولم تسقط الأنابيب أثناء المناولة، فإن الآثار السلبية على الأنابيب البلاستيكية تكون في أدنى حد.

أنواع الصمامات البلاستيكية الحرارية

صمامات الكرة،صمامات الفحص,صمامات الفراشةتتوفر صمامات الأغشية والصفائح المانعة للتسرب من جميع المواد البلاستيكية الحرارية المختلفة لأنظمة أنابيب الضغط من الجدول 80، والتي تتميز أيضًا بخيارات تقليم وملحقات متعددة. يُعد صمام الكرة القياسي الأكثر شيوعًا بتصميم اتحاد حقيقي لتسهيل إزالة جسم الصمام للصيانة دون أي خلل في توصيل الأنابيب. تتوفر صمامات الفحص البلاستيكية الحرارية على شكل صمامات فحص كروية، وأخرى متأرجحة، وأخرى على شكل حرف Y، وأخرى مخروطية. تتوافق صمامات الفراشة بسهولة مع الحواف المعدنية لأنها تتوافق مع فتحات البراغي ودوائرها والأبعاد الكلية لمعيار ANSI Class 150. يُعزز القطر الداخلي الأملس للأجزاء البلاستيكية الحرارية التحكم الدقيق في صمامات الأغشية.

تُصنّع العديد من الشركات الأمريكية والأجنبية صمامات كروية من مادة PVC وCPVC بأحجام تتراوح بين نصف بوصة و6 بوصات، مزودة بوصلات مقبسية أو ملولبة أو ذات حواف. يتضمن تصميم الوصلة الحقيقي لصمامات الكرة المعاصرة صامولتين تُثبّتان على الجسم، مما يضغط الأختام المرنة بين الجسم والوصلات الطرفية. وقد حافظ بعض المصنّعين على نفس طول تركيب صمام الكرة وخيوط الصواميل لعقود، مما يُسهّل استبدال الصمامات القديمة دون الحاجة إلى تعديل الأنابيب المجاورة.

يجب أن تكون صمامات الكرة المزوّدة بأختام مطاطية من إيثيلين بروبيلين ديين مونومر (EPDM) حاصلة على شهادة NSF-61G للاستخدام في مياه الشرب. يمكن استخدام أختام مطاطية من الفلوروكربون (FKM) كبديل للأنظمة التي تتطلب توافقًا كيميائيًا. كما يمكن استخدام FKM في معظم التطبيقات التي تتضمن أحماضًا معدنية، باستثناء كلوريد الهيدروجين، ومحاليل الأملاح، والهيدروكربونات المكلورة، وزيوت البترول.

الشكل 3. صمام كروي ذو شفة متصل بخزان. الشكل 4. صمام كروي لا رجعي مثبت رأسيًا. تُعد صمامات الكرة المصنوعة من PVC وCPVC، بأقطار من 1/2 بوصة إلى 2 بوصة، خيارًا عمليًا لتطبيقات المياه الساخنة والباردة، حيث يمكن أن يصل أقصى ضغط للماء غير الصدمي إلى 250 رطل/بوصة مربعة عند درجة حرارة 73 درجة فهرنهايت. أما الصمامات الكروية الأكبر، بأقطار من 2.5 بوصة إلى 6 بوصات، فتتمتع بتصنيف ضغط أقل يبلغ 150 رطل/بوصة مربعة عند درجة حرارة 73 درجة فهرنهايت. تُستخدم صمامات الكرة المصنوعة من PP وPVDF (الشكلان 3 و4) بشكل شائع في نقل المواد الكيميائية، وهي متوفرة بأحجام من 1/2 بوصة إلى 4 بوصات مع وصلات مقبسية أو ملولبة أو ذات شفة، وعادةً ما تصل إلى أقصى ضغط للماء غير الصدمي إلى 150 رطل/بوصة مربعة عند درجة حرارة الغرفة.

تعتمد صمامات الفحص الكروية المصنوعة من البلاستيك الحراري على كرة ذات كثافة نوعية أقل من كثافة الماء، بحيث إذا فُقد الضغط على الجانب العلوي، تغوص الكرة مجددًا على سطح الختم. يمكن استخدام هذه الصمامات في نفس خدمة صمامات الكرة البلاستيكية المماثلة، لأنها لا تُدخل مواد جديدة إلى النظام. قد تشمل أنواع أخرى من صمامات الفحص نوابض معدنية قد لا تصمد في البيئات المسببة للتآكل.

الشكل 5. صمام فراشة ببطانة مطاطية. يُعد صمام الفراشة البلاستيكي بأحجام تتراوح بين 2 بوصة و24 بوصة شائع الاستخدام في أنظمة الأنابيب ذات القطر الأكبر. يتبع مصنعو صمامات الفراشة البلاستيكية أساليب مختلفة في بناء أسطح العزل والختم. يستخدم البعض بطانة مطاطية (الشكل 5) أو حلقة دائرية، بينما يستخدم آخرون قرصًا مطليًا بالمطاط. يصنع البعض الهيكل من مادة واحدة، لكن المكونات الداخلية المبللة تُستخدم كمواد للنظام، مما يعني أن هيكل صمام الفراشة المصنوع من البولي بروبيلين قد يحتوي على بطانة من مادة EPDM وقرص من مادة PVC أو عدة تكوينات أخرى مع مواد بلاستيكية حرارية شائعة وأختام مطاطية.

تركيب صمام الفراشة البلاستيكي سهل، إذ صُنعت هذه الصمامات على شكل رقاقة مزودة بأختام مطاطية مدمجة في هيكلها. لا تتطلب إضافة حشية. عند تثبيت صمام الفراشة البلاستيكي بين حافتين متزاوجتين، يجب التعامل مع عملية تثبيته بعناية، وذلك بزيادة عزم البرغي الموصى به على ثلاث مراحل. يتم ذلك لضمان إحكام متساوٍ على السطح، وتجنب أي ضغط ميكانيكي غير متساوٍ على الصمام.

الشكل 6. صمام غشائي. سيجد متخصصو الصمامات المعدنية أن أفضل أعمال صمامات الغشاء البلاستيكية المزودة بعجلات ومؤشرات موضع مألوفة (الشكل 6)؛ ومع ذلك، يتميز صمام الغشاء البلاستيكي ببعض المزايا الفريدة، بما في ذلك الجدران الداخلية الناعمة لجسمه المصنوع من البلاستيك الحراري. وكما هو الحال مع صمام الكرة البلاستيكي، يتوفر لمستخدمي هذه الصمامات خيار تركيب تصميم الوصلة الحقيقية، وهو مفيد بشكل خاص لأعمال الصيانة على الصمام. أو يمكن للمستخدم اختيار وصلات ذات حواف. بفضل توفر جميع خيارات مواد الجسم والغشائي، يمكن استخدام هذا الصمام في مجموعة متنوعة من التطبيقات الكيميائية.

كما هو الحال مع أي صمام، يكمن سر تشغيل الصمامات البلاستيكية في تحديد متطلبات التشغيل، مثل اختيار الطاقة الهوائية مقابل الكهربائية، والتيار المستمر مقابل التيار المتردد. ولكن مع البلاستيك، يجب على المصمم والمستخدم أيضًا فهم نوع البيئة المحيطة بالمشغل. وكما ذكرنا سابقًا، تُعد الصمامات البلاستيكية خيارًا ممتازًا في البيئات المسببة للتآكل، بما في ذلك البيئات الخارجية المسببة للتآكل. ولذلك، تُعتبر مادة غلاف مشغلات الصمامات البلاستيكية عاملًا مهمًا. ويتوفر لدى مصنعي الصمامات البلاستيكية خيارات لتلبية احتياجات هذه البيئات المسببة للتآكل، مثل مشغلات مغطاة بالبلاستيك أو أغلفة معدنية مطلية بالإيبوكسي.

وكما يوضح هذا المقال، فإن الصمامات البلاستيكية توفر اليوم جميع أنواع الخيارات للتطبيقات والمواقف الجديدة.