بالرغم منصمامات بلاستيكيةتُعتبر الصمامات البلاستيكية أحيانًا منتجًا متخصصًا، فهي الخيار الأول لمن يصنعون أو يصممون أنابيب بلاستيكية للأنظمة الصناعية، أو لمن يحتاجون إلى معدات فائقة النظافة. ومن الخطأ افتراض أن هذه الصمامات لا تُستخدم على نطاق واسع. في الواقع، تتمتع الصمامات البلاستيكية اليوم بنطاق استخدامات واسع، نظرًا لتنوع المواد المستخدمة فيها، ولأن المصممين المتميزين الذين يحتاجون إلى هذه المواد يوفرون طرقًا متزايدة لاستخدام هذه الأدوات متعددة الوظائف.

خصائص البلاستيك

تتميز الصمامات البلاستيكية الحرارية بمزايا عديدة، منها مقاومتها للتآكل والمواد الكيميائية والتآكل السطحي، وجدرانها الداخلية الملساء، وخفة وزنها، وسهولة تركيبها، وعمرها الطويل، وانخفاض تكلفة دورة حياتها. وقد أدت هذه المزايا إلى انتشار استخدامها على نطاق واسع في التطبيقات التجارية والصناعية، مثل توزيع المياه، ومعالجة مياه الصرف الصحي، ومعالجة المعادن والمواد الكيميائية، والأغذية والأدوية، ومحطات توليد الطاقة، ومصافي النفط، وغيرها. ويمكن تصنيع الصمامات البلاستيكية من مواد مختلفة تُستخدم في العديد من التكوينات. وتُصنع الصمامات البلاستيكية الحرارية الأكثر شيوعًا من كلوريد البولي فينيل (PVC)، وكلوريد البولي فينيل المكلور (CPVC)، والبولي بروبيلين (PP)، وفلوريد البولي فينيليدين (PVDF). ويتم عادةً توصيل صمامات PVC وCPVC بأنظمة الأنابيب عن طريق لصق أطرافها بمذيبات لاصقة، أو باستخدام أطراف ملولبة أو ذات حواف؛ بينما يتطلب توصيل صمامات PP وPVDF توصيل مكونات نظام الأنابيب، إما بتقنيات اللحام الحراري أو اللحام التناكبي أو اللحام الكهربائي.

تتفوق الصمامات المصنوعة من اللدائن الحرارية في البيئات المسببة للتآكل، ولكنها مفيدة بنفس القدر في خدمات المياه العامة لأنها خالية من الرصاص، ومقاومة لإزالة الزنك، ولا تصدأ. يجب اختبار أنظمة الأنابيب والصمامات المصنوعة من PVC وCPVC واعتمادها وفقًا لمعيار NSF [المؤسسة الوطنية للصرف الصحي] رقم 61 فيما يتعلق بالآثار الصحية، بما في ذلك متطلبات انخفاض نسبة الرصاص الواردة في الملحق G. يمكن اختيار المادة المناسبة للسوائل المسببة للتآكل بالرجوع إلى دليل مقاومة المواد الكيميائية الخاص بالشركة المصنعة وفهم تأثير درجة الحرارة على قوة المواد البلاستيكية.

على الرغم من أن قوة البولي بروبيلين نصف قوة البولي فينيل كلوريد (PVC) والبولي فينيل كلوريد المكلور (CPVC)، إلا أنه يتمتع بمقاومة كيميائية فائقة التنوع لعدم وجود مذيبات معروفة له. يُظهر البولي بروبيلين أداءً جيدًا في الأحماض الخليكية المركزة والهيدروكسيدات، كما أنه مناسب أيضًا للمحاليل الأقل تركيزًا لمعظم الأحماض والقلويات والأملاح والعديد من المواد الكيميائية العضوية.

يتوفر البولي بروبيلين كمادة ملونة أو غير ملونة (طبيعية). يتأثر البولي بروبيلين الطبيعي بشدة بالأشعة فوق البنفسجية، لكن المركبات التي تحتوي على أكثر من 2.5% من صبغة الكربون الأسود تتمتع بثبات كافٍ ضد الأشعة فوق البنفسجية.

تُستخدم أنظمة أنابيب PVDF في تطبيقات صناعية متنوعة، من صناعة الأدوية إلى التعدين، نظرًا لقوة مادة PVDF، ودرجة حرارة تشغيلها، ومقاومتها الكيميائية للأملاح والأحماض القوية والقواعد المخففة والعديد من المذيبات العضوية. على عكس البولي بروبيلين (PP)، لا يتأثر PVDF بأشعة الشمس؛ ومع ذلك، فإن البلاستيك شفاف لأشعة الشمس، مما قد يعرض السائل للأشعة فوق البنفسجية. في حين أن تركيبة PVDF الطبيعية غير المصبوغة مثالية للتطبيقات الداخلية عالية النقاء، فإن إضافة صبغة، مثل اللون الأحمر الغذائي، تسمح بتعريض السائل لأشعة الشمس دون أي تأثير سلبي عليه.

تواجه الأنظمة البلاستيكية تحديات في التصميم، مثل حساسيتها لدرجة الحرارة والتمدد والانكماش الحراري، لكن المهندسين قادرون على تصميم أنظمة أنابيب متينة وفعالة من حيث التكلفة، تدوم طويلًا، ومناسبة للبيئات العامة والبيئات المسببة للتآكل. ويتمثل الاعتبار الرئيسي في التصميم في أن معامل التمدد الحراري للبلاستيك أكبر من معامل التمدد الحراري للمعادن - فالبلاستيك الحراري، على سبيل المثال، يزيد معامل التمدد الحراري للبلاستيك الحراري من خمسة إلى ستة أضعاف معامل التمدد الحراري للفولاذ.

عند تصميم أنظمة الأنابيب، مع مراعاة تأثير ذلك على موضع الصمامات ودعاماتها، يُعدّ التمدد الحراري أحد الاعتبارات المهمة في اللدائن الحرارية. يمكن تقليل أو إزالة الإجهادات والقوى الناتجة عن التمدد والانكماش الحراري من خلال توفير مرونة في أنظمة الأنابيب عبر تغييرات متكررة في الاتجاه أو إضافة حلقات تمدد. وبفضل هذه المرونة، لن يُطلب من الصمام البلاستيكي امتصاص قدر كبير من الإجهاد (الشكل 1).

نظرًا لحساسية المواد البلاستيكية الحرارية لدرجة الحرارة، ينخفض ​​تصنيف ضغط الصمام مع ارتفاعها. وتختلف هذه النسبة باختلاف أنواع البلاستيك. وقد لا تكون درجة حرارة السائل هي المصدر الحراري الوحيد المؤثر على تصنيف ضغط الصمامات البلاستيكية، إذ يجب مراعاة أقصى درجة حرارة خارجية عند التصميم. في بعض الحالات، قد يؤدي عدم مراعاة درجة الحرارة الخارجية للأنابيب في التصميم إلى ترهل مفرط نتيجة عدم وجود دعامات كافية. تبلغ أقصى درجة حرارة تشغيل لصمامات PVC 140 درجة فهرنهايت، وCPVC 220 درجة فهرنهايت، وPP 180 درجة فهرنهايت، بينما تتحمل صمامات PVDF ضغطًا يصل إلى 280 درجة فهرنهايت (الشكل 2).

على النقيض من ذلك، 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. مع ذلك، تنخفض مقاومة الصدمات لمعظم أنواع البلاستيك مع انخفاض درجة الحرارة، وتظهر هشاشة في مواد الأنابيب المتأثرة. طالما بقيت الصمامات ونظام الأنابيب المجاور في مكانها دون أي عوائق، ولم تتعرض للصدمات أو الاصطدام بالأجسام، ولم تسقط الأنابيب أثناء التعامل معها، فإن الآثار السلبية على الأنابيب البلاستيكية تكون في حدها الأدنى.

أنواع الصمامات المصنوعة من اللدائن الحرارية

صمامات كروية،صمامات الفحص,صمامات الفراشةتتوفر صمامات الحجاب الحاجز في جميع أنواع المواد البلاستيكية الحرارية لأنظمة أنابيب الضغط من النوع 80، والتي تتميز أيضًا بخيارات متعددة من التجهيزات والملحقات. يُعد صمام الكرة القياسي الأكثر شيوعًا بتصميم وصلة حقيقية لتسهيل إزالة جسم الصمام للصيانة دون التأثير على الأنابيب المتصلة. تتوفر صمامات الفحص البلاستيكية الحرارية بأنواع مختلفة، منها صمامات فحص كروية، وصمامات فحص متأرجحة، وصمامات فحص على شكل حرف Y، وصمامات فحص مخروطية. تتوافق صمامات الفراشة بسهولة مع الحواف المعدنية نظرًا لتوافقها مع فتحات البراغي ودوائرها والأبعاد الكلية لمعيار ANSI من الفئة 150. يساهم القطر الداخلي الأملس للأجزاء البلاستيكية الحرارية في تعزيز دقة التحكم في صمامات الحجاب الحاجز.

تُصنّع العديد من الشركات الأمريكية والأجنبية صمامات كروية من مادة PVC وCPVC بأحجام تتراوح من نصف بوصة إلى ست بوصات، مع وصلات لولبية أو ذات حواف. يتميز تصميم الوصلة الحقيقية للصمامات الكروية الحديثة بصامولتين تُربطان بجسم الصمام، مما يؤدي إلى ضغط الحشوات المطاطية بين جسم الصمام ووصلات الأطراف. وقد حافظ بعض المصنّعين على نفس طول تركيب الصمام الكروي ونوع لولب الصواميل لعقود، مما يسمح باستبدال الصمامات القديمة بسهولة دون الحاجة إلى تعديل الأنابيب المجاورة.

يجب أن تكون صمامات الكرة المزودة بحشوات مطاطية من مونومر إيثيلين بروبيلين ديين (EPDM) معتمدة وفقًا لمعيار NSF-61G للاستخدام في مياه الشرب. ويمكن استخدام الحشوات المطاطية من الفلوروكربون (FKM) كبديل للأنظمة التي تُشكل فيها التوافقية الكيميائية مصدر قلق. كما يمكن استخدام FKM في معظم التطبيقات التي تتضمن أحماضًا معدنية، باستثناء كلوريد الهيدروجين، والمحاليل الملحية، والهيدروكربونات المكلورة، وزيوت البترول.

الشكل 3: صمام كروي ذو حافة مُثبّت على خزان. الشكل 4: صمام كروي مانع للرجوع مُثبّت عموديًا. تُعدّ الصمامات الكروية المصنوعة من PVC وCPVC، بأحجام من 1/2 بوصة إلى 2 بوصة، خيارًا مناسبًا لتطبيقات المياه الساخنة والباردة، حيث يمكن أن يصل أقصى ضغط خدمة مياه غير صدمي إلى 250 رطل لكل بوصة مربعة عند 73 درجة فهرنهايت. أما الصمامات الكروية الأكبر حجمًا، من 2.5 بوصة إلى 6 بوصات، فسيكون لها تصنيف ضغط أقل يبلغ 150 رطل لكل بوصة مربعة عند 73 درجة فهرنهايت. تُستخدم الصمامات الكروية 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 طرفية ملولبة أو ذات حافة، وعادةً ما يكون تصنيفها الأقصى لخدمة مياه غير صدمية 150 رطل لكل بوصة مربعة عند درجة حرارة الغرفة.

تعتمد صمامات الفحص الكروية المصنوعة من اللدائن الحرارية على كرة ذات كثافة نوعية أقل من كثافة الماء، بحيث إذا انخفض الضغط في الجانب العلوي، تغوص الكرة عائدةً إلى سطح الإحكام. يمكن استخدام هذه الصمامات في نفس التطبيقات التي تُستخدم فيها صمامات كروية بلاستيكية مماثلة، لأنها لا تُدخل مواد جديدة إلى النظام. قد تحتوي أنواع أخرى من صمامات الفحص على نوابض معدنية قد لا تدوم طويلًا في البيئات المسببة للتآكل.

الشكل 5. صمام فراشة ببطانة مطاطية. يُعد صمام الفراشة البلاستيكي، المتوفر بأحجام من 2 بوصة إلى 24 بوصة، شائعًا في أنظمة الأنابيب ذات الأقطار الكبيرة. يتبع مصنّعو صمامات الفراشة البلاستيكية أساليب مختلفة في تصميمها وأسطح منع التسرب. يستخدم البعض بطانة مطاطية (الشكل 5) أو حلقة دائرية، بينما يستخدم آخرون قرصًا مطليًا بمادة مطاطية. يصنع البعض جسم الصمام من مادة واحدة، لكن المكونات الداخلية الملامسة للسائل تُشكّل مواد النظام، ما يعني أن جسم صمام الفراشة المصنوع من البولي بروبيلين قد يحتوي على بطانة من مادة EPDM وقرص من مادة PVC، أو العديد من التكوينات الأخرى التي تستخدم مواد بلاستيكية حرارية شائعة الاستخدام وأختامًا مطاطية.

يُعدّ تركيب صمام الفراشة البلاستيكي بسيطًا، إذ تُصنّع هذه الصمامات على شكل رقاقة مزودة بحشوات مطاطية مدمجة في جسمها، ما يُغني عن استخدام الحشية. عند تثبيت صمام الفراشة البلاستيكي بين شفتين متطابقتين، يجب توخي الحذر عند ربط البراغي، وذلك بزيادة عزم الربط الموصى به على ثلاث مراحل. يضمن هذا الربط إحكامًا متساويًا على السطح، ويمنع أي إجهاد ميكانيكي غير متساوٍ على الصمام.

الشكل 6. صمام غشائي. سيجد متخصصو الصمامات المعدنية أن أفضل أنواع الصمامات الغشائية البلاستيكية ذات العجلة ومؤشرات الوضع مألوفة (الشكل 6)؛ ومع ذلك، يمكن أن يتميز الصمام الغشائي البلاستيكي ببعض المزايا الفريدة، بما في ذلك الجدران الداخلية الملساء لجسمه المصنوع من البلاستيك الحراري. على غرار صمام الكرة البلاستيكي، يمكن لمستخدمي هذه الصمامات اختيار تركيب تصميم الوصلة الحقيقية، والذي قد يكون مفيدًا بشكل خاص لأعمال الصيانة على الصمام. أو يمكن للمستخدم اختيار وصلات ذات حواف. بفضل كل خيارات مواد الجسم والغشاء، يمكن استخدام هذا الصمام في مجموعة متنوعة من التطبيقات الكيميائية.

كما هو الحال مع أي صمام، يكمن مفتاح تشغيل الصمامات البلاستيكية في تحديد متطلبات التشغيل، مثل استخدام الهواء المضغوط أو الكهرباء، والتيار المستمر أو التيار المتردد. ولكن مع البلاستيك، يجب على المصمم والمستخدم أيضًا فهم طبيعة البيئة المحيطة بالمشغل. وكما ذُكر سابقًا، تُعد الصمامات البلاستيكية خيارًا ممتازًا للبيئات المسببة للتآكل، بما في ذلك البيئات الخارجية المسببة للتآكل. ولذلك، تُعد مادة غلاف مشغلات الصمامات البلاستيكية عاملًا مهمًا يجب مراعاته. ولدى مصنعي الصمامات البلاستيكية خيارات لتلبية احتياجات هذه البيئات المسببة للتآكل، مثل المشغلات المغطاة بالبلاستيك أو الأغلفة المعدنية المطلية بالإيبوكسي.

كما توضح هذه المقالة، فإن الصمامات البلاستيكية اليوم توفر جميع أنواع الخيارات للتطبيقات والمواقف الجديدة.