كيف تتعامل الصمامات البلاستيكية CPVC مع التآكل والجسيمات داخل تيارات السوائل؟

CPVC (كلوريد البولي فينيل المكلور) هو بوليمر ترموبلاستيكي يستخدم على نطاق واسع في تطبيقات الأنابيب والصمامات حيث تكون مقاومة التآكل ذات أهمية قصوى. في حين أن CPVC يوفر مقاومة متميزة لمجموعة واسعة من المواد الكيميائية، فإن صلابته الميكانيكية أقل بطبيعتها من صلابة المعادن مثل الفولاذ المقاوم للصدأ أو النحاس. تُترجم هذه الصلابة المنخفضة إلى قابلية أكبر للتآكل الميكانيكي عند تعرضها لجزيئات كاشطة داخل السائل. تتكون البنية المجهرية لـ CPVC من سلاسل بوليمر مع بدائل الكلور التي تعزز المقاومة الكيميائية ولكنها لا تزيد بشكل كبير من مقاومة التآكل. يؤدي التآكل الناتج عن الجسيمات عادةً إلى قطع دقيق وخدش وترقق تدريجي للأسطح الداخلية للصمام. ويؤدي التعرض لفترات طويلة إلى تدهور سلامة البنية التحتية، وزيادة خطر التشقق، وفقدان فعالية الختم بسبب عدم انتظام السطح. وعلى الرغم من ذلك، فإن المتانة النسبية لـ CPVC ومقاومتها للصدمات تسمح لها بتحمل الظروف الكاشطة الخفيفة، وخاصة عندما تكون الجسيمات دقيقة ومنخفضة التركيز.

التصميم الداخلي ل صمامات بلاستيكية CPVC يؤثر بشكل حاسم على كيفية تفاعل الجسيمات مع مكونات الصمام. على سبيل المثال، يحتوي الصمام الكروي CPVC على عنصر إغلاق كروي يدور داخل تجويف أسطواني أملس. يقلل هذا التصميم من اضطراب السوائل ويمنع مناطق الركود التي قد تستقر فيها الجسيمات، وبالتالي يقلل من التآكل الموضعي. يسمح السطح الكروي للجسيمات بالتدفق عبر منطقة اتصال محدودة. في المقابل، تتميز صمامات الحجاب الحاجز بأغشية مرنة تضغط على المقاعد لإغلاق مسار التدفق، والذي قد يحتوي على شقوق أو طيات حيث يمكن للجسيمات أن تستقر وتسبب تآكل الختم أو المساس به. قد تؤدي صمامات الفراشة، ذات القرص الذي يدور عبر مسار التدفق، إلى حدوث اضطرابات في التدفق تزيد من تأثير الجسيمات على أسطح معينة. تشتمل بعض تصميمات صمامات CPVC على أختام ومقاعد قابلة للاستبدال مصنوعة من اللدائن الصلبة أو البلاستيك المقوى لتحسين مقاومة تآكل الجسيمات. يؤثر تشطيب السطح الداخلي للصمام، مثل النعومة والطلاءات، أيضًا على معدلات التآكل عن طريق تقليل الاحتكاك والتصاق الجسيمات.

يعد حجم وصلابة وشكل وتركيز الجسيمات في تيار السائل من العوامل الحاسمة في شدة التآكل. قد تتصرف الجسيمات الدقيقة التي يقل حجمها عن 50 ميكرون مثل المعلق السائل، مما يسبب الحد الأدنى من الضرر الميكانيكي بسبب انخفاض قوى التأثير. ومع ذلك، فإن الجسيمات الخشنة، والمواد الصلبة الزاوية أو البلورية مثل الرمل، أو السيليكا، أو الرواسب المعدنية، تمارس قوى تآكل أعلى بكثير. يمكن للجسيمات الصلبة أن تتسبب في تآكل أسطح CPVC من خلال التكسير الدقيق والتعب السطحي. ويعتبر تركيز الجسيمات بالغ الأهمية بنفس القدر؛ حيث قد تسبب المعلقات المخففة تآكلًا لا يُذكر، ولكن المواد الملاطية الكثيفة تعمل على تضخيم خطر التآكل بشكل كبير بسبب التأثير التراكمي وتأثيرات الكشط. يؤثر شكل الجسيمات على التآكل؛ حيث تسبب الجسيمات الحادة أو الزاوية عملية قطع أكثر عدوانية من الجسيمات المستديرة. تعد معرفة هذه الخصائص أمرًا ضروريًا لاختيار مواد الصمامات والتنبؤ بفترات الصيانة.

تعمل ديناميكيات السوائل داخل الصمام على تعديل تأثيرات تآكل الجسيمات بشكل كبير. تؤدي سرعات التدفق العالية إلى زيادة طاقة الحركة للجسيمات بشكل كبير، مما يؤدي إلى تكثيف التأثيرات الميكانيكية على أسطح الصمامات. يؤدي الاضطراب داخل تجويف الصمام والأنابيب السفلية إلى اصطدام الجزيئات بالأسطح من زوايا متعددة وبسرعات متفاوتة، مما يؤدي إلى تفاقم أنماط التآكل. يمكن أن تؤدي تقلبات الضغط، والبدء السريع، والإغلاق إلى أنظمة تدفق مؤقتة ذات إجهادات قص عالية، مما يؤدي إلى زيادة التآكل. وتكون حواف الصمامات والمقاعد والأسطح المانعة للتسرب معرضة للخطر بشكل خاص حيث يتقارب التدفق أو يتغير اتجاهه بشكل حاد، مما يتسبب في اصطدام الجسيمات وتأثيرات تشبه التجويف. إن التحكم في معدلات التدفق من خلال تصميم النظام، مثل تركيب مقيدات التدفق أو المثبطات، يمكن أن يقلل بشكل كبير من التآكل الناجم عن التآكل في صمامات CPVC.