تتحكم الصمامات في السوائل في أنظمة الأنابيب العملية. يؤدي الاختيار غير الصحيح للمواد إلى حدوث تسرب أو الاستيلاء الميكانيكي أو حوادث السلامة الخطيرة. يجب على المهندسين مطابقة المواد بدقة مع ظروف التشغيل المعقدة التي تنطوي على الأحماض القوية والقلويات ودرجات الحرارة القصوى والضغوط العالية.
فئات المواد الأساسية
تنقسم مواد الصمامات إلى خمس فئات أساسية. يوفر الفولاذ الكربوني الاقتصادي قوة عالية. الفولاذ المقاوم للصدأ يوفر مقاومة للتآكل. سبائك الفولاذ تتحمل درجات الحرارة والضغط العاليين. سبائك خاصة تقاوم البيئات شديدة التآكل. توفر المعادن غير- مقاومة كيميائية فائقة.
تطبيقات الصلب الكربوني
يعد الفولاذ الكربوني المادة الأكثر شيوعًا لجسم الصمام نظرًا لفعاليته من حيث التكلفة.
يناسب الفولاذ المصبوب WCB-الوسائط غير القابلة للتآكل بما في ذلك الماء والبخار والزيت ضمن نطاق -29 درجة إلى 425 درجة.
يوفر WCC قابلية لحام أفضل من خلال انخفاض محتوى الكربون.
يشتمل LCB على النيكل لتعزيز-صلابة درجات الحرارة المنخفضة حتى -46 درجة.
يفتقر الفولاذ الكربوني إلى مقاومة التآكل ويجب عدم استخدامه مطلقًا في الخدمات المسببة للتآكل.
خصائص الفولاذ المقاوم للصدأ
يوفر الفولاذ المقاوم للصدأ مقاومة رائعة للتآكل.
الصف 304 يقاوم الأحماض المؤكسدة ولكنه يعاني من الحفر في بيئات الكلوريد.
يحتوي الصف 316 على الموليبدينوم لتحسين مقاومة التآكل الناجم عن الكلوريد - لخدمات مياه البحر.
توفر الدرجة 316L تركيبة كربونية-منخفضة جدًا-لمقاومة فائقة للتآكل بين الحبيبات.
يستخدم الصف 321 مثبت التيتانيوم لتطبيقات درجات الحرارة العالية-التي تصل إلى 900 درجة.
أداء سبائك الصلب
يتم نشر سبائك الفولاذ بشكل أساسي في الخدمات- ذات المعلمات العالية.
يوفر WC6 خدمة طويلة الأمد-تصل إلى 595 درجة مع مقاومة معتدلة للهجوم الهيدروجيني.
يوفر WC9 قوة أعلى في درجات الحرارة-لأنظمة البخار فوق الحرجة.
تتميز الدرجات C5 وC12 بمحتوى عالي من الكروم للحصول على مقاومة استثنائية للأكسدة والكبريتات في البيئات الصعبة.
حلول السبائك الخاصة
تظل السبائك الخاصة غير قابلة للاستبدال في ظروف التآكل الشديدة.
يقاوم Hastelloy جميع المواد الكيميائية العدوانية تقريبًا.
توفر سبائك المونيل مقاومة استثنائية لمياه البحر وحمض الهيدروفلوريك.
تظهر سبائك التيتانيوم معدلات تآكل تقترب من-الصفر في مياه البحر ولكنها تشكل خطرًا شديدًا للحريق في بيئات الأكسجين النقي.
تقاوم الصمامات المبطنة بـ PTFE- جميع الأحماض القوية تقريبًا على الرغم من حدود درجة الحرارة التي تقل عن 180 درجة.
الاختيار الهندسي العملي
تتطلب الهندسة العملية مطابقة دقيقة للمعلمات. يشكل حمض الكبريتيك المركز طبقة سلبية على الفولاذ الكربوني، مما يجعله أفضل من الفولاذ المقاوم للصدأ. يتطلب حمض الهيدروكلوريك بشكل صارم استخدام Hastelloy B أو Monel. يسمح غاز الكلور الجاف باستخدام الفولاذ الكربوني بينما يتطلب الكلور الرطب التيتانيوم. يسمح البخار المشبع بـ WCB بينما يتطلب البخار شديد السخونة الترقية إلى WC6 أو WC9. تركز سلامة درجات الحرارة المنخفضة- على منع الكسر الهش. يمنع استخدام الفولاذ الكربوني العادي تحت درجة -29 درجة. تتطلب الخدمات المبردة استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي المدعوم باختبار تأثير شاربي. تتطلب خطوط أنابيب الأكسجين إزالة الشحوم بشكل صارم وتمنع استخدام التيتانيوم. خطوط الكلور السائل تمنع تمامًا استخدام سبائك النحاس. تملي الأجزاء الداخلية للصمام أداء الختم. يجب أن تتطابق تعدين القطع مع مواصفات جسم الصمام أو تتجاوزها، وغالبًا ما تستخدم الأقمار الصناعية الصلبة.
تحسين التكلفة والمزالق الشائعة
يجب أن يوازن اختيار المواد بين تكاليف دورة الحياة دون السعي بشكل أعمى إلى الحصول على الدرجات الممتازة. يتم تقديم حمض الكبريتيك المركز بشكل أفضل بواسطة الفولاذ الكربوني مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ. يجب على المهندسين تجنب المخاطر الشائعة. تتجاهل أسطورة عالمية الفولاذ المقاوم للصدأ التحلل السريع في حمض الهيدروكلوريك والقلويات المركزة الساخنة. إن افتراض أن الدرجة الأعلى تعني سلامة أفضل يؤدي إلى إهدار رأس المال. تجاهل تأثيرات درجة الحرارة يغير آليات التآكل يؤدي إهمال تعدين القطع الداخلي في كثير من الأحيان إلى فشل الختم.
خاتمة
يؤدي اختيار مادة الصمام الصحيحة إلى إرساء الأساس للتشغيل الآمن في أنظمة العمليات. يضمن الاختيار الدقيق للمواد والتكوين العقلاني والتحقق العلمي أن تتحمل الصمامات ظروف التشغيل القاسية بشكل موثوق.
