לַמרוֹתשסתומי פלסטיקנחשבים לעיתים למוצר מיוחד - הבחירה הראשונה עבור אנשים המייצרים או מעצבים מוצרי צנרת מפלסטיק למערכות תעשייתיות או הזקוקים לציוד נקי במיוחד - אין להניח שלשסתומים אלה שימושים כלליים רבים - ראייה. למעשה, לשסתומי הפלסטיק של ימינו יש מגוון רחב של שימושים, מכיוון שסוגי החומרים ממשיכים להתרחב, ומעצבים טובים הזקוקים לחומרים אלה גורמים לכך שיש עוד ועוד דרכים להשתמש בכלים רב-תכליתיים אלה.

תכונות הפלסטיק

היתרונות של שסתומים תרמופלסטיים הם רחבים - עמידות בפני קורוזיה, כימיקלים ושחיקה; דפנות פנימיות חלקות; משקל קל; קלות התקנה; תוחלת חיים ארוכה; ועלות מחזור חיים נמוכה יותר. יתרונות אלה הובילו לקבלה רחבה של שסתומי פלסטיק ביישומים מסחריים ותעשייתיים כגון חלוקת מים, טיפול בשפכים, עיבוד מתכות וכימיקלים, מזון ותרופות, תחנות כוח, בתי זיקוק לנפט. ניתן לייצר שסתומי פלסטיק ממספר חומרים שונים המשמשים במספר תצורות. השסתומים התרמופלסטיים הנפוצים ביותר עשויים מפוליוויניל כלוריד (PVC), פוליוויניל כלוריד כלורי (CPVC), פוליפרופילן (PP) ופוליווינילידן פלואוריד (PVDF). שסתומי PVC ו-CPVC מחוברים בדרך כלל למערכות צנרת באמצעות קצוות שקעים עם צמנט ממס, או קצוות עם הברגה ואוגנים; בעוד ש-PP ו-PVDF דורשים חיבור של רכיבי מערכת הצנרת, באמצעות טכנולוגיות חום, חיבור קת או חיבור אלקטרו-היתוך.

שסתומים תרמופלסטיים מצטיינים בסביבות קורוזיביות, אך הם שימושיים באותה מידה בשירותי מים כלליים מכיוון שהם נטולי עופרת1, עמידים בפני דה-צינציפיקציה ואינם מחלידים. מערכות צנרת ושסתומים מ-PVC ו-CPVC צריכים להיבדק ולהיות מאושרים לתקן 61 של NSF [הקרן הלאומית לתברואה] להשפעות בריאותיות, כולל דרישת עופרת נמוכה עבור נספח G. ניתן לבחור את החומר המתאים לנוזלים קורוזיביים על ידי התייעצות עם מדריך העמידות הכימית של היצרן והבנת ההשפעה שתהיה לטמפרטורה על חוזק החומרים הפלסטיים.

למרות שלפוליפרופילן יש חצי מהעוצמה של PVC ו-CPVC, יש לו את העמידות הכימית הרב-תכליתית ביותר מכיוון שאין ממיסים ידועים. PP מתפקד היטב בחומצות אצטיות מרוכזות והידרוקסידים, והוא מתאים גם לתמיסות עדינות יותר של רוב החומצות, הבסיסים, המלחים וכימיקלים אורגניים רבים.

PP זמין כחומר פיגמנטי או לא פיגמנטי (טבעי). PP טבעי מתפרק קשות על ידי קרינה אולטרה סגולה (UV), אך תרכובות המכילות יותר מ-2.5% פיגמנטציה של פחמן שחור הן בעלות עמידות מספקת לקרינת UV.

מערכות צנרת PVDF משמשות במגוון יישומים תעשייתיים, החל מתעשיית התרופות ועד לכרייה, בשל חוזקו של PVDF, טמפרטורת העבודה ועמידותו הכימית למלחים, חומצות חזקות, בסיסים מדוללים וממסים אורגניים רבים. שלא כמו PP, PVDF אינו מתפרק על ידי אור שמש; עם זאת, הפלסטיק שקוף לאור שמש ויכול לחשוף את הנוזל לקרינת UV. בעוד שניסוח טבעי ולא פיגמנטלי של PVDF מצוין ליישומים פנימיים בעלי טוהר גבוה, הוספת פיגמנט כמו אדום בדרגת מזון תאפשר חשיפה לאור שמש ללא השפעה שלילית על תווך הנוזל.

למערכות פלסטיק יש אתגרי תכנון, כגון רגישות לטמפרטורה והתפשטות והתכווצות תרמית, אך מהנדסים יכלו ותכננו מערכות צנרת עמידות וחסכוניות לסביבות כלליות וקורוזיביות. שיקול התכנון העיקרי הוא שמקדם ההתפשטות התרמית של פלסטיק גדול יותר מזה של מתכת - תרמופלסטי, למשל, פי חמישה עד שישה מזה של פלדה.

בעת תכנון מערכות צנרת ובחינת ההשפעה על מיקום השסתומים ותמיכות השסתומים, שיקול חשוב בתרמופלסטים הוא התארכות תרמית. ניתן להפחית או לבטל מאמצים וכוחות הנובעים מהתפשטות והתכווצות תרמית על ידי מתן גמישות במערכות הצנרת באמצעות שינויים תכופים בכיוון או הכנסת לולאות התפשטות. על ידי מתן גמישות זו לאורך מערכת הצנרת, השסתום הפלסטי לא יידרש לספוג מאמץ רב כל כך (איור 1).

מכיוון שתרמופלסטים רגישים לטמפרטורה, דירוג הלחץ של שסתום יורד ככל שהטמפרטורה עולה. חומרים מפלסטיק שונים משפיעים על ירידה מתאימה עם עליית הטמפרטורה. טמפרטורת הנוזל עשויה לא להיות מקור החום היחיד שיכול להשפיע על דירוג הלחץ של שסתום פלסטיק - יש לקחת בחשבון את הטמפרטורה החיצונית המקסימלית. במקרים מסוימים, אי תכנון לטמפרטורת הצנרת החיצונית עלול לגרום לשקיעה מוגזמת עקב היעדר תומכים בצינורות. ל-PVC טמפרטורת שירות מקסימלית של 140°F; ל-CPVC טמפרטורת שירות מקסימלית של 220°F; ל-PP טמפרטורת שירות מקסימלית של 180°F; ושסתומי PVDF יכולים לשמור על לחץ של עד 280°F (איור 2).

בקצה השני של סולם הטמפרטורות, רוב מערכות צנרת הפלסטיק פועלות די טוב בטמפרטורות מתחת לאפס. למעשה, חוזק המתיחה בצנרת תרמופלסטית עולה ככל שהטמפרטורה יורדת. עם זאת, עמידות המכה של רוב סוגי הפלסטיק פוחתת ככל שהטמפרטורה יורדת, ושבריריות מופיעה בחומרי הצנרת שנפגעו. כל עוד השסתומים ומערכת הצנרת הסמוכה אינם מופרעים, אינם מסכנים ממכות או חבטות של חפצים, והצנרת אינה נופלת במהלך הטיפול, ההשפעות השליליות על צנרת הפלסטיק ממוזערות.

סוגי שסתומים תרמופלסטיים

שסתומי כדור,שסתומי בדיקה,שסתומי פרפרושסתומי דיאפרגמה זמינים בכל אחד מהחומרים התרמופלסטיים השונים עבור מערכות צנרת לחץ מסוג Schedule 80, הכוללות גם מגוון רחב של אפשרויות גימור ואביזרים. שסתום הכדור הסטנדרטי הוא לרוב בעל עיצוב איחוד אמיתי כדי להקל על הסרת גוף השסתום לצורך תחזוקה מבלי להפריע לצנרת המחוברת. שסתומי אל-חזור תרמופלסטיים זמינים כשסתומי אל-חזור כדוריים, שסתומי אל-חזור סיבוביים, שסתומי אל-חזור Y ושסתומי אל-חזור חרוטיים. שסתומי פרפר מתחברים בקלות לאוגנים ממתכת מכיוון שהם תואמים את חורי הברגים, מעגלי הברגים והממדים הכוללים של ANSI Class 150. הקוטר הפנימי החלק של החלקים התרמופלסטיים רק מוסיף לשליטה המדויקת של שסתומי דיאפרגמה.

שסתומי כדור מ-PVC ו-CPVC מיוצרים על ידי מספר חברות אמריקאיות וזרות בגדלים של 1/2 אינץ' עד 6 אינץ' עם חיבורי שקע, הברגה או אוגן. עיצוב האיחוד האמיתי של שסתומי כדור עכשוויים כולל שני אומים שמתחברים לגוף, ודוחסים אטמים אלסטומריים בין הגוף למחברי הקצה. חלק מהיצרנים שמרו על אותו אורך הנחת שסתום כדורי והברגות אום במשך עשרות שנים כדי לאפשר החלפה קלה של שסתומים ישנים יותר ללא שינוי בצנרת הסמוכה.

שסתומי כדור עם אטמים אלסטומריים עשויים מונומר אתילן-פרופילן-דיאן (EPDM) צריכים להיות מאושרים לתקן NSF-61G לשימוש במי שתייה. ניתן להשתמש באטמים אלסטומריים עשויים פלואור-פחמן (FKM) כחלופה למערכות בהן תאימות כימית מהווה דאגה. ניתן להשתמש ב-FKM גם ברוב היישומים הכוללים חומצות מינרליות, למעט מימן כלורי, תמיסות מלח, פחמימנים כלוריים ושמני נפט.

איור 3. שסתום כדורי עם אוגן המחובר למיכל. איור 4. שסתום אל-חזור כדורי המותקן אנכית. שסתומי כדורי PVC ו-CPVC, בקוטר 1/2 אינץ' עד 2 אינץ', הם אופציה בת קיימא עבור יישומי מים חמים וקרים שבהם שירות המים ללא הלם מקסימלי יכול להגיע עד 250 psi ב-73°F. שסתומי כדורי גדולים יותר, 2-1/2 אינץ' עד 6 אינץ', יהיו בעלי דירוג לחץ נמוך יותר של 150 psi ב-73°F. שסתומי כדורי PP ו-PVDF (איורים 3 ו-4), הנמצאים בשימוש נפוץ בהולכה כימית, זמינים בגדלים 1/2 אינץ' עד 4 אינץ' עם שקע, חיבורי הברגה או חיבורי אוגן, מדורגים בדרך כלל לשירות מים ללא הלם מקסימלי של 150 psi בטמפרטורת הסביבה.

שסתומי אל-חזור כדוריים תרמופלסטיים מסתמכים על כדור בעל משקל סגולי נמוך מזה של מים, כך שאם אובד לחץ בצד הזרם, הכדור ישקע חזרה אל משטח האיטום. ניתן להשתמש בשסתומים אלה באותו שירות כמו שסתומי כדוריים מפלסטיק דומים מכיוון שהם אינם מכניסים חומרים חדשים למערכת. סוגים אחרים של שסתומי אל-חזור עשויים לכלול קפיצי מתכת שעשויים לא להחזיק מעמד בסביבות קורוזיביות.

איור 5. שסתום פרפר עם בטנה אלסטומרית. שסתום הפרפר מפלסטיק בגדלים של 2 אינץ' עד 24 אינץ' פופולרי עבור מערכות צנרת בקוטר גדול יותר. יצרני שסתומי פרפר מפלסטיק נוקטים בגישות שונות לבנייה ולמשטחי האיטום. חלקם משתמשים בבטנה אלסטומרית (איור 5) או טבעת O, בעוד שאחרים משתמשים בדיסק מצופה אלסטומרית. חלקם מייצרים את הגוף מחומר אחד, אך הרכיבים הפנימיים הרטובים משמשים כחומרי המערכת, כלומר גוף שסתום פרפר מפוליפרופילן עשוי להכיל בטנה מ-EPDM ודיסק PVC או מספר תצורות אחרות עם תרמופלסטים ואטמים אלסטומריים נפוצים.

התקנה של שסתום פרפר מפלסטיק היא פשוטה משום ששסתומים אלה מיוצרים בסגנון פרוסה עם אטמים אלסטומריים המעוצבים בתוך הגוף. הם אינם דורשים תוספת אטם. שסתום פרפר מפלסטיק, הממוקם בין שני אוגנים מחוברים, חייב להתבצע בזהירות על ידי הגדלת מומנט הברגים המומלץ בשלושה שלבים. זה נעשה כדי להבטיח אטימה אחידה על פני השטח ושלא יופעל לחץ מכני לא אחיד על השסתום.

איור 6. שסתום דיאפרגמה. אנשי מקצוע בתחום שסתומי מתכת ימצאו את מיטב שסתומי הדיאפרגמה מפלסטיק עם מחווני הגלגל והמיקום מוכרים (איור 6); עם זאת, שסתום הדיאפרגמה מפלסטיק יכול לכלול כמה יתרונות ברורים, כולל הדפנות הפנימיות החלקות של הגוף התרמופלסטי. בדומה לשסתום הכדור מפלסטיק, למשתמשים בשסתומים אלה יש אפשרות להתקין את עיצוב האיחוד האמיתי, שיכול להיות שימושי במיוחד לעבודות תחזוקה על השסתום. לחלופין, המשתמש יכול לבחור חיבורים עם אוגן. בשל כל האפשרויות של חומרי הגוף והדיאפרגמה, ניתן להשתמש בשסתום זה במגוון יישומים כימיים.

כמו בכל שסתום, המפתח להפעלת שסתומי פלסטיק הוא קביעת דרישות התפעול, כגון פנאומטי לעומת חשמלי, ומתח ישר לעומת זרם חילופין. אבל עם פלסטיק, המתכנן והמשתמש צריכים גם להבין איזה סוג סביבה יקיף את המפעיל. כפי שצוין קודם לכן, שסתומי פלסטיק הם אופציה מצוינת למצבים קורוזיביים, הכוללים סביבות קורוזיביות חיצוניות. מסיבה זו, חומר המארז של המפעילים לשסתומי פלסטיק הוא שיקול חשוב. ליצרני שסתומי פלסטיק יש אפשרויות לענות על הצרכים של סביבות קורוזיביות אלו בצורה של מפעילים מצופים פלסטיק או מארזים מתכתיים מצופים אפוקסי.

כפי שמראה מאמר זה, שסתומי פלסטיק מציעים כיום מגוון רחב של אפשרויות עבור יישומים ומצבים חדשים.