Hoewelkunststof ventielenHoewel kunststof kleppen soms worden beschouwd als een speciaal product – de eerste keuze voor mensen die kunststof leidingproducten voor industriële systemen produceren of ontwerpen, of die ultraschone apparatuur nodig hebben – is het een misvatting dat deze kleppen niet veel algemene toepassingen hebben. In werkelijkheid hebben de kunststof kleppen van vandaag de dag een breed scala aan toepassingen, omdat de soorten materialen zich blijven uitbreiden en goede ontwerpers die deze materialen nodig hebben, ervoor zorgen dat er steeds meer manieren zijn om deze multifunctionele instrumenten te gebruiken.

EIGENSCHAPPEN VAN PLASTIC

De voordelen van thermoplastische kleppen zijn talrijk: corrosie-, chemische en slijtvastheid; gladde binnenwanden; laag gewicht; eenvoudige installatie; lange levensduur; en lagere levenscycluskosten. Deze voordelen hebben geleid tot een brede acceptatie van kunststof kleppen in commerciële en industriële toepassingen zoals waterdistributie, afvalwaterzuivering, metaal- en chemische verwerking, voedingsmiddelen- en farmaceutische industrie, energiecentrales, olieraffinaderijen en meer. Kunststof kleppen kunnen worden vervaardigd uit verschillende materialen en in diverse configuraties. De meest voorkomende thermoplastische kleppen zijn gemaakt van polyvinylchloride (PVC), gechloreerd polyvinylchloride (CPVC), polypropyleen (PP) en polyvinylideenfluoride (PVDF). PVC- en CPVC-kleppen worden doorgaans met leidingsystemen verbonden door middel van lijmverbindingen met mofuiteinden of schroefdraad- en flensverbindingen; terwijl PP- en PVDF-kleppen een verbinding met leidingsysteemcomponenten vereisen, hetzij door middel van warmte-, stomp- of elektrofusietechnologieën.

Thermoplastische afsluiters blinken uit in corrosieve omgevingen, maar ze zijn net zo nuttig voor algemene waterleidingen omdat ze loodvrij zijn¹, bestand tegen ontzinking en niet roesten. PVC- en CPVC-leidingsystemen en -afsluiters moeten worden getest en gecertificeerd volgens de NSF-norm [National Sanitation Foundation] 61 voor gezondheidseffecten, inclusief de lage loodeis voor bijlage G. De juiste materiaalkeuze voor corrosieve vloeistoffen kan worden gemaakt door de handleiding voor chemische bestendigheid van de fabrikant te raadplegen en inzicht te hebben in de invloed van temperatuur op de sterkte van kunststofmaterialen.

Hoewel polypropyleen slechts half zo sterk is als PVC en CPVC, heeft het de meest veelzijdige chemische bestendigheid omdat er geen bekende oplosmiddelen voor zijn. PP presteert goed in geconcentreerde azijnzuren en hydroxiden, en is ook geschikt voor mildere oplossingen van de meeste zuren, basen, zouten en veel organische chemicaliën.

PP is verkrijgbaar als gepigmenteerd of ongepigmenteerd (natuurlijk) materiaal. Natuurlijk PP wordt sterk aangetast door ultraviolette (UV) straling, maar verbindingen die meer dan 2,5% koolstofzwartpigment bevatten, zijn voldoende UV-bestendig.

PVDF-leidingsystemen worden in diverse industriële toepassingen gebruikt, van de farmaceutische industrie tot de mijnbouw, vanwege de sterkte, de werktemperatuur en de chemische bestendigheid van PVDF tegen zouten, sterke zuren, verdunde basen en vele organische oplosmiddelen. In tegenstelling tot PP wordt PVDF niet aangetast door zonlicht; het plastic is echter transparant voor zonlicht en kan de vloeistof blootstellen aan UV-straling. Hoewel een natuurlijke, ongepigmenteerde PVDF-formulering uitstekend geschikt is voor zeer zuivere toepassingen binnenshuis, zou de toevoeging van een pigment, zoals een rood kleurstof van voedingskwaliteit, blootstelling aan zonlicht mogelijk maken zonder nadelige gevolgen voor het vloeibare medium.

Kunststofsystemen brengen ontwerpuitdagingen met zich mee, zoals gevoeligheid voor temperatuur en thermische uitzetting en krimp. Ingenieurs kunnen echter wel degelijk duurzame en kosteneffectieve leidingsystemen ontwerpen voor zowel algemene als corrosieve omgevingen. Een belangrijke ontwerpoverweging is dat de thermische uitzettingscoëfficiënt van kunststoffen groter is dan die van metaal – thermoplast is bijvoorbeeld vijf tot zes keer zo groot als die van staal.

Bij het ontwerpen van leidingsystemen en het overwegen van de impact op de plaatsing en ondersteuning van kleppen, is thermische uitzetting een belangrijke factor bij thermoplasten. Spanningen en krachten die ontstaan ​​door thermische uitzetting en krimp kunnen worden verminderd of geëlimineerd door flexibiliteit in de leidingsystemen te creëren door frequente richtingsveranderingen of de introductie van expansielussen. Door deze flexibiliteit in het leidingsysteem te bieden, hoeft de kunststof klep minder spanning op te vangen (Figuur 1).

Omdat thermoplasten temperatuurgevoelig zijn, neemt de drukclassificatie van een klep af naarmate de temperatuur stijgt. Verschillende kunststofmaterialen vertonen een overeenkomstige afname bij hogere temperaturen. De vloeistoftemperatuur is mogelijk niet de enige warmtebron die de drukclassificatie van een kunststofklep kan beïnvloeden; de maximale buitentemperatuur moet ook in het ontwerp worden meegenomen. In sommige gevallen kan het niet ontwerpen voor de buitentemperatuur van de leiding leiden tot overmatige doorbuiging door een gebrek aan leidingsteunen. PVC heeft een maximale bedrijfstemperatuur van 60 °C; CPVC heeft een maximum van 104 °C; PP heeft een maximum van 82 °C; en PVDF-kleppen kunnen een druk tot 148 °C weerstaan ​​(Figuur 2).

Aan de andere kant van het temperatuurspectrum functioneren de meeste kunststof leidingsystemen prima bij temperaturen onder het vriespunt. Sterker nog, de treksterkte van thermoplastische leidingen neemt toe naarmate de temperatuur daalt. De slagvastheid van de meeste kunststoffen neemt echter af bij lagere temperaturen en de leidingen worden broos. Zolang de kleppen en het aangrenzende leidingsysteem niet worden verstoord, niet worden beschadigd door stoten of botsingen en de leidingen niet vallen tijdens het hanteren, worden de nadelige effecten op de kunststof leidingen geminimaliseerd.

SOORTEN THERMOPLASTIEKLEPPEN

Kogelkranen,terugslagkleppen,vlinderkleppenMembraanventielen zijn verkrijgbaar in diverse thermoplastische materialen voor Schedule 80 drukleidingsystemen en bieden een breed scala aan afwerkingsopties en accessoires. De standaard kogelkraan is meestal uitgevoerd als een zogenaamde 'true union'-uitvoering, waardoor het klephuis gemakkelijk kan worden verwijderd voor onderhoud zonder de leidingen te hoeven loskoppelen. Thermoplastische terugslagkleppen zijn verkrijgbaar als kogelterugslagkleppen, zwenkterugslagkleppen, Y-terugslagkleppen en conische terugslagkleppen. Vlinderkleppen kunnen eenvoudig worden aangesloten op metalen flenzen, omdat ze voldoen aan de boutgaten, boutcirkels en totale afmetingen van ANSI Klasse 150. De gladde binnendiameter van thermoplastische onderdelen draagt ​​bij aan de nauwkeurige regeling van membraanventielen.

Kogelkranen van PVC en CPVC worden door diverse Amerikaanse en buitenlandse bedrijven geproduceerd in maten van 1/2 inch tot en met 6 inch, met mof-, schroefdraad- of flensaansluitingen. Het echte koppelingsontwerp van moderne kogelkranen omvat twee moeren die op de behuizing worden geschroefd en elastomere afdichtingen tussen de behuizing en de aansluitingen samendrukken. Sommige fabrikanten hebben decennialang dezelfde inleglengte en schroefdraad van de moeren aangehouden, zodat oudere kranen eenvoudig kunnen worden vervangen zonder aanpassingen aan de aangrenzende leidingen.

Kogelkranen met afdichtingen van ethyleenpropyleendieenmonomeer (EPDM) moeten gecertificeerd zijn volgens NSF-61G voor gebruik in drinkwater. Afdichtingen van fluorkoolstof (FKM) kunnen als alternatief worden gebruikt voor systemen waar chemische compatibiliteit een aandachtspunt is. FKM kan ook worden gebruikt in de meeste toepassingen met minerale zuren, met uitzondering van waterstofchloride, zoutoplossingen, gechloreerde koolwaterstoffen en aardolie.

Figuur 3. Een kogelkraan met flens, bevestigd aan een tank. Figuur 4. Een verticaal geïnstalleerde terugslagklep. PVC- en CPVC-kogelkranen, van 1/2 inch tot 2 inch, zijn een geschikte optie voor warm- en koudwatertoepassingen waar de maximale druk zonder schokken wel 250 psi bij 73 °F kan bedragen. Grotere kogelkranen, van 2-1/2 inch tot 6 inch, hebben een lagere drukclassificatie van 150 psi bij 73 °F. PP- en PVDF-kogelkranen (figuren 3 en 4), die veel worden gebruikt voor chemische transporten en verkrijgbaar zijn in maten van 1/2 inch tot 4 inch met mof-, schroefdraad- of flensaansluitingen, hebben doorgaans een maximale druk zonder schokken van 150 psi bij omgevingstemperatuur.

Thermoplastische kogelterugslagkleppen maken gebruik van een kogel met een soortelijk gewicht dat lager is dan dat van water. Hierdoor zakt de kogel terug tegen het afdichtingsoppervlak als de druk aan de inlaatzijde wegvalt. Deze kleppen kunnen voor dezelfde toepassingen worden gebruikt als vergelijkbare kunststof kogelkleppen, omdat er geen nieuwe materialen aan het systeem worden toegevoegd. Andere typen terugslagkleppen kunnen metalen veren bevatten die mogelijk niet bestand zijn tegen corrosieve omgevingen.

Figuur 5. Een vlinderklep met elastomere voering. De kunststof vlinderklep in de maten 2 inch tot en met 24 inch is populair voor leidingsystemen met een grotere diameter. Fabrikanten van kunststof vlinderkleppen hanteren verschillende benaderingen voor de constructie en afdichtingsoppervlakken. Sommige gebruiken een elastomere voering (Figuur 5) of een O-ring, terwijl anderen een met elastomeer gecoate schijf gebruiken. Sommige maken de behuizing van één materiaal, maar de interne, natte componenten dienen als systeemmaterialen. Dit betekent dat een vlinderklepbehuizing van polypropyleen een EPDM-voering en een PVC-schijf kan bevatten, of diverse andere configuraties met veelvoorkomende thermoplasten en elastomere afdichtingen.

De installatie van een kunststof vlinderklep is eenvoudig, omdat deze kleppen zijn vervaardigd in een wafer-vorm met elastomere afdichtingen in de behuizing. Een pakking is niet nodig. De kunststof vlinderklep wordt tussen twee flenzen geplaatst en moet met zorg worden vastgedraaid door de bouten in drie stappen op te draaien tot het aanbevolen aanhaalmoment. Dit zorgt voor een gelijkmatige afdichting over het gehele oppervlak en voorkomt ongelijkmatige mechanische spanning op de klep.

Figuur 6. Een membraanventiel. Professionals in de metaalventielindustrie zullen de topfuncties van kunststof membraanventielen met wiel- en positie-indicatoren bekend voorkomen (Figuur 6); een kunststof membraanventiel biedt echter enkele duidelijke voordelen, waaronder de gladde binnenwanden van de thermoplastische behuizing. Net als bij de kunststof kogelkraan kunnen gebruikers van deze ventielen kiezen voor een echte koppeling, wat vooral handig kan zijn bij onderhoudswerkzaamheden aan het ventiel. Een andere optie is een flensaansluiting. Dankzij de vele mogelijkheden qua materiaal voor de behuizing en het membraan, kan dit ventiel in diverse chemische toepassingen worden gebruikt.

Net als bij elke andere klep is de sleutel tot het aansturen van kunststofkleppen het bepalen van de operationele vereisten, zoals pneumatisch versus elektrisch en gelijkstroom versus wisselstroom. Maar bij kunststof moeten de ontwerper en gebruiker ook begrijpen in wat voor omgeving de actuator zich bevindt. Zoals eerder vermeld, zijn kunststofkleppen een uitstekende optie voor corrosieve situaties, waaronder omgevingen met externe corrosieve invloeden. Daarom is het materiaal van de behuizing van actuatoren voor kunststofkleppen een belangrijke overweging. Fabrikanten van kunststofkleppen bieden opties om aan de eisen van deze corrosieve omgevingen te voldoen, zoals actuatoren met een kunststof behuizing of metalen behuizingen met een epoxycoating.

Zoals dit artikel laat zien, bieden kunststof ventielen tegenwoordig allerlei mogelijkheden voor nieuwe toepassingen en situaties.