طراحی، فرمولاسیون و قالب‌سازی اورینگ‌ها و پکینگ‌های مقاوم به حرارت و اسید صنایع پتروشیمی

مستندات جامع و تفصیلی پروژه (Comprehensive Case Study) 

۱. تشریح ماکروسکوپیک چالش فنی و مهندسی در صنایع مادر (The Technical Challenge)
در فرآیندهای پیچیده و پیوسته مجتمع‌های پتروشیمی و پالایشگاهی، سیالات تحت فشارهای هیدروستاتیکی بسیار بالا و دماهی متمایل به بازه‌های حاد انتقال می‌یابند. سیستم‌های آب‌بندی ایستا و پویا، شامل اورینگ‌های کالیبره شده شیرآلات فرآیندی (Control Valves) و پکینگ‌های طبقاتی جک‌های هیدرولیک غول‌پیکر، در خط مقدم مهار این اتصالات کلوژر قرار دارند. هرگونه ناپایداری مکانیکی در این بخش، مستقیماً منجر به فرار گازهای سمی، نشتی اسیدهای خورنده و افت فشار ناگهانی در راکتورها می‌گردد.
اصلی‌ترین چالش صنایع پتروشیمی با قطعات غیراستاندارد موجود در بازار، دو پدیده مخرب پلیمری بود: اول، پدیده تورم متورق (Explosive Decompression / ED) که به دلیل نفوذ گازهای تحت فشار به داخل بافت لاستیک و افت ناگهانی فشار رخ می‌داد و باعث متلاشی شدن ساختار داخلی اورینگ می‌شد. دوم، پدیده تسلیم زنجیره در برابر حملات اسیدی (Chemical Attack) که الاستومرهای ضعیف را در کمتر از چند روز دچار تغییر ماهیت فیزیکی، شل‌شدگی و روان‌روی می‌کرد. گروه محراب با این هدف وارد میدان شد که با عبور از متریال‌های سنتی، یک سیستم آب‌بندی با پایداری الاستیک و مقاومت فیزیکی مطلق در برابر گازهای تحت فشار و اسیدهای بسیار غلیظ طراحی و ولکانیزه کند.

۲. متدولوژی مهندسی معکوس، فیزیک پلیمرها و تکنولوژی ساخت محراب (The Advanced Engineering Solution)
دپارتمان مهندسی شیمی و متالورژی گروه محراب، فرآیند بومی‌سازی و ارتقای کیفی این پکیج استراتژیک را با رویکرد نانوساختارها جلو برد:

•  آنالیز و محاسبات اجزای محدود (FEA): پیش از ساخت قالب، رفتار مکانیکی پکینگ‌های طبقاتی تحت فشار ۴۵۰ بار در نرم‌افزارهای تخصصی انسیس (Ansys) شبیه‌سازی شد. تیم مهندسی محراب با تغییر کانتور لبه‌های پکینگ و طراحی رینگ‌های پشتیبان (Back-up Rings) از جنس ماتریکس تفلون تقویت‌شده با برنز (PTFE + Bronze)، احتمال وقوع پدیده اکستروژن (له شدگی و بیرون‌زدگی لاستیک از گپ مکانیکی) را به صفر رساند.

• فرمولاسیون اختصاصی کامپاند EPDM-HT و ترموپلاستیک پلی‌اورتان (TPU): جهت پایداری در برابر محیط‌های خشن قلیا و اسید، الاستومر پایه EPDM با گرید اشباع بالا انتخاب شد. با بهینه‌سازی سیستم پخت پراکسیدی (Peroxide Cure System)، اتصالات عرضی کربن-کربن فوق‌العاده مستحکمی در بافت زنجیره ایجاد شد که مقاومت قطعه در برابر بخار سوپرهیت و آب داغ را به شدت بالا برد. همچنین برای پکینگ‌های جک‌های هیدرولیک، از ترموپلاستیک پلی‌اورتان اختصاصی با سختی ۹۵ Shore A استفاده شد تا مقاومت به سایش فوق‌العاده‌ای در رفت‌وبرگشت‌های مداوم شفت جک ایجاد شود.

• قالب‌سازی ابزاردقیق با تلرانس بسته (Close Tolerance Molding): کوچک‌ترین پلیسه یا عدم هم‌راستایی در خط جدایش قالب اورینگ (Parting Line)، در فشارهای بالا به تمرکز تنش و پاره شدن قطعه می‌انجامد. قالب‌های فولادی این مگاپروژه با فولادهای ضد زنگ سخت‌کاری شده AISI 420 ماشین‌کاری شده و تحت فرآیند پولیش فوق‌دقیق نانو قرار گرفتند تا خط جدایش روی قطعه نهایی کمتر از ۰.۰۳ میلی‌متر باشد.

• فرآیند تزریق و پخت تحت خلاء: فرآیند قالب‌گیری درون پرس‌های هیدرولیک مجهز به سیستم خلاء کامل (Vacuum Compression Molding) انجام شد تا احتمال گیر افتادن حباب‌های هوا در داخل بافت الاستومر (که عامل اصلی متلاشی شدن قطعه در پدیده انفجار گاز است) کاملاً منتفی گردد.

۳. پروتکل‌های تست متالورژیکی، مکانیکی و سیستم کنترل کیفیت (Strict Quality Assurance)
سیستم کنترل کیفیت گروه محراب، نمونه‌های تولیدی را بر اساس استانداردهای سخت‌گیرانه صنایع نفت و گاز مورد واکاوی قرار داد:

• آزمون مقاومت در برابر اکستروژن و فشار (High-Pressure Extrusion Test): پکینگ‌ها و اورینگ‌ها درون فیکسچر تخصصی تحت فشار هیدرولیکی ۴۵۰ بار در دمای ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد به مدت ۱۰۰ ساعت قرار گرفتند. نتایج گویای حفظ کامل فرم هندسی و عدم خوردگی لبه‌ها بود.

• آزمون غوطه‌وری اسید طبق استاندارد ASTM D471: غوطه‌وری کامل قطعات در اسید سولفوریک غلیظ و اسید نیتریک به مدت ۱۶۸ ساعت. سنجش نهایی نشان داد که نرخ تغییرات وزن و حجم قطعه کمتر از ۲ درصد بوده و سختی قطعه کاملاً در بازه استاندارد باقی مانده است.

• آزمون مانای فشاری (Compression Set - ASTM D395): ثبت نرخ مانا فشاری فوق‌العاده پایین (کمتر از ۱۵٪) که تضمین‌کننده حفظ خاصیت فنریت و بازگشت‌پذیری واشرها پس از دفرمه شدن طولانی‌مدت است.

۴. دستاورد راهبردی، بهینه‌سازی اقتصادی و افق‌های صادرات جهانی (Global Evaluation & Result)
بند مهندسی و تجاری‌سازی این دستاورد پلیمری توسط گروه محراب، چالش بزرگ نشتی و استهلاک قطعات آب‌بندی در تاورها، پمپ‌ها و جک‌های هیدرولیک صنایع پتروشیمی کشور را به طور کامل مرتفع ساخت. اورینگ‌ها و پکینگ‌های محراب در حال حاضر در سایت‌های پتروشیمی بزرگ در سیکل‌های کاری حاد بدون کوچک‌ترین افت کارایی عملیاتی در حال بهره‌برداری هستند.
این پکیج آب‌بندی تخصصی به دلیل دارا بودن ویژگی مقاومت در برابر پدیده دکامپرشن گازی و حملات اسیدی، کیفیت فنی هم‌تراز با برترین برندهای بین‌المللی نظیر Green Tweed آلمان را به نمایش گذاشته است و آمادگی کامل جهت رقابت، عرضه و صادرات به مراجع صنعتی و پالایشگاهی بزرگ سراسر جهان را داراست.