سیل مکانیکی یا آببندهای مکانیکی از جمله ایمنترین قطعات صنعتی هستند که برای جلوگیری از نشت مایعات، جامدات و گازها به بیرون از سیستم دربر گیرنده آنها مورد استفاده قرار میگیرند.
به گزارش پایگاه خبری گسترش، روزنامه صمت نوشت: این قطعات دو سطح صاف، یکی ثابت روی کاسه پمپ و دیگری متحرک بر محور گردش پمپ قرار گرفته را شامل میشود. فشار محصول پمپ شونده و نیروی موئینگی، لایه نازکی از مایع را روی سطوح سیل قرار میدهد که به روانکاری سطوح منجر میشود. کارکرد سیل در شرایط خشک به صدمه دیدن سطوح آن میانجامد. از جمله مزایای آببند مکانیکی جلوگیری از نشت مواد گرانقیمت، خورنده و خطرناک، مایعات سمی و گازها، آلاینده و سرطانزا، سیال رادیواکتیو، منفجره و... است. بهعنوان مثال، بخشی از افزایش بازده پمپها در صنعت نفت و گاز را میتوان به پوششدهی سیلهای مکانیکی ارتباط داد. سیلهای مکانیکی، قطعه بحرانی در پمپها است. مهمترین دلیل آسیبدیدگی در پمپها سطوح لغزش آنهاست که به دلیل روانکاری نامناسب تخریب میشوند. افزایش عمرکاری و بهبود عملکرد سیلهای مکانیکی مورد استفاده در صنایع نفت و گاز، بهعنوان یکی از پرکابردترین قطعات این صنایع، بسیار مورد توجه فناوران و شرکتهای دانشبنیان قرار گرفته است. بهدلیل شرایط کاری شدید و محیط عملکرد سیلها مانند انباشت رسوبات سخت روی سطح و ایجاد ذرات سایشی، حرارت اصطکاکی، مواد سخت سازنده، تنظیم غیر دقیق فاصله و ضخامت لایه روانکار، سبب تخریب سیلهای مکانیکی شده و هزینههای بالایی برای این صنایع به همراه دارد. در این زمینه فناوری نانوپوشش سخت و مقاوم در سیلهای مکانیکی از جمله فناوریهای پیشرفتهای است که در صنایع نفت، گاز، پالایش و پتروشیمی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. یک سیستم از محلی دچار از کارافتادگی میشود که ضعیفتر باشد. این قانون به صورت کلی به تمام حوزههای صنایع قابل تسری است. در بسیاری از حوزههای مهندسی به منظور رسیدن به بازده کاری بهینه، لازم است عملیات سطحی روی قطعات اعمال شود. بیش از یکصد سال است که از عملیات سطحی و استحکامبخشی موضعی سطح، به عنوان راهکاری عملی برای بهبود عملکرد و افزایش عمر قطعات استفاده میشود. نخستین فرآیندهای سطحی شامل نیتریداسیون و کربوراسیون سطح بود. بعدها آبکاری انواع پوشش معرفی شد که هماکنون در داخل کشور نیز مورد استفاده قرار میگیرد. اگرچه این روشها سالها در دنیا مورد توجه قرار گرفته اما در دو دهه گذشته با ظهور فناوریهای نوین، فرآیندهای سنتی گذشته یا با این فناوری تکمیل و اصلاح شده یا اینکه جایگزین مناسبی برای آنها معرفی شده است. معایبی از قبیل اعوجاج در قطعات هنگام فرآیند نیتروژندهی مایع و گازی، مضرات زیستمحیطی در فرآیند آبکاری کروم سخت، تنها برخی از این عیوب هستند. ضمن اینکه خواص و بهبود عمر حاصل از روشهای نوین بسیار بیشتر از فرآیندهای سنتی است. از مهمترین و بروزترین فرآیندها میتوان به ایجاد پوششهای نانوساختار بر سطوح اشاره کرد. این دسته از پوششهای سطحی به علت داشتن خواصی چون سختی، تراکم و چسبندگی خوب و قابلیت تطبیق ترکیب و ساختار پوشش با شرایط محیطی سایشی و خوردگی، توانستهاند جایگاه ویژهای در صنایع بزرگ مانند نفت، گاز و پتروشیمی به خود اختصاص دهند. در صنعت نفت، گاز و پتروشیمی، حفظ و نگهداری تجهیزات در برابر خوردگی، سایش، فرسایش و عوامل مخرب دیگر، از موارد مهم و تاثیرگذار بر افزایش بازده اقتصادی است که بیاعتنایی به این مسائل سبب توقف تولید و بالا بردن هزینههای تولید و تعمیر و نگهداری خواهد شد. با گسترش دانش نانو، شرکتهای بزرگ نفتی سعی در استفاده از فناوری نانو در بخشهای مختلف صنایع نفت و گاز دارند. تواناییهای زیاد فناوری نانو به ویژه در شاخه نانوپوششها باعث شده است که بخش فراوانی از فعالیتهای تحقیق و توسعه شرکتهای بزرگ نفتی به بکارگیری از این فناوری معطوف شود. در این زمینه یکی از تجهیزات مهم در صنعت نفت، گاز و صنایع وابسته استفاده از سیلهای مکانیکی در پمپها و تجهیزات به کار رفته در این صنایع است. بکارگیری نانوپوشش در سیل مکانیکی قابلیت اطمینان و به صرفه بودن اقتصادی پمپها به سبب افزایش دوره زمانی تعمیر تجهیزات بسیار اهمیت دارد. سیلهای مکانیکی پمپها کوتاهترین زمان تعویض را بین قطعات مختلف پمپها دارند. بنابراین بیشترین تاثیر بر دوره زمانی تعویض ناشی از سیلهای مکانیکی است. بررسیهای بینالمللی نشان میدهد که سیلهای مکانیکی عامل ۳۹درصد از کارافتادگی پمپها و همچنین این از کار افتادگی حدود ۴۴درصد تمامی هزینههای تعمیر پمپها است. چالش در عملکرد سیلهای مکانیکی 4 مشکل عمده در صنعت نفت و گاز عبارتند از: خوردگی، فرسایش، خستگی و سایش. سیلهای مکانیکی قطعه بحرانی در پمپها است. مهمترین دلیل آسیبدیدگی در پمپها سطوح لغزش آنهاست که به دلیل روانکاری نامناسب تخریب میشوند. در گذشته مواد به کار رفته برای درزگیرها از جنس مواد سخت مانند کاربید تنگستن، گرافیت و کربن، برنز، فولاد زنگنزن و استلایت ساخته میشدند. به منظور جلوگیری از پدیده Galling سطوح در تماس با یکدیگر به طور معمول سختی نابرابر داشتند و یکی از قطعات نقش خودروانکار داشت در حالی که سطح دوم از مواد مقاوم به سایش ساخته میشدند. مشکلی مانند سایش و همچنین مشکلات ذاتی قطعات شامل مقاومت به ترکیبات شیمیایی، استحکام محدود و...، به از کار افتادگی آنها منجر شده و باید حداقل یکی از این قطعات تعویض شوند. آنالیزی که کارشناسان بر تخریب سیلها کردهاند، نشان میدهد تخریب ۵۵درصد از سیلهای مکانیکی ناشی از حرکت خشک سطوح است. بنابراین حدود ۲۱درصد خرابی پمپها ناشی از حرکت خشک سطوح در درزگیرهای مکانیکی است. استفاده از نانوپوششها در این قطعات سبب بهبود خواص، افزایش عمر کاری تجهیزات و صرفهجویی اقتصادی میشود. در فناوری نانوپوشش بهدلیل ماهیت نانویی، خواص متفاوت و منحصری در سطح قطعه ایجاد خواهد شد. افزایش فوقالعاده سختی تا محدوده ۵۰ گیگاپاسکال و ضریب اصطکاک ۰۵/۰ از جمله این خواص است. برای آشنایی بیشتر با نانوپوششها، در ادامه، تعریف و سپس انواع آن از لحاظ ساختاری توضیح داده شده است.
