У экстрэмальных прамысловых умовах, якія характарызуюцца высокай тэмпературай, высокім ціскам і агрэсіўнымі асяроддзямі, выбар ушчыльняльных кампанентаў выходзіць за рамкі простага выбару дэталяў — ён становіцца асноўнай тэхналагічнай праблемай, якая непасрэдна вызначае бяспеку, надзейнасць і тэрмін службы абсталявання. Сутыкнуўшыся з умовамі максімальнай тэмпературы 700-800°C, максімальнага ціску 0,5 МПа, што суправаджаецца карозіяй ад нізкаканцэнтраванай салянай кіслаты, і ў інэртнай атмасферы азоту або ксенону, традыцыйныя ўшчыльняльныя матэрыялы (напрыклад, гума, пластык) цалкам выходзяць з ладу. У гэтым артыкуле разглядаюцца рашэнні па ўшчыльненні асноўных элементаў для такіх умоў эксплуатацыі.
I. Аналіз эксплуатацыйных умоў і асноўныя праблемы
- Экстрэмальна высокая тэмпература (700-800°C)Гэты тэмпературны дыяпазон значна перавышае межы палімерных матэрыялаў, такіх як PTFE (~260°C) або фторэластамер (FKM, ~200°C), і нават выклікае рэзкае зніжэнне трываласці некаторых металаў (напрыклад, алюмінію, медзі). Матэрыялы павінны валодаць вельмі высокай тэмпературай плаўлення, выдатнай трываласцю пры высокіх тэмпературах і ўласцівасцямі супраць паўзучасці.
- Каразійнае асяроддзе (нізкая канцэнтрацыя HCl)Саляная кіслата (HCl) — гэта моцна аднаўляльная неарганічная кіслата, якая выклікае моцную карозію большасці металічных матэрыялаў (напрыклад, нержавеючай сталі, сплаваў на аснове нікеля). Ушчыльняльны матэрыял павінен мець выключную ўстойлівасць да галагенавых кіслот.
- Інэртная атмасфера (N₂/Xe)Нягледзячы на тое, што азот і ксенон хімічна стабільныя і не рэагуюць, такое асяроддзе звычайна патрабуе ад сістэмы надзвычай высокай герметычнасці, каб прадухіліць трапленне паветра (кіслароду, вільгаці) або ўцечку рабочага асяроддзя, што патрабуе практычна нулявой уцечкі.
- Ціск (0,5 МПа)0,5 МПа (прыблізна 5 кгс) знаходзіцца ў дыяпазоне нізкага і сярэдняга ціску, але ў спалучэнні з высокай тэмпературай і карозіяй яно ўсё яшчэ ўяўляе сур'ёзнае выпрабаванне для трываласці і даўгавечнасці матэрыялу.
II. Выбар матэрыялу ўшчыльняльніка стрыжня
Зыходзячы з вышэйзгаданага аналізу,ГрафітіСпецыяльныя высакаякасныя сплавыз'яўляюцца адзінымі магчымымі варыянтамі.
1. Гнуткі графіт (эксфалійаваны графіт) – пераважны матэрыял
Гнуткі графіт, які ўтвараецца шляхам хімічнай апрацоўкі прыроднага графіту, яго награвання для адслойвання і наступнага сціскання ў лісты, — гэтаабсалютны апорны пунктіпераважны матэрыялдля гэтых умоў.
- Устойлівасць да высокіх тэмпературУ неакісляльных асяроддзях (напрыклад, у інэртным азоте або кесоне) яго рабочая тэмпература можа перавышаць 1600°C, што лёгка адпавядае патрабаванню 700-800°C.
- Устойлівасць да карозііЁн мае выдатную ўстойлівасць да большасці кіслот (у тым ліку салянай, сернай, фосфарнай), за выключэннем моцных акісляльных кіслот, такіх як азотная кіслата або канцэнтраваная серная кіслата. HCl нізкай канцэнтрацыі мае мінімальны эфект.
- ГерметычнасцьЁн мяккі і лёгка дэфармуецца, здольны запаўняць паверхневыя недахопы, утвараючы выдатны герметызацыйны пласт, і мае нізкі каэфіцыент трэння.
- ФормыЗвычайна вырабляюцца ў выглядзе графітавых пракладак (спіральна наматаных пракладак), графітавых набівальнікаў або графітавых лістоў.
2. Высокапрадукцыйныя спецыяльныя сплавы – аснова металічных пракладак
Металічныя ўшчыльняльнікі неабходныя, калі патрэбна больш высокая механічная трываласць або структурная падтрымка ўшчыльняльніка. Выбар матэрыялу павінен быць уважлівым:
- Хастэлой®, такія якХастэлой C-276: Гэта выдатны сплаў для ўстойлівасці да карозіі HClЁн валодае надзвычай высокай устойлівасцю да большасці кіслот (у тым ліку HCl, H₂SO₄) як у акісляльным, так і ў аднаўляльным стане, а таксама выдатнымі механічнымі ўласцівасцямі пры высокіх тэмпературах. Ідэальна падыходзіць для вырабу спіральна наматаных пракладак (стужка C-276 + гнуткі графітавы напаўняльнік) або металічных ушчыльняльных кольцаў.
- Сплавы на аснове нікеля (напрыклад, Inconel® 600/625)Маюць добрую трываласць пры высокіх тэмпературах і ўмераную каразійную ўстойлівасць. Аднак іх устойлівасць да HCl значна саступае Hastelloy C-276 і павінна быць старанна ацэнена.
- Тытан і тытанавыя сплавыДобрая ўстойлівасць да хларыдных асяроддзяў (напрыклад, HCl). Аднак чысты тытан губляе трываласць пры тэмпературы вышэй за 300°C, і існуе патэнцыйная рызыка вадароднай охрупченнасці. Высокатэмпературныя тытанавыя сплавы павінны быць выбраны і старанна ацэнены.
- ТанталВалодае выдатнай устойлівасцю да салянай кіслаты. Аднак ён надзвычай дарагі і складаны ў апрацоўцы. Звычайна выкарыстоўваецца ў якасці абліцоўкі або падкладкі.
⚠️ Важныя выключэнні:
- Стандартныя нержавеючыя сталі (напрыклад, 304, 316)Падвяргаецца моцнай карозіі ў асяроддзі HCl і хутка выходзіць з ладу.
- Політэтрафторэтылен (ПТФЭ)Выдатная хімічная ўстойлівасць, але максімальная тэмпература эксплуатацыі складае ўсяго 260°C, што робіць яго абсалютна непрыдатным для выкарыстання пры высокіх тэмпературах.
III. Рэкамендаваныя тыпы і канструкцыі ўшчыльненняў
1. Статычнае ўшчыльненне (фланцы, вечкі і г.д.)
- Спіральна навітыя пракладкі: Гэта самае класічнае і надзейнае рашэннеВыраблены шляхам чаргавання палоскі з сплаву Hastelloy C-276 і палоскі з гнуткага графіту. Палоска з сплаву забяспечвае механічную трываласць і пругкасць, а графітавая палоска — пачатковае ўшчыльненне і кампенсацыю. Гэта ідэальна спалучае трываласць металу з герметычнасцю графіту, яго тэмпературнай і каразійнай устойлівасцю.
- Гнуткія графітавыя кампазітныя пракладкіГнуткі графітавы ліст, ламінаваны металічнай зубчастай пласцінай, перфараванай пласцінай або сеткаватай пласцінай для павышэння яго трываласці на сціск і выдзіманне. Падыходзіць для стандартных фланцавых злучэнняў.
2. Дынамічнае ўшчыльненне (стрыжні клапанаў, валы мешалак і г.д.)
Гэта стварае большую праблему з-за трэння і зносу.
- Плётаная графітавая ўпакоўкаПлётка з графітавых валокнаў у квадратны шнур і ўпакаваная ў сальнік. Восевая сіла ад сальніка сціскае яго, выклікаючы радыяльнае пашырэнне, каб ён дакрануўся да паверхні вала і стварыўся ўшчыльняльнік. Ён валодае высокай тэрмаўстойлівасцю, каразійнай устойлівасцю і самазмазвальнымі ўласцівасцямі, што робіць яго распаўсюджаным выбарам для высокатэмпературных клапанаў і мешалак. Хуткасць уцечкі неабходна кантраляваць.
- Спружынныя ўшчыльняльнікіШматлікія графітавыя кольцы ўшчыльняльнікаў абапіраюцца на спружыну з высокатэмпературнага сплаву (напрыклад, інконель). Спружына забяспечвае пастаянную кампенсацыйную сілу, каб кампенсаваць страту сілы ўшчыльнення з-за зносу і тэрмацыклічных змен, што дазваляе вельмі нізкай частаце ўцечак.
IV. Меркаванні па праектаванні і выкарыстанні
- Якасць паверхніПаверхні ўшчыльнення (фланцы, паверхні вала) павінны мець высокую цвёрдасць і апрацоўку, каб прадухіліць знос або экструзію мяккага графітавага матэрыялу.
- Нагрузка на балтыРазлічыце і прыкладзеце дастатковую нагрузку на балты, каб забяспечыць дасягненне пракладкай неабходнага напружання герметызацыі. Гэта асабліва важна пры высокіх тэмпературах, калі можа адбыцца рэлаксацыя балтаў з-за іх паўзучасці, што можа запатрабаваць паўторнай зацяжкі.
- Улічванне тэрмічных цыклаўЦеплавое пашырэнне і сцісканне падчас нагрэву і астуджэння абсталявання ўплываюць на сціск ушчыльняльнікаў. Выбар тыпаў ушчыльняльнікаў з добрай пругкасцю (напрыклад, спіральна-наматаныя пракладкі, спружынныя ўшчыльняльнікі) мае вырашальнае значэнне.
- Чысціня газуНеабходна забяспечыць чысціню інэртнага газу. Калі атмасфера забруджана кіслародам, гэта прывядзе да акіслення гнуткага графіту пры высокіх тэмпературах, што прывядзе да пашкоджання ўшчыльняльнікаў.
V. Рэзюмэ
Для асяроддзяў з тэмпературай 700-800°C, ціскам 0,5 МПа, нізкай канцэнтрацыяй салянай кіслаты ў атмасферы азоту/ксенону, камбінацыя матэрыялаў...з цэнтрам на гнуткім графіце, з Hastelloy C-276 для ўзмацнення і падтрымкі, з'яўляецца правераным і надзейным рашэннем для герметызацыі.
| Параметр умовы | Выклік | Асноўнае рашэнне |
|---|---|---|
| Тэмпература 700-800°C | Палімеры плавяцца, металы размякчаюцца | Гнуткі графіт, Суперсплавы на аснове нікеля/кобальту |
| Ціск 0,5 МПа | Нізкі-сярэдні ціск, патрабуе добрай сціскальнасці і аднаўлення | Спіральна навітыя пракладкі, Спружынныя ўшчыльняльнікі |
| HCl нізкай канцэнтрацыі | Раз'ядае большасць металаў | Гнуткі графіт, Хастэлой C-276, Тантал |
| Інэртная атмасфера (N₂/Xe) | Прадухіляе акісленне графіту, патрабуе практычна нулявой уцечкі | Атмасфера высокай чысціні,Высокаякасная канструкцыя ўшчыльнення |
Для фактычнага выбару рэкамендуецца пракансультавацца з прафесійнымі пастаўшчыкамі ўшчыльняльнікаў, падаць падрабязныя рабочыя параметры і правесці неабходную эксперыментальную праверку для забеспячэння надзейнай працы. Выкарыстоўваючы вышэйапісаныя перадавыя матэрыялы і канструкцыі, цалкам магчыма пераадолець праблемы з герметызацыяй у гэтых экстрэмальных умовах эксплуатацыі і забяспечыць доўгатэрміновую, бяспечную і стабільную працу абсталявання.
Час публікацыі: 25 жніўня 2025 г.