A meghibásodott tömítés összekeverhet két folyamatáramot, leállíthat egy vezetéket, és biztonsági kockázatot jelenthet. Amikor a folyadék forró metilén-klorid vagy perklór-etilén, a szabványos elasztomerek, például a Viton megduzzadnak és tönkremennek. A tömítés anyagának megválasztása kritikus kémiai kompatibilitási rejtvényvé válik. Az agresszív, forró klórozott oldószereket kezelő PTFE hőcserélőknél a tömítésnek ellenállnia kell a vegyi hatásoknak, meg kell tartania a tömítést a hőciklusokon keresztül, és el kell kerülnie a technológiai folyadék szennyeződését. A nem megfelelő anyag kiválasztása szivárgáshoz, leálláshoz és környezeti kibocsátáshoz vezethet.
A tömítési kihívás klórozott oldószerekkel
A klórozott oldószereket, például a metilén-kloridot (diklór-metán, DCM), a perklór-etilént (PCE, tetraklór-etilén), a triklór-etilént (TCE) és a klór-benzolt széles körben használják zsírtalanításban, vegytisztításban, kémiai szintézisben és gyógyszerészeti feldolgozásban. Ha PTFE hőcserélőben -jellemzően a cső felőli oldalon, fűtő- vagy hűtőközeggel a héj felőli oldalon hevítik-, ezek az oldószerek egyedülálló tömítési kihívást jelentenek.
A legtöbb elasztomer tömítést (nitril, EPDM, Viton, szilikon) megtámadják a klórozott oldószerek. A Viton® (FKM) jelentősen megduzzad és elveszti mechanikai tulajdonságait. A nitrilkaucsuk (NBR) feloldódik vagy rideggé válik. Még a polikloroprén (neoprén) is alkalmatlan. Az egyetlen marginális ellenállású elasztomerek (pl. a perfluorelasztomerek, mint a Kalrez® vagy a Chemraz®) rendkívül drágák, és még mindig meg kell erősíteni az adott oldószert és hőmérsékletet. Ezenkívül az elasztomerek lágyítószereket vagy kis -molekulatömegű- oligomereket szivárogtathatnak az oldószerbe, szennyezve a desztillátumot, amely nagy tisztaságot igényelhet.
Ezért a keresés atömítés anyaga forró klórozott oldószer PTFE hőcserélőelkerülhetetlenül a fluorpolimer -alapú vagy grafit- alapú oldatok felé mutat, amelyek kémiailag inertek és hőstabilak.
Tömítésjelölt anyagok
1. Kiterjesztett PTFE (ePTFE)
Az expandált politetrafluor-etilén (ePTFE) a PTFE módosított formája, amelyet habosítanak vagy nyújtanak, hogy mikroporózus, rendkívül rugalmas szerkezetet hozzanak létre. Megőrzi a szilárd PTFE univerzális vegyszerállóságát, -kompatibilis minden klórozott oldószerrel körülbelül 260 fokos (500 °F) hőmérsékletig. Az ePTFE tömítések gyakorlati hőmérsékleti határa azonban folyamatos üzemben általában 200–230 fok, az adott minőségtől függően.
A klórozott oldószerek előnyei:
Inert a metilén-kloriddal, perklór-etilénnel, TCE-vel és minden más klórozott szénhidrogénnel szemben.
Nincs kimosódás vagy extrahálható anyag (tiszta PTFE).
Rendkívül rugalmas – a puha, rugalmas anyag jobban kitölti a karima felületi hibáit (karcolások, gödrök, hullámosság), mint a tömör PTFE.
Alacsony kúszás és hidegáramlás a szilárd PTFE-hez képest, bár még mindig jelentős.
Lapok, szalagok és előre{0}}vágott tömítések formájában kapható.
Hátrányok:
Korlátozott mechanikai szilárdság a gumitömítésekhez képest.
A tömítés eléréséhez nagyobb csavarterhelésre van szükség (általában 20–30 MPa tömítési feszültség).
Idővel kúszás ellazulásra érzékeny; A hőciklus utáni újrafeszítés elengedhetetlen.
2. Rugalmas grafit PTFE bevonattal vagy laminálással
A rugalmas grafit (habosított grafitnak is nevezik) kiváló magas hőmérsékletű{0}}tömítésanyag. Szinte minden vegyszerrel szemben közömbös, beleértve a klórozott oldószereket is, egészen nagyon magas hőmérsékletig (450 fok vagy több). A tiszta grafit azonban kissé porózus lehet, és finom részecskéket onthat. Olyan hőcserélő-szervizeknél, ahol a szennyeződés aggodalomra ad okot, a PTFE-bevonat vagy a PTFE-réteg a folyadékkal érintkező felületen tapadásmentes, nem{7}}porózus gátat biztosít.
Tipikus konstrukció:
Rugalmas grafit mag (a szilárdság érdekében fémbetéttel vagy anélkül).
Vékony PTFE filmréteg (pl. 0,05–0,1 mm) a klórozott oldószerrel érintkező felülethez kötve.
Alternatív megoldásként egy PTFE buroktömítés (lásd alább) alkalmazhat rugalmas grafitot magként.
Előnyök:
Kiváló hőállóság (maga grafit esetén akár 350 fok, PTFE bevonattal 230 fok).
Nagyon alacsony kúszás – jobban tartja a csavarterhelést, mint az ePTFE.
Jó vegyszerállóság (a grafitot csak erős oxidálószerek, például tömény salétromsav vagy oxigén támadják meg magas hőmérsékleten; a klórozott oldószerek nem oxidálószerek).
Hátrányok:
A PTFE bevonat vékony lehet és megkarcolódhat, így szabaddá válik a grafit. A teljes PTFE burok megbízhatóbb.
A grafit csiszoló hatású lehet; gondos kezelésre van szükség.
3. PTFE borítéktömítések
A PTFE-burok tömítése összenyomható töltőanyagból áll (például perforált fémlemezből, nem -azbesztszálas lemezből vagy rugalmas grafitlemezből), amelyet teljesen körülvesz egy vékony PTFE-burok. A boríték jellemzően 0,2–0,5 mm vastag, belső és külső szélein át van fordítva. A PTFE burkolat biztosítja a vegyszerállóságot, míg a mag rugalmasságot és kúszásállóságot biztosít.
Forró klórozott oldószerekhez ajánlott maganyagok:
Rugalmas grafit (magas hőmérséklethez, akár 230 fokig PTFE burokkal)
Kiterjesztett acél vagy monel háló (a mechanikai szilárdság érdekében)
Nem-azbeszt, magas hőmérsékletű-szál (biztosítani kell, hogy ne bomlanak le a kötőanyagok)
Előnyök:
Kiváló vegyszerállóság – csak a PTFE érintkezik az oldószerrel.
Jó összenyomhatóság és visszanyerés – jól tömít a sérült karimákon.
Szabványos méretben kapható PTFE hőcserélő karimához.
Hátrányok:
Magasabb költség, mint az ePTFE lapé.
A boríték kilyukadhat, ha a tömítést nem megfelelően kezelik.
A telepítés során gondos központosítást igényel.
4. Szilárd PTFE tömítések (töltetlen)
A tömör, töltetlen PTFE tömítések (1–3 mm vastag lapból vágva) vegyileg kompatibilisek, de gyenge az alakformáló képességük és extrém kúszásuk. Nehezen tömíthetők durva karimákon, és általában nem ajánlottak klóros oldószeres használathoz, kivéve, ha a karimák nagyon laposak, és a csavarokat gyakran meghúzzák{3}}. A kiterjesztett PTFE szinte mindig jobb választás.
Kompatibilitási referencia táblázat
| Tömítés anyaga | Forró klórozott oldószerekkel szembeni kémiai ellenállás (150 fokig) | Hőmérséklet határérték | Kimosódási kockázat | Kúszás / Relaxáció | PTFE hőcserélőhöz ajánlott? |
|---|---|---|---|---|---|
| Nitril gumi (NBR) | Gyenge – feloldódik vagy megduzzad | Alacsony (<80°C) | Magas (lágyítók) | Alacsony | Nem |
| EPDM | Gyenge – sok klórozott oldószerben megduzzad | Mérsékelt | Magas | Alacsony | Nem |
| Viton (FKM) | Jelentősen megduzzad DCM-ben, TCE-ben | Közepes (200 fok, de kémiailag nem működik) | Mérsékelt | Alacsony | Nem |
| Perfluorelasztomer (FFKM) | Kiváló – de rendkívül drága | 260 fokig | Nagyon alacsony (a költség a legtöbb számára megfizethetetlen) | Alacsony | Igen, de a költség-tilos |
| Szilárd PTFE | Kiváló | 260 fokig | Egyik sem | Nagyon magas (rossz tömítés) | Nem ajánlott (kúszás) |
| Kiterjesztett PTFE (ePTFE) | Kiváló | 230 fokig | Egyik sem | Mérsékelt (újra{0}}meghúzást igényel) | Igen (első választás) |
| Rugalmas grafit (bevonat nélküli) | Kiváló | 450 fokig | Alacsony (részecskeveszteség lehetséges) | Nagyon alacsony | Igen, ha a részecskék behatolása elfogadható |
| PTFE{0}}bevonatú grafit | Kiváló (PTFE arc) | Akár 230 fok (PTFE határérték) | Minimális | Nagyon alacsony | Igen |
| PTFE boríték grafit maggal | Kiváló | 230 fokig | Egyik sem | Alacsony | Igen (megbízható választás) |
Tömítési mechanika: A PTFE tömítések gondozást igényelnek
A mérsékelt csavarterhelésnek megfelelő elasztomer tömítésekkel ellentétben a PTFE{0}}alapú tömítések (beleértve az ePTFE-t is) hőre lágyulóak. Nagyobb kezdeti csavarfeszültségre van szükségük ahhoz, hogy -tipikusan 20–35 MPa tömítést hozzanak létre a tömítés érintkezési területén. Ez 2-3-szorosa a gumitömítéshez szükséges terhelésnek. A karimának elég robusztusnak kell lennie ahhoz, hogy elviselje ezeket a terheléseket hajlítás nélkül.
Ezenkívül a PTFE kúszik (hideg áramlás) tartós kompresszió hatására. Az első termikus ciklus után a tömítés vastagsága csökkenthetett, csökkentve a csavarterhelést. Ezért,újra-nyomni, miután a hőcserélő elérte az üzemi hőmérsékletet, majd lehűlterősen ajánlott. Néhány napos működés után egy második megfeszítés is hasznos lehet. Egyes tömítésgyártók nyomatékmegtartási görbéket biztosítanak az újra-meghúzási időközök ütemezéséhez.
Atömítés anyaga forró klórozott oldószer PTFE hőcserélőAz ePTFE vagy a PTFE{0}}buroktömítés kombinációja összenyomható maggal (grafit vagy fém) az ipari szabvány. A burok kialakítása redundáns gátat biztosít-még akkor is, ha a burkolat sérült, a mag anyagának vegyileg kompatibilisnek kell lennie (pl. a rugalmas grafit ellenáll a klórozott oldószereknek is).
Bevált telepítési gyakorlatok
Karima előkészítése– A karima felületeinek simának kell lenniük (Ra 1,6–3,2 µm), és mentesnek kell lenniük a mély karcoktól, lyukaktól vagy sugárirányú nyomoktól. A klórozott oldószerek átszivároghatnak az apró kapilláriscsatornákon, ha a karima felülete túl durva. A fogazott felületű, emelt-felületű karima elfogadható, de nem lehetnek éles hornyok.
Tömítés központosítás– A PTFE borítéktömítéseket tökéletesen központosítani kell. A középső
Csavar meghúzási sorrendje– Használjon kalibrált nyomatékkulcsot. Kövess egy csillagmintát. Nagy karimák esetén húzza meg legalább három menetben (pl. a célnyomaték 30%, 70%, 100%-a). Rögzítse a végső nyomatékértékeket.
Újra-ütemezési ütemterv– Az első felfűtés-a működési hőmérsékletre (pl. 120 fok nyomás alatti metilén-klorid esetén) hűtse le a hőcserélőt közel környezeti hőmérsékletre, majd húzza meg újra a csavarokat. 24 óra működés után ismételje meg. Ezek után a kezdeti nyomatékok után sok rendszer hónapokig vagy évekig stabil marad, de az éves megfeszítés körültekintő.
Csavarterhelés számítása– Nézze meg a tömítés gyártója által közzétett minimális tömítési feszültséget (pl. ePTFE esetében a tipikus "Y" érték 20–25 MPa). Számítsa ki a szükséges csavarnyomatékot a karima geometriájával és a súrlódási tényezőkkel. Ne találgass.
Miért ne használjon más általános tömítési anyagokat?
A következő anyagokat gyakran használják kevésbé agresszív szolgáltatásokban, de veszélyesek a forró klórozott oldószerekkel:
CAF (sűrített azbesztszál)– Míg az azbesztszálak közömbösek, a CAF tömítésekben lévő gumi kötőanyagokat megtámadják a klórozott oldószerek, ami a tömítés leválását és szivárgását okozza. A CAF számos joghatóságban is betiltott.
Nem{0}}azbesztszál (NAF)– A legtöbb NAF tömítés aramidszálakat és nitril- vagy SBR-kötőanyagokat tartalmaz, amelyek megduzzadnak vagy feloldódnak klórozott oldószerekben. Csak a PTFE kötőanyaggal ellátott speciális NAF elfogadható, de ezek gyakorlatilag ePTFE kompozitok.
Fém tömítések (spirális tekercs, kammprofil)– A rozsdamentes acél vagy Monel spirálisan tekercselt tömítések PTFE töltőanyaggal vegyileg ellenállóak, de nagyon nagy csavarterhelést és sima karimás felületet igényelnek. Alkalmasak nagynyomású<10 bar). However, they can be used if the flange design allows.
Összegzés: A legkisebb komponens, a legnagyobb felelősség
A megfelelő tömítés kiválasztása klórozott oldószerekhez a kémiailag inert, összenyomható anyagok kiválasztásán és a gondos beszerelési eljárások betartásán alapul. A kiterjesztett PTFE (ePTFE) univerzális kompatibilitást, jó konformitást és kimosódásmentességet kínál. A rugalmas grafitmaggal rendelkező PTFE buroktömítések kiváló kúszásállóságot és tömítési megbízhatóságot biztosítanak. A PTFE bevonattal ellátott rugalmas grafit robusztus alternatíva a magasabb hőmérsékletekhez. Az elasztomer tömítéseket teljes mértékben el kell kerülni. A tömítés az utolsó védelmi vonal a szivárgás ellen. A megfelelő kiválasztás, valamint a csavarok megfelelő meghúzási nyomatéka és a hőciklusok utáni újra{6}}meghúzás biztosítja, hogy a forró klórozott oldószereket kezelő PTFE hőcserélő biztonságosan és hatékonyan működjön. A hőcserélő legkisebb alkatrésze lehet a legkritikusabb a biztonság és a teljesítmény szempontjából,{8}}és ez sehol sem igazabb, mint a klórozott oldószeres szolgáltatásnál.
