Tesnenie, ktoré zlyhá, môže zmiešať dva procesné prúdy, odstaviť linku a vytvoriť bezpečnostné riziko. Keď je kvapalinou horúci metylénchlorid alebo perchlóretylén, štandardné elastoméry ako Viton napučia a zlyhajú. Výber materiálu tesnenia sa stáva kritickou hádankou chemickej kompatibility. V prípade výmenníka tepla z PTFE, ktorý manipuluje s agresívnymi horúcimi chlórovanými rozpúšťadlami, musí tesnenie odolávať chemickému napadnutiu, udržiavať tesnenie počas tepelných cyklov a vyhýbať sa kontaminácii procesnej tekutiny. Výber nesprávneho materiálu môže viesť k netesnostiam, prestojom a uvoľneniu do životného prostredia.
Výzva na utesnenie pomocou chlórovaných rozpúšťadiel
Chlórované rozpúšťadlá ako metylénchlorid (dichlórmetán, DCM), perchlóretylén (PCE, tetrachlóretylén), trichlóretylén (TCE) a chlórbenzén sa široko používajú pri odmasťovaní, chemickom čistení, chemickej syntéze a farmaceutickom spracovaní. Keď sa tieto rozpúšťadlá zahrievajú v PTFE výmenníku-zvyčajne na strane rúrky, s vykurovacím alebo chladiacim médiom na strane plášťa-predstavujú jedinečnú výzvu na utesnenie.
Väčšina elastomérnych tesnení (nitril, EPDM, Viton, silikón) je napadnutá chlórovanými rozpúšťadlami. Viton® (FKM) výrazne napučiava a stráca mechanické vlastnosti. Nitrilový kaučuk (NBR) sa rozpúšťa alebo krehne. Nevhodný je ani polychloroprén (neoprén). Jediné elastoméry s okrajovou odolnosťou (napr. perfluórelastoméry ako Kalrez® alebo Chemraz®) sú extrémne drahé a stále vyžadujú potvrdenie pri špecifickom rozpúšťadle a teplote. Okrem toho môžu elastoméry vylúhovať zmäkčovadlá alebo oligoméry s nízkou -molekulovou- hmotnosťou do rozpúšťadla, čím kontaminujú destilát, ktorý môže vyžadovať vysokú čistotu.
Preto hľadanie amateriál tesnenia horúce chlórované rozpúšťadlo PTFE výmenníknevyhnutne poukazuje na roztoky na báze fluórpolymérov-alebo grafitu-, ktoré sú chemicky inertné a tepelne stabilné.
Kandidátske tesniace materiály
1. Expandovaný PTFE (ePTFE)
Expandovaný polytetrafluóretylén (ePTFE) je modifikovaná forma PTFE, ktorý je napenený alebo natiahnutý, aby vytvoril mikroporéznu, vysoko flexibilnú štruktúru. Zachováva si univerzálnu chemickú odolnosť pevného PTFE-kompatibilného so všetkými chlórovanými rozpúšťadlami pri teplotách až do približne 260 stupňov (500 stupňov F). Praktický teplotný limit pre ePTFE tesnenia v nepretržitej prevádzke je však vo všeobecnosti 200–230 stupňov, v závislosti od konkrétnej triedy.
Výhody chlórovaných rozpúšťadiel:
Inertný voči metylénchloridu, perchlóretylénu, TCE a všetkým ostatným chlórovaným uhľovodíkom.
Žiadne vylúhovanie alebo extrahovateľné látky (čistý PTFE).
Vysoko prispôsobivý – mäkký, pružný materiál lepšie vyplní nedokonalosti povrchu príruby (škrabance, jamky, zvlnenie) ako pevný PTFE.
Nízke tečenie a tečenie za studena v porovnaní s pevným PTFE, aj keď stále významné.
Dostupné v doštičkách, páskach a predrezaných{0}}tesneniach.
Nevýhody:
Obmedzená mechanická pevnosť v porovnaní s gumovými tesneniami.
Vyžaduje vyššie zaťaženie skrutiek na dosiahnutie tesnenia (zvyčajne 20–30 MPa napätie tesnenia).
Náchylné na uvoľnenie dotvarovania v priebehu času; re{0}}opätie po tepelnom cyklovaní je nevyhnutné.
2. Flexibilný grafit s PTFE povlakom alebo lamináciou
Flexibilný grafit (nazývaný aj expandovaný grafit) je vynikajúcim-tesniacim materiálom pre vysoké teploty. Je inertný voči takmer všetkým chemikáliám, vrátane chlórovaných rozpúšťadiel, až do veľmi vysokých teplôt (450 stupňov a viac). Čistý grafit však môže byť trochu porézny a môže uvoľňovať jemné častice. V prípade prevádzky výmenníka tepla, kde je problémom kontaminácia, poskytuje PTFE povlak alebo PTFE laminát na ploche, ktorá prichádza do kontaktu s tekutinou, -nepriľnavú-,-poréznu bariéru.
Typická konštrukcia:
Jadro z pružného grafitu (s alebo bez kovovej vložky pre pevnosť).
Tenká vrstva PTFE filmu (napr. 0,05–0,1 mm) pripojená k povrchu, ktorý je v kontakte s chlórovaným rozpúšťadlom.
Alternatívne môže PTFE obalové tesnenie (diskutované nižšie) použiť ako jadro pružný grafit.
Výhody:
Vynikajúca teplotná odolnosť (až do 350 stupňov pre samotný grafit, 230 stupňov s PTFE povlakom).
Veľmi nízke dotvarovanie – udržuje zaťaženie skrutiek lepšie ako ePTFE.
Dobrá chemická odolnosť (grafit je napadnutý iba silnými oxidačnými činidlami ako koncentrovaná kyselina dusičná alebo kyslík pri vysokých teplotách; chlórované rozpúšťadlá nie sú oxidačné činidlá).
Nevýhody:
Povlak PTFE môže byť tenký a môže sa poškriabať, čím sa odkryje grafit. Plná PTFE obálka je spoľahlivejšia.
Grafit môže byť abrazívny; vyžaduje sa starostlivé zaobchádzanie.
3. Tesnenia obálky z PTFE
Tesnenie obalu z PTFE pozostáva zo stlačiteľného výplňového jadra (ako je perforovaná kovová doska, doska z ne{0}}azbestových vlákien alebo flexibilná grafitová doska) úplne obklopená tenkým obalom z PTFE. Obálka má zvyčajne hrúbku 0,2 až 0,5 mm a je prevrátená na vnútorných a vonkajších okrajoch. PTFE obal poskytuje chemickú odolnosť, zatiaľ čo jadro poskytuje pružnosť a odolnosť proti tečeniu.
Pre horúce chlórované rozpúšťadlá odporúčané materiály jadra:
Flexibilný grafit (pre vysoké teploty, až 230 stupňov s PTFE obalom)
Expandovaná oceľ alebo monelová sieť (pre mechanickú pevnosť)
Ne-azbestové vysokoteplotné-vlákno (zabezpečte, že sa nerozložia žiadne spojivá)
Výhody:
Vynikajúca chemická odolnosť – iba PTFE prichádza do kontaktu s rozpúšťadlom.
Dobrá stlačiteľnosť a zotavenie – dobre tesní na poškodených prírubách.
Dostupné v štandardných veľkostiach pre PTFE príruby výmenníka tepla.
Nevýhody:
Vyššie náklady ako doska ePTFE.
Pri nesprávnej manipulácii s tesnením môže dôjsť k prepichnutiu obalu.
Vyžaduje starostlivé centrovanie počas inštalácie.
4. Pevné PTFE tesnenia (neplnené)
Pevné, neplnené PTFE tesnenia (vyrezané z 1–3 mm hrubého plechu) sú chemicky kompatibilné, ale majú zlú prispôsobivosť a extrémne tečenie. Ťažko sa utesňujú na drsných prírubách a vo všeobecnosti sa neodporúčajú pre použitie s chlórovanými rozpúšťadlami, pokiaľ nie sú príruby veľmi ploché a skrutky sa často doťahujú. Expandovaný PTFE je takmer vždy lepšou voľbou.
Referenčná tabuľka kompatibility
| Materiál tesnenia | Chemická odolnosť voči horúcim chlórovaným rozpúšťadlám (do 150 stupňov) | Teplotný limit | Riziko vylúhovania | Creep / Relaxácia | Odporúčané pre PTFE výmenník? |
|---|---|---|---|---|---|
| Nitrilová guma (NBR) | Slabé – rozpúšťa sa alebo napučiava | Nízka (<80°C) | Vysoká (plastifikátory) | Nízka | Nie |
| EPDM | Zlý – napučiava v mnohých chlórovaných rozpúšťadlách | Mierne | Vysoká | Nízka | Nie |
| Viton (FKM) | Výrazne napučiava pri DCM, TCE | Stredná (200 stupňov, ale chemicky zlyháva) | Mierne | Nízka | Nie |
| Perfluórelastomér (FFKM) | Vynikajúce - ale extrémne drahé | Až 260 stupňov | Veľmi nízka (pre väčšinu cena neprípustná) | Nízka | Áno, ale cenovo-nepriaznivé |
| Pevný PTFE | Výborne | Až 260 stupňov | žiadne | Veľmi vysoká (slabé tesnenie) | Neodporúča sa (plazenie) |
| Expandovaný PTFE (ePTFE) | Výborne | Až 230 stupňov | žiadne | Stredný (vyžaduje re-torking) | Áno (prvá voľba) |
| Flexibilný grafit (nepotiahnutý) | Výborne | Až 450 stupňov | Nízka (možné uvoľňovanie častíc) | Veľmi nízka | Áno, ak je vniknutie častíc prijateľné |
| grafit potiahnutý PTFE- | Vynikajúce (PTFE tvár) | Až 230 stupňov (limit PTFE) | Minimálne | Veľmi nízka | áno |
| PTFE obal s grafitovým jadrom | Výborne | Až 230 stupňov | žiadne | Nízka | Áno (spoľahlivý výber) |
Mechanika tesnenia: Tesnenia z PTFE vyžadujú starostlivosť
Na rozdiel od elastomérových tesnení, ktoré sa prispôsobia pri miernom zaťažení skrutiek, tesnenia na báze PTFE- (vrátane ePTFE) sú termoplastické. Vyžadujú vyššie počiatočné napätie skrutiek na vytvorenie tesnenia-zvyčajne 20–35 MPa na kontaktnej ploche tesnenia. To je 2-3 násobok zaťaženia potrebného pre gumové tesnenie. Príruba musí byť dostatočne robustná, aby odolala týmto zaťaženiam bez ohýbania.
Okrem toho PTFE pri trvalom stláčaní tečie (tečie za studena). Po prvom tepelnom cykle sa hrúbka tesnenia môže znížiť, čím sa zníži zaťaženie skrutiek. pretoopätovné zapnutie, keď výmenník dosiahne prevádzkovú teplotu a potom sa ochladídôrazne sa odporúča. Užitočné môže byť aj druhé obnovenie-po niekoľkých dňoch prevádzky. Niektorí výrobcovia tesnení poskytujú krivky udržania krútiaceho momentu na plánovanie intervalov opätovného uťahovania{3}}.
Premateriál tesnenia horúce chlórované rozpúšťadlo PTFE výmenníkPri výbere je priemyselným štandardom kombinácia ePTFE alebo PTFE-tesnenia so stlačiteľným jadrom (grafit alebo kov). Dizajn obalu poskytuje nadbytočnú bariéru-aj keď je obal poškodený, materiál jadra by mal byť chemicky kompatibilný (napr. flexibilný grafit je odolný aj voči chlórovaným rozpúšťadlám).
Najlepšie postupy inštalácie
Príprava príruby– Čelné plochy prírub by mali byť hladké (Ra 1,6–3,2 µm) a bez hlbokých škrabancov, jamiek alebo radiálnych stôp. Chlórované rozpúšťadlá môžu presakovať cez malé kapilárne kanáliky, ak je povrch príruby príliš drsný. Vyvýšená-čelná príruba so zúbkovaným povrchom je prijateľná, ale nemala by mať ostré drážky.
Stredenie tesnenia– Tesnenia obalu z PTFE musia byť dokonale vycentrované. Mimo{1}}stredové tesnenie môže spôsobiť prehnutie obalu alebo odhalenie jadra na vnútornom okraji.
Postupnosť uťahovania skrutiek– Použite kalibrovaný momentový kľúč. Postupujte podľa vzoru hviezdy. Pri veľkých prírubách dotiahnite aspoň v troch priechodoch (napr. 30 %, 70 %, 100 % cieľového krútiaceho momentu). Zaznamenajte konečné hodnoty krútiaceho momentu.
Re-plán napínania– Po prvom zahriatí-na prevádzkovú teplotu (napr. 120 stupňov pre metylénchlorid pod tlakom) ochlaďte výmenník takmer na okolitú teplotu a potom znova-dotiahnite skrutky. Opakujte po 24 hodinách prevádzky. Po týchto počiatočných{8}}krútiacich momentoch je mnoho systémov stabilných niekoľko mesiacov alebo rokov, ale každoročné{9}}zmenenie je rozumné.
Výpočet zaťaženia skrutiek– Pozrite si minimálne namáhanie tesnenia publikované výrobcom tesnenia (napr. pre ePTFE je typická hodnota „Y“ 20–25 MPa). Vypočítajte požadovaný krútiaci moment skrutiek pomocou geometrie príruby a koeficientov trenia. Nehádajte.
Prečo nepoužívať iné bežné tesniace materiály?
Nasledujúce materiály sa často používajú v menej agresívnych prevádzkach, ale sú nebezpečné s horúcimi chlórovanými rozpúšťadlami:
CAF (stlačené azbestové vlákno)– Zatiaľ čo azbestové vlákna sú inertné, gumové spojivá v tesneniach CAF sú napádané chlórovanými rozpúšťadlami, čo spôsobuje delamináciu a netesnosť tesnenia. CAF je tiež zakázaný v mnohých jurisdikciách.
Ne-azbestové vlákno (NAF)– Väčšina tesnení NAF obsahuje aramidové vlákna a nitrilové alebo SBR spojivá, ktoré napučiavajú alebo sa rozpúšťajú v chlórovaných rozpúšťadlách. Prijateľné sú iba špeciálne NAF so spojivami PTFE, ale v skutočnosti ide o kompozity ePTFE.
Kovové tesnenia (špirálové vinutie, kammprofil)– Špirálovo vinuté tesnenia z nehrdzavejúcej ocele alebo Monel s PTFE výplňou sú chemicky odolné, ale vyžadujú veľmi vysoké zaťaženie skrutiek a hladké povrchové úpravy prírub. Sú vhodné pre vysokotlakové-aplikácie, ale zvyčajne sú prehnané pre PTFE výmenníky, ktoré pracujú pri miernom tlaku (často<10 bar). However, they can be used if the flange design allows.
Zhrnutie: Najmenší komponent, najväčšia zodpovednosť
Výber správneho tesnenia pre chlórované rozpúšťadlá je o výbere chemicky inertných, stlačiteľných materiálov a dodržiavaní starostlivých montážnych postupov. Expandovaný PTFE (ePTFE) ponúka univerzálnu kompatibilitu, dobrú prispôsobivosť a žiadne vylúhovanie. Tesnenia plášťa z PTFE s flexibilnými grafitovými jadrami poskytujú vynikajúcu odolnosť proti tečeniu a spoľahlivosť tesnenia. Flexibilný grafit s PTFE povlakom je robustnou alternatívou pre vyššie teploty. Elastomérovým tesneniam sa treba úplne vyhnúť. Tesnenie je poslednou líniou obrany proti úniku. Správny výber v kombinácii so správnym uťahovacím momentom skrutiek a dotiahnutím{6}}po tepelných cykloch zaisťuje, že PTFE výmenník tepla manipulujúci s horúcimi chlórovanými rozpúšťadlami bude fungovať bezpečne a efektívne. Najmenšia súčiastka vo výmenníku tepla môže byť najdôležitejšia pre bezpečnosť a výkon-a nikde to neplatí viac ako pri prevádzke s chlórovaným rozpúšťadlom.
