Kako izbrati tesnila za PTFE izmenjevalec v cikličnem vakuum-tlaku?

Tesnilo izmenjevalnika toplote se muči s postopkom, ki izmenično vleče močan vakuum in pritiska več barov. Tesnilo se nenehno vleče in izpihuje. Deluje kot diafragma. Preprosto tesnilo iz mehkega elastomera bo izgubilo obliko ali se ne bo v kratkem vrnilo v obliko. PTFE izmenjevalnik toplote se v takih cikličnih nastavitvah sooča s sovražnimi kemikalijami. Zato je izbira tesnila PTFE izmenjevalnika s cikličnim vakuumskim tlakom pomembna odločitev glede zanesljivosti. Neustrezno tesnilo povzroči puščanje, izgubo celovitosti vakuuma in nenačrtovane izpade.

Mehanizmi okvar pri ciklični vakuumski-tlačni obremenitvi
Preden se odločimo za rešitev, je treba vedeti, kako se tesnila obnašajo pri različnih tlačnih režimih.

v vakuumu
Če je procesna stran izpraznjena do močnega vakuuma (običajno manj kot 10 mbar absolutno), potem tlak okolja na zunanji strani prirobnice potisne tesnilo navznoter. Mehko, nestisnjeno tesnilo lahko potegnete v izvrtino opreme ali prostor med prirobnicama. Ta premik navznoter lahko povzroči:

Izguba tlačne napetosti na tesnilnih površinah

Trajna deformacija ali hladen tok materiala tesnila.

Vakuumska pot puščanja čez ID tesnila

Na kraju samem
Pri procesu pod tlakom (npr. . 3–6 barov) bo notranji tlak deloval tako, da bo potisnil tesnilo navzven. Kjer tesnilo ni fizično omejeno, lahko tesnilo sega v prostor prirobnice med luknjami za vijake. Ekstrudiranje daje:

Tanjšanje tesnila na OD.

Izguba tesnilnega stika.

Nenaden izbruh ali počasno puščanje

Kombinirani ciklični učinek
Izmenični vakuum in tlak povzročita, da tesnilo z vsakim ciklom drsi naprej in nazaj. To ponavljajoče se upogibanje obdeluje material tesnila, pospešuje utrujenost, lezenje in sprostitev. Tesnilo, ki je odvisno od elastičnega okrevanja mehkega materiala, se bo sčasoma utrdilo in izgubilo sposobnost tesnjenja.

Primerne vrste tesnil PTFE izmenjevalnika
Za toplotni izmenjevalnik PTFE je kemična združljivost s procesno tekočino ključnega pomena. PTFE je sam po sebi merilo za globalno kemično odpornost. Tako mora biti vsak tesnilni material, ki je v stiku s procesom, PTFE ali drug perfluoropolimer ali popolnoma zaprt.

Spiralna navita tesnila s polnilom iz PTFE
Spiralna navita tesnila so zelo pogosta in robustna alternativa. Oblikovani so iz kovinskega navitja v obliki črke V (običajno iz nerjavečega jekla 316L) z mehkejšim polnilnim materialom vmes. Za servis PTFE izmenjevalnika je polnilo fleksibilen grafit ali pogosteje čisti PTFE trak. Kovinsko navitje zagotavlja vzmet-in strukturno trdnost, PTFE polnilo pa zagotavlja kemično inertnost.

Prednosti:

Velika odpornost na ciklični pritisk

Prirobnice z dvignjeno površino, pero in utori so na voljo v običajnih velikostih

Dobra odpornost na vakuum (ob predpostavki, da je navitje dovolj stisnjeno)

Slabosti:

Zunanji in, če obstajajo, notranji vodilni obroči so lahko podvrženi postopku in zahtevajo skrbno izbiro materialov

PTFE polnilo je mehko in lahko hladno teče, če ga preveč potisnete

Teflonsko tesnilo ovojnice z valovitim jedrom iz nerjavečega jekla
Za najstrožjo ciklično vakuum-tlačno storitev na PTFE izmenjevalniku je boljša možnost PTFE ovojno tesnilo z valovitim notranjim jedrom iz nerjavečega jekla. Ta vrsta tesnila je posebej zasnovana za kombinacijo kemične inertnosti PTFE z mehansko vzmetno-zadnjo stranjo kovine.

Konstrukcija: tanko, valovito (ali perforirano) jedro iz nerjavečega jekla, običajno 316L, je popolnoma zaprto v brezšivno ali varjeno ovojnico iz PTFE. Valovi sestavljajo številne listnate vzmeti, ki zagotavljajo enakomerno elastično okrevanje vzdolž tesnilne površine. PTFE ovoj, običajno debel 0,3–0,5 mm, je v stiku s ploskvami prirobnic in procesno tekočino, kar zagotavlja minimalno korozijo ali kontaminacijo.

Zakaj deluje pod cikličnim vakuumskim-tlakom Jekleno jedro zagotavlja mehansko 'vzmetno-nazaj' in strukturno trdnost, da se upre tako vakuumu kot tlaku. V vakuumu sila valovite vzmeti potegne PTFE ovoj navzven, ohranja stik s ploskvami prirobnic in preprečuje sesanje navznoter. Trdno jekleno jedro je odporno na iztiskanje pod pritiskom in enakomerno porazdeli obremenitev vijaka. Tesnilo je kot meh in se po vsakem odstopanju tlaka vedno vrne na prvotno debelino.

Zahteva za namestitev To vrsto tesnila je treba namestiti na obliko prirobnice s pero in utorom ali moško/žensko [4]. Ti slogi prirobnic zagotavljajo pozitivno zadrževanje tesnila z omejevanjem radialne zračnosti, v kateri bi bilo tesnilo mogoče ekstrudirati. Dvignjene ploskve ne zadoščajo za-ravne prirobnice, saj se lahko mehka PTFE ovojnica še vedno premakne vstran pod znatnimi cikličnimi obremenitvami. Dobro-zasnovana prirobnica s pero-in-utorom bo v celoti obkrožila tesnilo, zaradi česar bo izpihovanje skoraj težko.

Premisleki glede oblikovanja prirobnice in površinske obdelave
Sama prirobnica je bistvenega pomena za delovanje tesnila pod cikličnim vakuum-tlakom.

Tip prirobnice: Kot je navedeno, so prirobnice s pero-in-utorom ali mo-ženske prirobnice zelo priljubljene. Ta zasnova fizično omejuje tesnilo, tako da vakuumsko vlečenje navznoter in iztiskanje navzven nista mogoča. Če so trenutne prirobnice tipa dvignjene površine, je mogoče ponovno namestitev doseči s tesnilom z integriranim notranjim in zunanjim kovinskim obročem (npr. spiralno navito z notranjim in zunanjim obročem), ki zagotavlja nekaj zadrževanja, čeprav je boljši polni pero-in-utor.

Končna obdelava površine prirobnice Ovojnica iz PTFE zahteva gladko površino za pravilno tesnjenje, običajno 32–64 µin Ra (0,8–1,6 µm Ra). Toda premaz mora imeti tudi ustrezen "oprijem", da PTFE ovoj pod pritiskom ne zdrsne ven. Pogosto je določena nazobčana končna obdelava (koncentrična, spiralna itd.) z nadzorovano hrapavostjo (na primer 125–250 µin Ra za nazobčan vzorec). PTFE se vlije v nazobčanja, da zagotovi mehansko zaporo, ki zavira bočno gibanje.

Namestitev in nadzor navora
Pravilna namestitev je tako pomembna kot izbira tesnila. PTFE tesnila ovojnice:

Navor vijaka mora biti reguliran in uporabljen v obliki zvezde.

Prekomerno-navijanje-stisne PTFE ovoj, kar ustvari hladen pretok in zmanjša vzmetno delovanje jedra

Če navora ne boste dovolj, bo tlačna napetost prenizka, da bi držala tesnilo na mestu pod vakuumom.

Priporočljivo je, da po prvem termičnem ciklu ponovno-nategnete, saj PTFE popusti pod začetno obremenitvijo.

Primerjava možnosti tesnil za ciklični vakuum-tlak
Vrsta tesnila Odpornost na kolesarjenje Kemična odpornost Primernost za vakuum Priporočena prirobnica
Mehki elastomer Slabo Omejeno Slabo Katera koli PTFE ovojnica (brez jedra) Slabo (hladen pretok) Dobro Slabo Katera koli spiralno navita (PTFE polnilo) Dobro Dobro Dobro S prirobnico ali T&G PTFE ovojnica + valovito 316L jedro Odlično Odlično Odlično Pero in utor
Zaključek: Pečat, najbolj dinamičen element
Ključ do življenjske dobe brez puščanja je vzdržljivo, mehansko robustno tesnilo, izdelano za določeno ciklično delovanje. PTFE-obloženo tesnilo s kovinsko-jedrom v omejeni prirobnici s pero-in-utorom je najboljši standard za PTFE izmenjevalnik močnih kemikalij pod izmeničnim vakuumom in tlakom. V statičnem sklopu je najbolj dinamičen del tesnilo in ga je treba izbrati enako previdno kot cevi. Če so zasnova prirobnice, površinska obdelava in navor pri namestitvi izvedeni pravilno, bo tesnilo, ki brez napak preživi prvih sto ciklov, verjetno zdržalo na tisoče. Če ste v dvomih, valovito jedro iz nerjavečega jekla znotraj ovoja iz PTFE zagotavlja vzmet-nazaj, ki je potreben za vakuum-tlačno kroženje.