Коррозияға төзімді механикалық тығыздағыш үшін ең жақсы материал қандай?

Кіріспе

Коррозияға төзімді механикалық тығыздағышқа арналған материалды таңдау бір ғана әмбебап «ең жақсы» нұсқаны табу емес, тығыздағыш беттерін, эластомерлерді және металл бөлшектерді сұйықтыққа, температураға, қысымға және жұмыс жағдайларына сәйкестендіру туралы. Дұрыс емес үйлесім тозуды жеделдетуі, химиялық шабуылды тудыруы және тығыздағыштың қызмет ету мерзімін қысқартуы мүмкін, бұл ағып кетуге, тоқтап қалуға және қауіпсіздік тәуекелдеріне әкеледі. Бұл мақалада кремний карбиді, вольфрам карбиді, Hastelloy, PTFE және арнайы эластомерлер сияқты кең таралған материал таңдауларының коррозиялық қызметте қалай жұмыс істейтіні және оларды процестің химиясына негіздеп қалай бағалау керектігі түсіндіріледі, осылайша сіз қолданбаңызға ең қолайлы тығыздағыш конструкциясын анықтай аласыз.

Неліктен коррозияға төзімді механикалық тығыздағыштар үшін материалды таңдау маңызды?

Анықтаукоррозияға төзімді механикалық тығыздағышсұйықтықты өңдеу жүйелеріндегі ең маңызды инженерлік шешімдердің бірі болып табылады.Механикалық тығыздағыштар негізгі тосқауыл ретінде қызмет етедіагрессивті технологиялық сұйықтықтар мен сыртқы орта арасындағы байланысты қамтамасыз ету, қауіпті шығарындылардың алдын алу және сорғының ішкі компоненттерін қорғау. Күшті қышқылдар, каустикалық сілтілер немесе агрессивті еріткіштер сияқты жоғары коррозиялық ортаны өңдеу кезінде қателік шегі іс жүзінде жоқ. Материалдың тозуы тез жүруі мүмкін, бұл тығыздықтың жоғалуына, қоршаған ортаға қауіп төндіруге және жабдықтың ауыр зақымдалуына әкеледі.

Таңдау процесі металлургияны, трибологияны және эластомер химиясын жан-жақты түсінуді талап етеді. Механикалық тығыздағыш монолитті компонент емес; ол айналмалы және қозғалмайтын беттердің, екінші реттік тығыздағыш элементтерінің және металл фурнитураның жиынтығы. Бұл компоненттердің әрқайсысы әртүрлі қысым мен температура кезінде дәл механикалық төзімділікті сақтай отырып, химиялық ортаға тәуелсіз төтеп беруі керек. Дұрыс материалдарды нақты сұйықтық химиясына сәйкестендірудің болмауы ақаулар арасындағы орташа уақытты (MTBF) күрт азайтады және пайдалану тәуекелдерін арттырады.

Процесс химиясы, ағып кету қаупі және тоқтап қалу уақытына әсері

Процесс химиясы материалдың ыдырау жылдамдығы мен механизмін анықтайды. Өнеркәсіптік сұйықтықтар жоғары қышқылдықтан (рН < 1) жоғары сілтіліге (рН > 13) дейін рН деңгейлерінің жоғары болуы мүмкін, әрқайсысы материалдарға әртүрлі әсер етеді. Мысалы, азот қышқылы сияқты тотықтырғыш қышқылдар белгілі бір тот баспайтын болаттарды пассивтендіруі мүмкін, бірақ стандартты көміртекті тығыздағыш беттерін тез бұзады. Сонымен қатар, көлемді сұйықтық сипаттамаларында жиі назардан тыс қалатын ластаушы заттар шұңқырлардың немесе саңылаулардың коррозиясы сияқты жергілікті коррозия механизмдерінің катализаторы ретінде әрекет ете алады.

Материалды дұрыс таңдамаумен байланысты ағып кету қаупі қарапайым механикалық ақаулықтан тысқары. Химиялық өңдеу және мұнай-химия өңдеу кезінде ұшпа органикалық қосылыстар (ҰОҚ) және қауіпті ауа ластаушы заттары қатаң түрде шектелуі керек. Қоршаған ортаны қорғау агенттігінің (EPA) ережелері сорғы тығыздағыштарының шығарындыларының миллионға 500 бөліктен (ppm) төмен болуын жиі талап етеді. Тығыздағыш бетіндегі коррозиядан туындаған бұзушылық немесе эластомердің тозуы дереу реттеушілік бұзушылықтарға әкелуі мүмкін, бұл апаттық тоқтатуларды қажет етеді және міндетті экологиялық есеп беруді тудырады.

Материалдың нашар үйлесімділігімен байланысты ақаулық шығындары

Материалдың нашар үйлесімділігінің қаржылық салдары механикалық тығыздағыштың бастапқы сатып алу құнынан әлдеқайда асып түседі. Химиялық шабуыл салдарынан тығыздағыш мерзімінен бұрын істен шыққан кезде, тікелей ауыстыру шығындары сорғыны алу, зарарсыздандыру және қайта орнату үшін қажетті жұмыс күшімен күрделене түседі. Ең бастысы, жоспарланбаған тоқтап қалумен байланысты жанама шығындар таңқаларлық болуы мүмкін. Жоғары өнімді үздіксіз өңдеу қондырғыларында сорғының күтпеген істен шығуы өндіріс желісін тоқтатып, сала мен өнімнің құнына байланысты сағатына 10 000 АҚШ долларынан 50 000 АҚШ долларынан астамға дейінгі тоқтап қалу шығындарына әкелуі мүмкін.

Сонымен қатар, коррозиялық ағып кету айналадағы жабдыққа жанама зақым келтіруі мүмкін. Бұзылған тығыздағыш агрессивті химиялық заттардың сорғы білігіне, мойынтіректерге және қозғалтқыш корпустарына шабуыл жасауына мүмкіндік береді. Бастапқыда жергілікті тығыздағыштың істен шығуы ретінде басталатын нәрсе сорғының апатты істен шығуына тез ұласып, мойынтірек рамасын толық қайта құруды немесе білікті ауыстыруды қажет етеді. Тиісті коррозияға төзімді материалдарға алдын ала инвестиция салу - тіпті бастапқы компонент құнын 200%-дан 300%-ға дейін арттырса да - MTBF-ті бірнеше айдан бірнеше жылға дейін ұзарту арқылы инвестициядан айтарлықтай жоғары кірістілік (ROI) береді.

Коррозияға төзімді механикалық тығыздағыштарға арналған материал нұсқалары

Коррозияға төзімді механикалық тығыздағышты жасау үшін үш түрлі аймаққа арналған арнайы материалдарды таңдау қажет: негізгі тығыздағыш беттері, металл фурнитура (серіппелер, жетек түйреуіштері және бездер) және екінші реттік тығыздағыш элементтері (O-тәрізді сақиналар мен тығыздағыштар). Әрбір аймақ бірегей жұмыс кернеулеріне тап болады, яғни статикалық O-тәрізді сақина ретінде ерекше жақсы жұмыс істейтін материал динамикалық, жылу шығаратын тығыздағыш бетіне мүлдем жарамсыз болуы мүмкін.

Кремний карбиді сияқты тығыздағыш бет материалдары

Негізгі тығыздағыш беттері ең маңызды компоненттер болып табылады, себебі олар бір-біріне қарсы айнала отырып, микроскопиялық сұйықтық қабықшасын сақтайды.Кремний карбиді (SiC)ауыр химиялық қызмет көрсетуге арналған ең жақсы тығыздағыш материалы ретінде кеңінен саналады. Атап айтқанда, тікелей күйдірілген (альфа) кремний карбиді 0-ден 14-ке дейінгі рН диапазонында әмбебап химиялық төзімділікті ұсынады және 300°C (572°F) дейінгі жұмыс температурасына төтеп бере алады. Күшті каустикалық немесе фторлы сутек қышқылымен шайылып кетуі мүмкін бос кремнийді қамтитын реакциямен байланысқан кремний карбидінен айырмашылығы, альфа-күйдірілген SiC барлық дерлік агрессивті ортада құрылымдық тұрақты болып қалады.

Басқа беткі материал нұсқаларына вольфрам карбиді (WC) және көміртектің әртүрлі маркалары жатады. Вольфрам карбиді өте берік және соққыға төзімді, бұл оны абразивті суспензияларға жарамды етеді, бірақ оның химиялық төзімділігі байланыстырушы затқа байланысты. Никельмен байланысқан вольфрам карбиді коррозиялық ортада кобальтпен байланысқан нұсқаларға қарағанда әдетте артықшылыққа ие, дегенмен ол күшті қышқылдарда SiC-ге әлі де сәйкес келмейді. Сурьмамен сіңдірілген немесе шайырмен сіңдірілген көміртекті беттер, егер технологиялық сұйықтықта көміртек құрылымына шабуыл жасайтын күшті тотықтырғыштар болмаса, тамаша өздігінен майланатын қасиеттеріне байланысты SiC-ге қарсы жұптастыру сақинасы ретінде жиі қолданылады.

Коррозияға төзімді металдар мен қорытпалар

Тығыздағыштың металл компоненттері, соның ішінде без пластинасы, жең және серіппелер біркелкі коррозияға және шұңқырлардың пайда болуы және кернеулі коррозияның жарылуы (SCC) сияқты жергілікті шабуылдарға төзімді болуы керек. 316 тот баспайтын болат жалпы қызмет көрсету үшін салалық стандарт болғанымен, ол хлорид тудыратын шұңқырлардың пайда болуына өте сезімтал. Агрессивті орта үшін инженерлер жоғары сапалы қорытпаларды олардың шұңқырларға төзімділік эквивалентінің санына (PREN) негіздеп көрсетуі керек. Әдетте 40-тан жоғары PREN хлоридті немесе қышқылды қызмет көрсету үшін қажет.

Hastelloy C-276 (PREN > 45) - никель-молибден-хром қорытпаларының ең әмбебап түрлерінің бірі, ол ылғалды хлор газына, гипохлориттерге және органикалық және бейорганикалық қышқылдардың кең ауқымына ерекше төзімділік ұсынады. 2-ші дәрежелі титан тұрақты, қорғаныш оксид қабығына байланысты тотықтырғыш орталар мен теңіз суын қолдану үшін жиі таңдалады, дегенмен ол құрғақ хлорға осал. 20 қорытпасы - жоғары температура мен концентрацияларда күкірт қышқылының шабуылына төтеп беру үшін арнайы жасалған тағы бір кең таралған таңдау.

Эластомерлер және екінші реттік тығыздағыш элементтер

Екінші реттік тығыздағыш элементтер, әдетте O-тәрізді сақиналар, механикалық тығыздағыш жинағы мен сорғы корпусы арасындағы статикалық тығыздағышты қамтамасыз етеді. Эластомерді таңдау көбінесе тығыздағыштың химиялық және термиялық сипаттамаларын шектейтін фактор болып табылады. Фторэластомерлер (FKM), әдетте Viton сауда белгісімен белгілі, көптеген жұмсақ қышқылдар мен мұнай негізіндегі сұйықтықтар үшін стандартты болып табылады, бірақ кетондарда, аминдерде және күшті сілтілерде тез ыдырайды.

Коррозияға төзімділігі жоғары болу үшін Kalrez немесе Chemraz сияқты перфторэластомерлер (FFKM) қажет. FFKM қосылыстары PTFE-ге ұқсас химиялық төзімділікті ұсынады, бірақ динамикалық тығыздау үшін қажетті серпімді жадты сақтайды. Олар агрессивті еріткіштерге, күшті қышқылдарға және негіздерге 327°C (620°F) дейінгі үздіксіз жұмыс температурасында төтеп бере алады. Бюджет шектеулері толық FFKM пайдалануға мүмкіндік бермеген кезде, PTFE-капсулаланған FKM немесе силиконды O-сақиналар PTFE қабығының химиялық инерттілігін эластомер өзегінің механикалық серпімділігімен ұсына отырып, тиімді балама ұсынады.

Қызмет көрсету шарттарына арналған тығыздағыш материалдарын қалай бағалау керек

Тығыздағыш материалдарын бағалау негізгі химиялық үйлесімділік кестелерінен тысқары шығып, жұмыс ортасының динамикалық жағдайларын талдауды қажет етеді. Бөлме температурасында химиялық инертті материал тығыздағыш беттерінде пайда болатын үйкеліс жылуына ұшыраған кезде немесе технологиялық ауытқулар кезінде сұйықтық концентрациясы өзгерген кезде тез ыдырауы мүмкін. Инженерлер қолданудың бүкіл термодинамикалық және химиялық қабығын бағалауы керек.

Концентрация, хлоридтер және температура сияқты жұмыс айнымалылары

Температура, концентрация және арнайы иондардың болуы коррозия жылдамдығын күрт өзгертеді. Мысалы, 316 тот баспайтын болат қоршаған орта температурасындағы су үшін өте қолайлы, бірақ егер хлорид концентрациясы 1000 ppm-ден асып, температура 60°C (140°F) жоғары көтерілсе, материал кернеулі коррозияның жарылуына (SCC) және тез шұңқырлардың пайда болуына өте сезімтал болады. Демек, ыстық тұзды ерітінді немесе теңіз суын қолдану үшін жиі супердуплексті тот баспайтын болаттар немесе титан қажет.

Қышқыл концентрациясы да маңызды. Күкірт қышқылы сызықты емес коррозия профилін көрсетеді: сұйылтылған күкірт қышқылы көптеген металдарға өте коррозиялық әсер етеді, бұл үшін Hastelloy немесе Alloy 20 қажет, ал концентрлі күкірт қышқылы (>90%) кейде пассивтендіретін сульфат қабықшасының пайда болуына байланысты қоршаған орта температурасында стандартты көміртекті болаттармен өңделуі мүмкін. Дегенмен, егер концентрлі қышқыл ауадан ылғалды сіңірсе, жергілікті сұйылту тығыздағыш жабдығына бірден қатты коррозиялық шабуыл жасайды.

Материалдық ымыралар және салыстыру факторлары

Идеал материалды таңдау көбінесе бәсекелес механикалық және химиялық қасиеттерді теңестіруді қамтиды. Альфа-бүйірленген кремний карбиді теңдесі жоқ коррозияға төзімділікті қамтамасыз еткенімен, ол өте сынғыш. Егер сорғы қатты кавитацияға немесе біліктің ауытқуына ұшыраса, SiC беттері апатты түрде сынуы мүмкін. Механикалық соққы коррозиямен қатар негізгі мәселе болып табылатын қолданбаларда инженерлер берік, бірақ химиялық тұрғыдан сәл аз инертті вольфрам карбидінің бетін пайдалану арқылы ымыраға келуі мүмкін.

Жылу өткізгіштік тағы бір маңызды салыстыру факторы болып табылады. Тығыздағыш беттер айтарлықтай үйкеліс жылуын тудырады, ол сұйықтықтың буға айналуына жол бермеу үшін технологиялық сұйықтыққа таралуы керек. SiC тамаша жылу өткізгіштікке ие, тығыздағыш интерфейсінен жылуды алюминий оксиді керамикасына немесе көміртегіне қарағанда әлдеқайда жылдам тартып алады. Бұл мүмкіндік жылу соққысының қаупін азайтады және екінші реттік эластомерлердің қызмет ету мерзімін ұзартады.

Бір ғана материалды жаңарту жеткіліксіз болған кезде

Кейбір экстремалды қолданбаларда бір механикалық тығыздағыштың металлургиясы мен беткі материалдарын жаңарту сенімділікті қамтамасыз ету үшін жеткіліксіз. Сұйықтық өте қауіпті, улы немесе атмосфералық оттегімен жанасқан кезде полимерленуге бейім болған кезде, қолдану үшін ... қажет.қос механикалық тығыздағыштың орналасуыҚос тығыздағыштар екі тығыздағыш беттерін пайдаланады және олардың арасына тосқауыл немесе буферлік сұйықтық енгізеді.

Американдық мұнай институтының (API) стандартты құбыр жоспарларына сәйкес, мысалы, API 53A немесе 54 жоспары бойынша, қысымды тосқауыл сұйықтығы борт ішіндегі және сыртқы тығыздағыштар арасында айналады. Бұл сұйықтық сорғының толтырғыш қорабының қысымынан шамамен 10%-дан 15%-ға дейін (әдетте 1,5-тен 2,0 барға дейін) жоғары қысымда ұсталады. Тосқауыл сұйықтығы жоғары қысымда болғандықтан, ішкі тығыздағыш беттері арқылы кез келген ағып кету процеске ағып, коррозиялық процесс сұйықтығының сыртқы тығыздағыш компоненттерімен ешқашан жанаспауын немесе атмосфераға шығып кетпеуін қамтамасыз етеді. Бұл стратегия сыртқы тығыздағыш жабдығын стандартты, арзан материалдардан жасауға мүмкіндік береді.

Материалды таңдаудағы сатып алу және сәйкестік факторлары

Коррозияға төзімді механикалық тығыздағыштарды сатып алу күрделі жеткізу тізбектерінде жұмыс істеуді, экзотикалық материалдардың ұзақ мерзімді жеткізілуін басқаруды және салалық сәйкестік стандарттарын қатаң сақтауды қамтамасыз етуді қамтиды. Материалдық құрамды дұрыс құжаттамау және тексерудің болмауы, әсіресе қатаң реттелетін салаларда, апатты сәтсіздіктерге және ауыр заңды жауапкершілікке әкелуі мүмкін.мұнай және газ, фармацевтикалық препараттар және химиялық өңдеу.

Стандарттар, құжаттама және бақылау мүмкіндігі

Жоғары қауіпті қолданбалар көрсетілген материалдардың тығыздағыштың конструкциясында шынымен пайдаланылғанын растау үшін қатаң құжаттаманы талап етеді. Мұнай-химия өнеркәсібінде механикалық тығыздағыштар әртүрлі қызмет көрсету жағдайлары үшін нақты материал санаттарын белгілейтін API 682 4-ші басылым стандарттарына жиі сәйкес келуі керек. Күкіртті сутек (H2S) қолданылатын қолданбалар үшін металл компоненттері сульфидтік кернеудің жарылуын болдырмау үшін NACE MR0175 / ISO 15156 стандартына сәйкес келуі керек.

Бақылауды қамтамасыз ету үшін сатып алу инженерлері көбінесе барлық суланған металл бөлшектер үшін материалды сынау есептерін (MTR) талап етеді. Сонымен қатар, нысандар пломбаны алғаннан кейін оң материалды сәйкестендіру (PMI) сынағын жүргізе алады. PMI қорытпалардың элементтік құрамын бұзбайтын түрде растау үшін рентгендік флуоресценция (XRF) анализаторларын пайдаланады, бұл жеткізушінің сұралған Hastelloy C-276 орнына 304 тот баспайтын болатты кездейсоқ алмастырмауын қамтамасыз етеді.

Жеткізушінің мүмкіндіктері және жеткізу тәуекелдері

Экзотикалық қорытпалар мен жоғары өнімді эластомерлерді алу өзіндік тәуекелдерге ие.

Ең жақсы материал комбинациясын қалай таңдауға болады

Негізгі қорытындылар

• Коррозияға төзімді механикалық тығыздағыштың ең маңызды қорытындылары мен негіздемесі
• Міндеттеме жасамас бұрын тексеруге тұрарлық сипаттамалары, сәйкестігі және тәуекел тексерулері
• Оқырмандар бірден қолдана алатын келесі практикалық қадамдар мен ескертулер

Жиі қойылатын сұрақтар

Коррозияға төзімді механикалық тығыздағыш үшін қандай тығыздағыш бетінің материалы ең жақсы?

Альфа-күйдірілген кремний карбиді көбінесе ең жақсы әмбебап таңдау болып табылады, себебі ол көптеген қышқылдарды, сілтілерді және жоғары температураларды стандартты көміртекті беттерге қарағанда жақсы өңдейді.

Вольфрам карбиді немесе көміртекті беттерден қашан аулақ болу керек?

Күшті тотықтырғыш немесе жоғары коррозиялық сұйықтықтарда стандартты көміртекті пайдаланудан аулақ болыңыз. Химиялық шабуыл болуы мүмкін жерлерде вольфрам карбидімен абай болыңыз; таңдау алдында сұйықтықтың үйлесімділігін тексеріңіз.

Барлық кремний карбидті тығыздағыш беттері бірдей коррозияға төзімді ме?

Жоқ. Альфа-бөлшектелген SiC, әсіресе күшті каустикалық және кейбір агрессивті химиялық қосылыстарда, реакциямен байланысқан SiC-ге қарағанда жақсы химиялық төзімділікті ұсынады.

Беттерінен басқа тағы қандай тығыздағыш бөлшектер коррозияға төзімді болуы керек?

Металл бөлшектер мен эластомерлерді де тексеріңіз. Серіппелер, бездер және O-сақиналар технологиялық сұйықтыққа, температураға және қысымға сәйкес келуі керек, әйтпесе тығыздағыш жоғары сапалы беттермен де істен шығуы мүмкін.

Victor Seals коррозияға төзімді тығыздағыштарды OEM сорғы үлгілеріне сәйкестендіруге көмектесе ала ма?

Иә. Victor Seals көптеген өнеркәсіптік сорғы брендтері үшін OEM үйлесімді және ауыстырылатын механикалық тығыздағыштарды жеткізеді, бұл техникалық қызмет көрсету топтарына коррозиялық жұмыстарға жарамды материалдарды таңдауға көмектеседі.