ปะเก็นกราไฟท์ลูกฟูกสำหรับงานซีลที่อุณหภูมิสูง

เมื่อวิศวกรซีลประเมินตัวเลือกปะเก็นสำหรับการเชื่อมต่อหน้าแปลนอุณหภูมิสูงและแรงดันสูง ปะเก็นกราไฟท์ลูกฟูก โครงสร้างใช้ระดับประสิทธิภาพที่แตกต่างกัน: ความแข็งแกร่งของโครงสร้างโลหะรวมกับความเฉื่อยทางเคมีและความยืดหยุ่นทางความร้อนของสารเติมกราไฟท์แบบขยาย แกนโลหะลูกฟูก ซึ่งโดยทั่วไปคือเหล็กกล้าไร้สนิม 304, 316L หรือเหล็กกล้าคาร์บอน ให้เส้นทางรับน้ำหนักเชิงกลภายใต้ความเค้นของสลักเกลียว ในขณะที่ชั้นกราไฟต์สอดคล้องกับความผิดปกติของพื้นผิวหน้าแปลนและสร้างการซีลจริง ไม่มีกาว ไม่มีสารยึดเกาะ ไม่มีสารประกอบอินทรีย์ที่สลายตัวเมื่ออุณหภูมิ

-200°ซ

→

650°ซ

ช่วงอุณหภูมิในการทำงาน (การเติมกราไฟท์ บรรยากาศเฉื่อย)

พีเอ็น 400

คลาส 2500

ระดับแรงดันสูงสุด — เกรดกราไฟท์ลูกฟูกมาตรฐาน

98%

คาร์บอน

ความบริสุทธิ์ของกราไฟท์ในกราไฟท์ขยายเกรดการซีลระดับพรีเมียม

อีเอ็น 1514-8

ASME B16.20

มิติข้อมูลหลักและมาตรฐานประสิทธิภาพ

ความต้านทานต่ออุณหภูมิของปะเก็นกราไฟท์ลูกฟูก: ประสิทธิภาพทั่วทั้งซองระบายความร้อนแบบเต็ม

ความต้านทานต่ออุณหภูมิของปะเก็นกราไฟท์ลูกฟูกนั้นควบคุมโดยการเติมกราไฟท์แทนที่จะเป็นแกนโลหะ กราไฟท์แบบขยายตัวมีความเสถียรทางความร้อนตั้งแต่อุณหภูมิเย็นจัด (-200°ซ) จนถึง 650°ซ ในสภาพแวดล้อมออกซิไดซ์ และสูงถึง 3,000°C ในบรรยากาศเฉื่อยหรือลดระดับ — ช่วงที่ไม่ต้องใช้วัสดุปะเก็นอีลาสโตเมอร์หรือ PTFE

-200°ซ to 0°C

ไครโอเจนิกส์

LNG, ไนโตรเจนเหลว, สายการผลิตไครโอเจนิก กราไฟท์ยังคงมีความยืดหยุ่น แกนโลหะยังคงความสมบูรณ์ของโครงสร้างซึ่งอีลาสโตเมอร์จะเปราะ

0°C ถึง 300°ซ

บริการมาตรฐาน

ไอน้ำ น้ำร้อน ท่อกระบวนการ ประสิทธิภาพการปิดผนึกเต็มรูปแบบในช่วงอุณหภูมิกระบวนการทางอุตสาหกรรมทั่วไป

300°C ถึง 650°ซ

อุณหภูมิสูง

ไอน้ำร้อนยวดยิ่ง น้ำมันเทอร์มอล ท่อก๊าซร้อน ขีดจำกัดบรรยากาศออกซิไดซ์ — ปรึกษาซัพพลายเออร์สำหรับบริการออกซิไดซ์ที่สูงกว่า 450°C

650°ซ

สุดขีด / เฉื่อยเท่านั้น

การใช้งานเตาและเครื่องปฏิกรณ์ในบริการไฮโดรเจน ไนโตรเจน หรือสุญญากาศ ต้องการความบริสุทธิ์ของกราไฟท์ 99% และสารเคลือบตัวยับยั้งการส่งผ่านของโลหะ

ประสิทธิภาพการหมุนเวียนด้วยความร้อนคือจุดที่โครงสร้างกราไฟท์ลูกฟูกมีประสิทธิภาพเหนือกว่าปะเก็นแผ่นไฟเบอร์ที่ถูกบีบอัด การเติมกราไฟท์มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนใกล้ศูนย์ (1–2 × 10⁻⁶/°C) เทียบกับเหล็ก (12 × 10⁻⁶/°C) หมายความว่าภายใต้รอบการให้ความร้อนขึ้นและเย็นลงซ้ำๆ ชั้นกราไฟท์จะไม่หลุดออกมาหรือคลายตัวที่ส่วนต่อประสานการซีลเช่นเดียวกับปะเก็นเติมสารอินทรีย์ ซึ่งแปลโดยตรงเป็นความถี่แรงบิดซ้ำที่ต่ำกว่าบนหน้าแปลนในบริการหมุนเวียนความร้อน

ประสิทธิภาพการปิดผนึกปะเก็นกราไฟท์ลูกฟูก: ความเครียดจากการสัมผัส ความสอดคล้อง และความสมบูรณ์ของการรั่วไหล

ประสิทธิภาพการปิดผนึกปะเก็นกราไฟท์ลูกฟูกขึ้นอยู่กับกลไกสองประการที่เกิดขึ้นพร้อมกัน: แกนโลหะลูกฟูกที่เน้นการโหลดโบลต์บนสันเขาการซีลแบบแยกส่วน และชั้นผิวกราไฟต์ที่สอดคล้องกับความผิดปกติระดับไมโครในหน้าแปลนภายใต้ความเค้นเข้มข้นนั้น พวกเขาช่วยกันบรรลุการรั่วซึมที่จุดนั่งที่มีความเค้นต่ำกว่าปะเก็นแบบเกลียวที่ต้องการ 30–50% — ลดภาระของโบลต์ที่จำเป็นในการปิดผนึกและลดความเสี่ยงของการหมุนของหน้าแปลนและการรั่วไหลของหน้าแปลนที่มีพิกัดต่ำกว่า

ความเครียดในการนั่งขั้นต่ำ (ม.)

โดยทั่วไป 20–30 MPa สำหรับเกรดกราไฟท์ลูกฟูก เทียบกับ 55–70 MPa สำหรับแผลเกลียว ช่วยให้การปิดผนึกมีประสิทธิภาพบนหน้าแปลนคลาส 150 และ PN16 ที่งบประมาณการรับน้ำหนักโบลต์มีจำกัด

ปัจจัยปะเก็น (y)

ข้อกำหนดความเค้นในการนั่งเริ่มต้น: 25–45 MPa ขึ้นอยู่กับรูปทรงลอนและความหนาแน่นของกราไฟท์ ASME PCC-1 ภาคผนวก O การคำนวณแรงบิดใช้โดยตรงโดยใช้ค่า m และ y ที่เผยแพร่

ความอดทนต่อการตกแต่งพื้นผิว

มีผลกับผิวสำเร็จที่หน้าแปลน Ra 3.2–12.5 µm (125–500 AARH) การเติมกราไฟท์รองรับเครื่องหมายเครื่องมือและการกัดกร่อนพื้นผิวเล็กน้อย ซึ่งอาจเป็นสาเหตุให้เกิดแผลเป็นเกลียวหรือปะเก็นข้อต่อแหวนรั่ว

ความต้านทานการระเบิด

แกนโลหะป้องกันโหมดความล้มเหลวในการอัดขึ้นรูปกะทันหันที่อาจเกิดขึ้นกับปะเก็นอ่อนแบบเต็มหน้าภายใต้แรงดันไฟกระชาก ลอนทำหน้าที่เป็นตัวหยุดทางกล ซึ่งจำกัดการเคลื่อนตัวของกราไฟท์แม้ในเหตุการณ์แรงดันเหนือการออกแบบ

ปะเก็นกราไฟท์ลูกฟูก ความทนทานต่อสารเคมี: ความเข้ากันได้ของตัวกลางในอุตสาหกรรมกระบวนการต่างๆ

ความทนทานต่อสารเคมีของปะเก็นกราไฟท์ลูกฟูกเป็นหนึ่งในคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดในเชิงพาณิชย์ กราไฟท์แบบขยายตัวจะไม่ทำปฏิกิริยากับสารเคมีในกระบวนการส่วนใหญ่ที่พบในการกลั่น ปิโตรเคมี การผลิตไฟฟ้า และการแปรรูปทางเคมี รวมถึงกรดแก่ ด่าง และไฮโดรคาร์บอนที่จะย่อยสลายซอง PTFE หรือทางเลือกอื่นที่เติมยาง

หมวดหมู่สื่อ	ความเข้ากันได้	ขีดจำกัดอุณหภูมิ	หมายเหตุ
ไอน้ำ (อิ่มตัว & ร้อนยวดยิ่ง)	ยอดเยี่ยม	650°ซ	แอปพลิเคชันหลัก — บริการมาตรฐาน
ไฮโดรคาร์บอน (น้ำมัน เชื้อเพลิง ก๊าซ)	ยอดเยี่ยม	500°ซ	เหมาะสำหรับงานบริการโรงกลั่นและท่อส่งน้ำมัน
กรดซัลฟูริก (<98%)	ดี	200°C	ตรวจสอบเกรดแกนโลหะ — แนะนำให้ใช้ SS316L
กรดไฮโดรคลอริก	ปานกลาง	120°ซ	ขึ้นอยู่กับความเข้มข้น; แกน Hastelloy C สำหรับเจือจาง HCl
โซดาไฟ (NaOH, KOH)	ดี	300°C	เกรดมาตรฐานที่ยอมรับได้ที่มีความเข้มข้นต่ำกว่า 30%
กรดไนตริก (ออกซิไดซ์)	จำกัด	—	กรดออกซิไดซ์จะโจมตีเมทริกซ์คาร์บอนกราไฟท์ — ไม่แนะนำ
คลอรีน/ฮาโลเจน	จำกัด	—	ความเสี่ยงต่อการเกิดออกซิเดชันของกราไฟท์ในบริการฮาโลเจนแบบเปียก — ปรึกษาวิศวกร
ไครโอเจนิกส์ fluids (LN₂, LNG)	ยอดเยี่ยม	-200°ซ min	ไม่มีการเปราะ — กราไฟท์จะรักษาการปิดผนึกที่อุณหภูมิเยือกแข็ง

สารเคมีสองกลุ่มที่ต้องระมัดระวังคือกรดออกซิไดซ์อย่างแรง (ไนตริก โครมิก เปอร์คลอริก) และฮาโลเจนเปียก (คลอรีนเปียก โบรมีน) ในบริการเหล่านี้ โครงสร้างคาร์บอนของกราไฟท์จะถูกโจมตีด้วยปฏิกิริยาออกซิเดชันแบบก้าวหน้า สำหรับสื่อดังกล่าว ปะเก็นโลหะลูกฟูกที่เติม PTFE หรือข้อต่อวงแหวนโลหะแข็งเป็นทางเลือกที่เหมาะสม

ปะเก็นกราไฟท์ลูกฟูกสำหรับการเชื่อมต่อหน้าแปลน: มาตรฐานมิติและข้อกำหนด

ปะเก็นกราไฟท์ลูกฟูกสำหรับการเชื่อมต่อหน้าแปลนได้รับการผลิตตามมาตรฐาน EN 1514-8 (ระบบเมตริก หน้าแปลนแบบยุโรป) และขนาดเทียบเท่า ASME B16.20 สำหรับระบบหน้าแปลน ANSI/ASME ปะเก็นถูกวางตำแหน่งไว้ในรูที่หน้ายกขึ้นและอยู่ภายในรูหน้าแปลนและรูปทรงของวงกลมโบลต์ - ไม่ต้องใช้เครื่องจักรพิเศษหรือหันหน้าที่ไม่ได้มาตรฐาน ซึ่งแตกต่างจากข้อต่อแบบวงแหวน

ใบหน้ายก (RF)

แอปพลิเคชันหลัก กราไฟท์ลูกฟูกซีลหน้าแปลนหน้าแบนและยกตั้งแต่ PN16 ถึง PN400 (คลาส 150 ถึงคลาส 2500) ไม่จำเป็นต้องทำร่องด้วยเครื่องจักร — การเปลี่ยนปะเก็นแผ่นอัดแบบดรอปอินบนหน้าแปลนที่มีอยู่

เต็มหน้า (FF)

มีจำหน่ายสำหรับระบบหน้าแปลนเหล็กหล่อและอโลหะ ซึ่งจำเป็นต้องโหลดโบลต์เต็มหน้าเพื่อป้องกันการแตกร้าวของหน้าแปลน การเติมกราไฟท์จะช่วยป้องกันการบีบอัดหน้าปะเก็นมากเกินไปภายใต้รูปแบบโบลต์เต็มหน้า

Tongue & Groove / ชาย-หญิง

กราไฟท์ลูกฟูกสามารถผลิตได้อย่างแม่นยำสำหรับรูปทรงหน้าตัดที่จำกัด ชั้นกราไฟท์จะเติมร่องวงแหวนเพื่อสร้างแผงกั้นไฮดรอลิกโดยไม่ต้องใช้รีเทนเนอร์วงแหวนด้านในแยกต่างหาก

ความหนามาตรฐานคือ 1.5–3.0 มม. (บีบอัด) ส่วนที่หนากว่า (สูงสุด 4.5 มม.) มีให้เลือกใช้สำหรับหน้าแปลนที่พื้นผิวเสียหาย มีความหยาบสูง หรือมีคลื่นเกินพิกัดความเผื่อมาตรฐาน EN 1092-1 การเลือกใช้วัสดุแกนกลางเป็นไปตามตัวกลางและอุณหภูมิ: 304 เอสเอส สำหรับบริการส่วนใหญ่, 316L สำหรับสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์, 321 สำหรับบริการออกซิไดซ์ที่อุณหภูมิสูง และ อินโคเนล 625 สำหรับการผสมผสานที่มีการกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูงมาก

ความสามารถด้านแรงดันของปะเก็นกราไฟท์ลูกฟูก: การกระจายโหลดและขีดจำกัดคลาสแรงดัน

ความสามารถในการรับแรงกดของปะเก็นกราไฟท์ลูกฟูกเป็นหน้าที่ของทั้งความแข็งแรงเชิงกลของแกนโลหะลูกฟูกและความต้านทานต่อการอัดขึ้นรูปของกราไฟท์ภายใต้แรงสุดท้ายที่หยุดนิ่งแบบยั่งยืน ที่คลาส 900 และสูงกว่า (พีเอ็น 150 ) รูปทรงของลอนเป็นสิ่งสำคัญ — ลอนที่มีระยะพิทช์แคบกว่าจะกระจายน้ำหนักได้เท่าๆ กันทั่วทั้งหน้าซีล และลดความเสี่ยงของการผ่อนคลายการคืบของกราไฟท์ตลอดระยะเวลาการให้บริการที่ขยายออกไป

คลาสความดัน	เทียบเท่า PN	แรงดันสูงสุด (บาร์)	ขีดจำกัดอุณหภูมิทั่วไป	แกนที่แนะนำ
รุ่นที่ 150	พี.เอ็น.20	19.6 บาร์ @ 38°C	538°ซ	304 SS
คลาส 300	พีเอ็น 50	51.1 บาร์ @ 38°C	538°ซ	304 / 316L เอสเอส
คลาส 600	พีเอ็น 100	102.1 บาร์ @ 38°C	565°ซ	เอสเอส 316L
คลาส 900	PN 150	153.2 บาร์ @ 38°C	565°ซ	316L / 321 เอสเอส
รุ่นที่ 1500	พีเอ็น 250	255.3 บาร์ @ 38°C	600°ซ	321 / อินโคเนล
คลาส 2500	PN420	425.5 บาร์ @ 38°C	650°ซ	Inconel 625

พิกัดแรงดันในตารางเป็นไปตามกลุ่มวัสดุ ASME B16.5 1.1 ที่ 38°C ค่าลดพิกัดจริงจะใช้ที่อุณหภูมิสูง — มีการอ้างอิงโยงกับตารางอุณหภูมิความดัน ASME B16.5 สำหรับกลุ่มวัสดุเฉพาะเสมอ สำหรับบริการที่อุณหภูมิสูงและแรงดันสูงรวมกัน (สูงกว่าคลาส 900 และสูงกว่า 450°C พร้อมกัน) แนะนำให้ระบุการเคลือบสารยับยั้งกราไฟท์บนแกนเพื่อป้องกันปฏิกิริยากัลวานิกระหว่างกราไฟท์และเหล็กกล้าคาร์บอนที่อุณหภูมิสูง

ปะเก็นกราไฟท์ลูกฟูกกับปะเก็นแผลเกลียว: คู่มือการเลือกทางวิศวกรรม

ที่ ปะเก็นกราไฟท์ลูกฟูก คำถามการเลือกปะเก็นแผลเทียบกับเกลียวเป็นหนึ่งในคำถามที่พบบ่อยที่สุดในวิศวกรรมหน้าแปลนอุตสาหกรรม ทั้งสองแบบมีโครงสร้างกึ่งโลหะที่เหมาะสำหรับการบริการที่อุณหภูมิสูงและแรงดันสูง แต่มีข้อกำหนดในการติดตั้ง โหมดความล้มเหลว และโปรไฟล์ประสิทธิภาพที่แตกต่างกันอย่างมาก ซึ่งทำให้แต่ละอย่างเหนือกว่าในบริบทเฉพาะ

เกณฑ์การคัดเลือก	ปะเก็นกราไฟท์ลูกฟูก	ปะเก็นแผลเกลียว
ความเครียดที่นั่งขั้นต่ำ	20–30 MPa — ต้องการโหลดโบลต์ต่ำ	55–70 MPa — ต้องการพรีโหลดโบลต์ที่สูงกว่า
พื้นผิวหน้าแปลน	ความทนทาน — Ra 3.2–12.5 µm ยอมรับได้	ความต้องการ — ต้องการ Ra 3.2–6.3 µm (ASME B16.20)
ความเหมาะสมของการจัดอันดับหน้าแปลน	คลาส 150 ถึงคลาส 2500	คลาส 300 ขึ้นไปที่มีประสิทธิภาพสูงสุด
ที่rmal cycling performance	ยอดเยี่ยม — graphite near-zero thermal expansion	ดี — but winding relaxation risk on repeated cycling
ความไวในการติดตั้ง	ต่ำ — อยู่ตรงกลางที่วงกลมโบลต์ แรงบิดตามสเป็ค	สูง — ต้องใช้วงแหวนด้านใน/ด้านนอก ความเสี่ยงจากแรงบิดเกิน
นำกลับมาใช้ใหม่หลังการถอดชิ้นส่วน	ไม่แนะนำ — เปลี่ยนหลังจากเปิดแต่ละครั้ง	ไม่แนะนำ — ใช้กฎเดียวกัน
บริการด้านเคมีภัณฑ์แบบกว้าง	กว้าง — ถูกจำกัดด้วยเกรดแกนโลหะ	กว้าง — ถูกจำกัดด้วยวัสดุตัวเติม (PTFE, กราไฟท์, ไมกา)
ประสิทธิภาพการป้องกันอัคคีภัย	ยอดเยี่ยม — graphite is non-combustible	ขึ้นอยู่กับสารตัวเติม — เวอร์ชันที่เติมกราไฟต์จะปลอดภัยจากอัคคีภัย
ต้นทุน (วัสดุ)	ต่ำลงจนเทียบเท่า	เทียบเท่ากับสูงกว่า (ต้นทุนวงแหวนด้านใน/ด้านนอก)

ระบุกราไฟท์ลูกฟูกเมื่อใด

หน้าแปลนเป็นคลาส 150–300 โดยมีงบประมาณการรับน้ำหนักโบลต์จำกัด
ใบหน้าหน้าแปลนมีความเสียหายที่พื้นผิวหรือการตกแต่งที่ไม่เหมาะ
ที่rmal cycling service with frequent heat-up/cool-down
เปลี่ยนปะเก็นแผ่นแบบดรอปอินโดยไม่ต้องตัดเฉือนใหม่
การปิดผนึกที่ปลอดภัยจากอัคคีภัยถูกกำหนดโดยข้อกำหนดด้านความปลอดภัยของกระบวนการ

ระบุแผลเป็นเกลียวเมื่อใด

คลาส 600 พร้อมหน้าแปลนที่สม่ำเสมอและได้รับการดูแลอย่างดี
มีโหลดโบลต์ที่สูงมาก และการควบคุมแรงบิดถือเป็นแนวปฏิบัติมาตรฐาน
จำเป็นต้องใช้สารตัวเติมที่ไม่ใช่กราไฟท์ (ไมกาสำหรับบริการออกซิไดซ์ที่อุณหภูมิสูงมาก)
สเปคท่อที่มีอยู่ได้มาตรฐานกับแผลเกลียวแล้ว
รูปทรงหน้ายกที่จำกัดพร้อมรูวงแหวนด้านในที่กลึงอย่างแม่นยำ