ปะเก็นโลหะลูกฟูก: คู่มือการเลือก อุณหภูมิ และการซีล

การอ้างอิงทางเทคนิค

A ปะเก็นโลหะลูกฟูก เป็นองค์ประกอบการปิดผนึกที่เกิดขึ้นจากแผ่นโลหะบางๆ — โดยทั่วไปจะเป็นเหล็กกล้าไร้สนิม เหล็กคาร์บอน หรือโลหะผสม — กดลงในชุดของสันศูนย์กลางหรือขนาน สันเหล่านั้นรวมภาระของโบลต์เข้ากับแนวการซีลแคบๆ ทำให้เกิดข้อต่อที่รั่วซึมโดยมีความเค้นที่หน้าแปลนโดยรวมต่ำกว่าทางเลือกที่เป็นโลหะแข็ง คู่มือนี้ครอบคลุมการตัดสินใจเลือกหลักทุกรายการ: ระยะเวลาการใช้งาน ความสามารถของอุณหภูมิ ความเค้นในการซีลที่ต้องการ และความเหมาะสมของตัวแลกเปลี่ยนความร้อน

เมื่อใดที่คุณควรใช้ปะเก็นโลหะลูกฟูก

การรวมกันของความดันและอุณหภูมิที่สูงขึ้น

ปะเก็นโลหะลูกฟูกเป็นตัวเลือกที่ถูกต้องเมื่อใดก็ตามที่สภาวะการทำงานของระบบเกินความสามารถของไฟเบอร์อัดหรือแผ่น PTFE ซึ่งโดยทั่วไปจะสูงกว่า 260 C (500 F) หรือสูงกว่า 100 บาร์ (1450 psi) โปรไฟล์ลูกฟูกจะรักษาความเค้นตกค้างตลอดแนวการซีลแม้อยู่ภายใต้การหมุนเวียนด้วยความร้อนซึ่งจะทำให้ปะเก็นอ่อนคลายตัว

สื่อที่มีฤทธิ์รุนแรงทางเคมี

ในกรณีที่ของไหลในกระบวนการโจมตีอีลาสโตเมอร์หรือตัวเติมที่ไม่ใช่โลหะ — กรดเข้มข้น, ตัวทำละลายคลอรีน, การบริการไฮโดรเจน, ไอน้ำที่สูงกว่า 400 C — ปะเก็นลูกฟูกที่เป็นโลหะเปลือยหรือหุ้มด้วยโลหะจะกำจัดส่วนประกอบอินทรีย์ใดๆ ออกจากเส้นทางการซีล การเลือกเกรด (316L, อินโคเนล 625, ไทเทเนียม) จะจับคู่โดยตรงกับความต้านทานการกัดกร่อนที่ต้องการ

หน้าแปลนพร้อมโหลดโบลต์จำกัด

เนื่องจากปะเก็นลูกฟูกเน้นความเค้นไปที่แนวหน้าสัมผัสสันแทนที่จะกระจายไปทั่วหน้าปะเก็นทั้งหมด ปะเก็นเหล่านี้จึงได้รับการซีลที่เพียงพอที่โหลดโบลต์ประกอบต่ำกว่ามากกว่าประเภทเกลียวพันหรือข้อต่อแหวน ทำให้เลือกใช้หน้าแปลนช่องแลกเปลี่ยนความร้อนซึ่งมีจำนวนโบลต์จำกัดและความแข็งแกร่งของหน้าแปลนถูกจำกัด

สภาพแวดล้อมการปั่นจักรยานด้วยความร้อนและการสั่นสะเทือน

ปะเก็นโลหะลูกฟูกแสดงพฤติกรรมการสปริงกลับ — สันทำหน้าที่เป็นสปริงเชิงกลที่ดึงความเค้นสัมผัสบางส่วนกลับคืนมาหลังจากการคลายตัวจากความร้อนหรือการสูญเสียภาระของโบลต์ที่เกิดจากการสั่นสะเทือน พฤติกรรมการชดเชยตัวเองนี้ทำให้มีข้อได้เปรียบด้านความน่าเชื่อถืออย่างมีนัยสำคัญเหนือปะเก็นโลหะแบนแข็งในหน้าแปลนคอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบ ท่อไอน้ำ และการเชื่อมต่อเครื่องทำความร้อนแบบใช้เชื้อเพลิง

มาตรฐานหน้าแปลนหน้าแบนและหน้ายก

ปะเก็นลูกฟูกเข้ากันได้กับมิติกับหน้าแปลนยกหน้า ASME B16.5 และ B16.47, หน้าแปลนซีรีส์ EN 1092 PN และหน้าแปลนตัวแลกเปลี่ยนความร้อน API 660 ที่ไม่มีร่องกลึง ทำให้เป็นการอัพเกรดแบบดรอปอินแทนปะเก็นไฟเบอร์หรือกราไฟท์ในการติดตั้งที่มีอยู่ซึ่งไม่สามารถตัดเฉือนหน้าแปลนใหม่ได้

ปะเก็นโลหะลูกฟูกชนิดใดที่จัดการอุณหภูมิสูงได้?

ความสามารถด้านอุณหภูมิถูกกำหนดโดยโลหะผสมฐานและวัสดุหันหน้าอ่อน (ถ้ามี) เคลือบบนแกนกระดาษลูกฟูก ตารางด้านล่างแสดงการเลือกโลหะผสมกับอุณหภูมิบริการต่อเนื่องสูงสุด:

โลหะ / โลหะผสม	อุณหภูมิต่อเนื่องสูงสุด	คุณสมบัติที่สำคัญ	การใช้งานทั่วไป
เหล็กกล้าคาร์บอน (A36 / SS400)	450 องศาเซลเซียส (840 องศาฟาเรนไฮต์)	ต้นทุนต่ำ ความแข็งแกร่งที่ดี	บริการไอน้ำและน้ำอัลลอยด์ต่ำ
สแตนเลส 316L	600 องศาเซลเซียส (1112 ฟุต)	ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันการกัดกร่อน	กระบวนการท่อ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน
สแตนเลส 321/347	650 องศาเซลเซียส (1200 องศาฟาเรนไฮต์)	มีความเสถียรต่อการแพ้	ไอน้ำอุณหภูมิสูง เครื่องทำความร้อนแบบยิง
ล้อแม็ก 800H / 800HT	870 องศาเซลเซียส (1,600 องศาฟาเรนไฮต์)	ต้านทานการคืบคลานสูง	ช่องรีฟอร์มเมอร์ สายไพโรไลซิส
Inconel 625	980 องศาเซลเซียส (1800 องศาฟาเรนไฮต์)	ความต้านทานต่อออกซิเดชันคลอไรด์	กรดไนตริก นอกชายฝั่ง ความร้อนเหลือทิ้ง
ฮาสเตลลอย C-276	1,000 องศาเซลเซียส (1832 องศาฟาเรนไฮต์)	ทนต่อสารเคมีได้กว้างที่สุด	กรดรุนแรงระบบ FGD

การหันหน้าไปทางวัสดุและขีดจำกัดอุณหภูมิ

ปะเก็นโลหะลูกฟูกจำนวนมากมาพร้อมกับการเคลือบแบบอ่อน เช่น กราไฟท์, PTFE หรือไมกา เคลือบไว้บนใบหน้าสันเพื่อปรับปรุงความสอดคล้องบนพื้นผิวหน้าแปลนที่เสียหายเล็กน้อย การเลือกหันหน้าจะปิดอุณหภูมิที่ใช้งานได้โดยไม่ขึ้นอยู่กับแกนโลหะ:

การหันหน้าด้วยกราไฟท์แบบยืดหยุ่น: จัดอันดับไว้ที่ 550 C (1,022 F) ในบริการออกซิไดซ์; สูงถึง 3000 C ในบรรยากาศรีดิวซ์/เฉื่อย
หันหน้าไปทาง PTFE: จำกัดไว้ที่ 260 C (500 F); เหมาะสำหรับบริการด้านกรดและยาเชิงรุก
ไมก้าหันหน้าไปทาง: จัดอันดับถึง 900 C (1,650 F); ใช้ในเตาเผาที่มีอุณหภูมิสูงและหน้าแปลนเครื่องทำความร้อนแบบใช้เชื้อเพลิง
โลหะเปลือย (ไม่มีการหันหน้า): อุณหภูมิสูงสุดที่กำหนดโดยโลหะผสมเพียงอย่างเดียว ต้องการผิวหน้าแปลนที่เรียบเนียนยิ่งขึ้น (Ra 1.6 ถึง 3.2 ไมครอน)

ปะเก็นโลหะลูกฟูกต้องการความเครียดในการปิดผนึกมากแค่ไหน?

ข้อกำหนดความเค้นในการซีลสำหรับปะเก็นโลหะลูกฟูกถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์ ASME สองตัว: ความเค้นที่นั่งออกแบบขั้นต่ำ y (การประกอบครั้งแรก) และปัจจัยปะเก็น m (ปัจจัยการบำรุงรักษาการดำเนินงาน) ค่าเหล่านี้ต่ำกว่าค่าสำหรับปะเก็นโลหะแข็งอย่างแน่นอน เนื่องจากสันลอนลูกฟูกจะขยายแรงกดสัมผัสเฉพาะที่

ความเครียดในการนั่งขั้นต่ำ (y)

สำหรับปะเก็นลูกฟูก 316L แบบเปลือย ความเค้นของเบาะนั่งในการออกแบบโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 55 ถึง 90 MPa (8,000 ถึง 13,000 psi) ขึ้นอยู่กับระยะพิทช์ของสันและความหนาของแผ่น ปะเก็นลูกฟูกหน้ากราไฟต์ต้องการค่า y ต่ำกว่า — โดยทั่วไปคือ 28 ถึง 55 MPa (4,000 ถึง 8,000 psi) — เนื่องจากการหันหน้าแบบอ่อนนั้นสอดคล้องภายใต้ความเครียดปานกลาง

ปัจจัยปะเก็น m (ขณะใช้งาน)

ค่าเอ็มแฟคเตอร์สำหรับปะเก็นโลหะลูกฟูกมักจะอยู่ระหว่าง 2.75 ถึง 3.75 ซึ่งหมายความว่าความเค้นของปะเก็นที่ตกค้างภายใต้แรงดันใช้งานจะต้องเท่ากับอย่างน้อย 2.75 ถึง 3.75 เท่าของแรงดันของเหลวภายใน ซึ่งต่ำกว่าปะเก็นข้อต่อแหวนอย่างมาก (m = 5.5 ถึง 6.5) ช่วยลดภาระของสลักเกลียวและความหนาของหน้าแปลน

การคำนวณโหลดโบลต์

โหลดโบลต์ที่ต้องการ W = y x Ag (สภาพการนั่ง) หรือ W = 2b x pi x G x m x P (สภาพการทำงาน) โดยที่ Ag คือพื้นที่สัมผัสของปะเก็น b คือความกว้างของเบาะนั่งที่มีประสิทธิภาพ G คือเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยของปะเก็น และ P คือความดันการออกแบบ ค่าควบคุม (สูงกว่า) จะควบคุมขนาดของแกน สำหรับหน้าแปลนเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน DN100 ถึง DN400 ส่วนใหญ่ ปะเก็นลูกฟูกช่วยลดขนาดสลักเกลียวได้หนึ่งถึงสองเท่าเมื่อเทียบกับข้อต่อแหวน

ความต้องการการตกแต่งพื้นผิวหน้าแปลน

ปะเก็นโลหะลูกฟูกเปลือยต้องมีพื้นผิวหน้าแปลน Ra 1.6 ถึง 3.2 ไมครอน (63 ถึง 125 AARH) ปะเก็นลูกฟูกหน้ากราไฟต์ทน Ra ได้สูงถึง 6.3 ไมครอน (250 AARH) ทำให้เหมาะสำหรับการนำกลับมาใช้ใหม่บนหน้าแปลนที่สึกหรอโดยไม่ต้องมีการตัดเฉือนใหม่ ไม่แนะนำให้ใช้การตกแต่งที่ต่ำกว่า Ra 0.8 ไมครอน พื้นผิวที่เรียบเกินไปจะช่วยลดแรงเสียดทาน และช่วยให้ปะเก็นคืบคลานภายใต้การสั่นสะเทือนขณะทำงาน

ปะเก็นชนิดใดที่เหมาะกับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ดีที่สุด?

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนนำเสนอสภาพแวดล้อมปะเก็นที่มีความต้องการมากที่สุดในกระบวนการผลิต: ข้อต่อหน้าแปลนหลายจุดในบริเวณใกล้เคียง การขยายตัวทางความร้อนที่แตกต่างกันระหว่างมัดเปลือกและท่อ การเข้าถึงโบลต์ที่จำกัด และการดึงการบำรุงรักษาบ่อยครั้ง ที่ ปะเก็นโลหะลูกฟูก จัดการกับความท้าทายทั้งสี่อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าประเภทคู่แข่งสำหรับการใช้งานแบบเปลือกและท่อส่วนใหญ่

แนะนำ

ปะเก็นโลหะลูกฟูก

ความเค้นในการนั่งต่ำ — ไม่มีการบิดเบี้ยวของหน้าแปลนบนฝาครอบช่องน้ำหนักเบา
สปริงแบ็คชดเชยการขยายตัวส่วนต่างของการดึงมัด
ผลิตภัณฑ์ที่เคลือบด้วยกราไฟท์จะผนึกซ้ำได้อย่างน่าเชื่อถือหลังการถอดแยกชิ้นส่วนเพื่อการบำรุงรักษา
มิติข้อมูลตามมาตรฐาน API 660 และ TEMA
คุ้มค่าสำหรับขนาด DN25 ถึง DN1200

ทางเลือก

ปะเก็นแผลเกลียว

ต้องการความเครียดในการนั่งที่สูงขึ้น — ความเสี่ยงของการบิดเบี้ยวของหน้าแปลนช่อง
ไม่สามารถนำมาใช้ซ้ำได้หลังจากการบีบอัด เปลี่ยนใหม่ทุกครั้งที่ดึงออกจากกัน
เหนือกว่าสำหรับแรงดันสูงมากมากกว่า 250 บาร์ในหน้าแปลนผนังหนัก
วงแหวนด้านในและด้านนอกเพิ่มข้อจำกัดของพื้นที่ในแนวรัศมี
ต้นทุนต่อหน่วยที่สูงขึ้น ระยะเวลารอคอยสินค้านานขึ้นสำหรับโลหะผสมพิเศษ

สำหรับหน้าแปลนเปลือกตัวแลกเปลี่ยนความร้อนในคลาส 150 ถึงคลาส 600 (PN20 ถึง PN100) บริการที่อุณหภูมิต่ำกว่า 600 C ปะเก็นลูกฟูกหน้ากราไฟต์ 316L แสดงถึงความสมดุลที่เหมาะสมที่สุดของความน่าเชื่อถือในการปิดผนึก ความสะดวกในการบำรุงรักษา และต้นทุนการติดตั้ง สูงกว่าคลาส 900 หรือในบริการแรงดันย่อยไฮโดรเจนที่สูงกว่า 50 บาร์ แผลเกลียวหรือข้อต่อวงแหวนควรได้รับการประเมินเป็นรายกรณี

คำถามที่พบบ่อย

ปะเก็นโลหะลูกฟูกสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้หลังจากดึงหน้าแปลนออกจากกันหรือไม่

โดยทั่วไปปะเก็นโลหะลูกฟูกหน้ากราไฟท์สามารถนำมาใช้ซ้ำได้หากหน้ากราไฟท์ไม่มีน้ำตา แกนโลหะไม่ได้ถูกบดขยี้อย่างถาวรต่ำกว่าความหนาของการออกแบบ และพื้นผิวหน้าแปลนอยู่ในสภาพที่ยอมรับได้ ปะเก็นลูกฟูกโลหะเปลือยไม่ควรนำกลับมาใช้ใหม่ - ที่นั่งเริ่มต้นจะทำให้ปลายสันเปลี่ยนรูปอย่างถาวร และความเค้นที่นั่งที่เหลืออยู่ในการประกอบกลับจะไม่เพียงพอสำหรับบริการที่รั่วซึม

ปะเก็นโลหะลูกฟูกและปะเก็นโลหะหยักแตกต่างกันอย่างไร?

ปะเก็นฟันเลื่อยมีร่องโปรไฟล์ V ศูนย์กลางที่กลึงเป็นวงแหวนโลหะแข็ง — ฟันปลาเป็นลักษณะพื้นผิวบนพื้นผิวที่หนา ปะเก็นลูกฟูกถูกสร้างขึ้นจากโลหะแผ่นบางโดยที่หน้าตัดทั้งหมดเป็นรูปคลื่น ทำให้มีสปริงกลับแบบยืดหยุ่น ปะเก็นแบบหยักต้องการความเค้นในการนั่งที่สูงขึ้นอย่างมาก และโดยทั่วไปจะใช้ในหน้าแปลนร่องแหวน ปะเก็นลูกฟูกใช้กับหน้าแปลนยกหน้ามาตรฐานที่โหลดโบลต์ต่ำกว่า

ความหนาของปะเก็นโลหะลูกฟูกระบุอย่างไร?

ปะเก็นโลหะลูกฟูกจะระบุโดยความหนาที่ถูกบีบอัด (ติดตั้ง) ไม่ใช่ความหนาแบบอิสระ ความหนามาตรฐานเมื่อบีบอัดเริ่มตั้งแต่ 1.5 มม. ถึง 4.5 มม. โดยทั่วไปความสูงของสถานะอิสระจะอยู่ที่ 1.5 ถึง 2.5 เท่าของความหนาที่ถูกบีบอัด มาตรฐานมิติสำหรับปะเก็นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเป็นไปตาม ASME B16.20, EN 1514-6 และ API 660 ภาคผนวก G ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของโครงการ

ปะเก็นโลหะลูกฟูกจำเป็นต้องมีลำดับแรงบิดในการติดตั้งพิเศษหรือไม่?

ใช่. ปะเก็นโลหะลูกฟูกต้องมีลำดับแรงบิดข้ามรูปแบบอย่างน้อยสามรอบ: 30% ของแรงบิดเป้าหมาย, 70% และ 100% ตามด้วยการผ่านครั้งสุดท้ายที่ 100% หลังจากปรับสภาพความร้อนของข้อต่อที่อุณหภูมิใช้งาน การโหลดแบบก้าวหน้านี้ทำให้มั่นใจได้ว่ามีการบีบอัดสันที่สม่ำเสมอตลอดเส้นรอบวงของปะเก็นทั้งหมด และป้องกันการกดทับมากเกินไปเฉพาะที่ซึ่งจะขจัดข้อดีของการสปริงกลับ