ปะเก็นอโลหะ: คู่มือวัสดุ อุณหภูมิ และการเลือก

A ปะเก็นที่ไม่ใช่โลหะ เป็นส่วนเชื่อมต่อการปิดผนึกระหว่างหน้าแปลนคู่สองชิ้น และข้อกำหนดของวัสดุจะกำหนดว่าข้อต่อท่อจะคงอยู่ได้ยี่สิบปีหรือล้มเหลวภายในไม่กี่เดือน ความเข้ากันได้ทางเคมี ช่วงความร้อน ความสามารถในการอัด และความต้านทานการคืบมีปฏิสัมพันธ์ที่แตกต่างกันในเกรด PTFE กราไฟท์ ยาง และเส้นใยอัด การเลือกวัสดุที่ไม่ถูกต้องในการใช้งานที่มีฤทธิ์กัดกร่อนหรืออุณหภูมิสูงไม่เพียงแต่ทำให้เกิดการรั่วไหลเท่านั้น แต่ยังทำให้เกิดการปิดเครื่องโดยไม่ได้วางแผน เหตุการณ์ด้านกฎระเบียบ และค่าใช้จ่ายในการเปลี่ยนซึ่งทำให้ราคาปะเก็นเดิมลดลง คู่มือนี้จะตอบคำถามเกี่ยวกับข้อกำหนดสี่ข้อที่ขับเคลื่อนการตัดสินใจจัดซื้อปะเก็นที่ไม่ใช่โลหะส่วนใหญ่

-200°ซ

ถึง 260°C

ช่วงการทำงานของปะเก็น PTFE แบบขยาย

3,000

โหลดโบลต์ psi

ความเค้นในการนั่งขั้นต่ำสำหรับเกรดไฟเบอร์อัด

ค่า pH 0–14

เต็มช่วง

ซองทนสารเคมีของ PTFE บริสุทธิ์

วัสดุปะเก็นใดที่เหมาะกับการใช้งานทางเคมี?

ความเข้ากันได้ทางเคมีเป็นตัวกรองหลักในการเลือกปะเก็นที่ไม่ใช่โลหะ วัสดุที่ปิดผนึกได้อย่างสมบูรณ์ที่อุณหภูมิแวดล้อมอาจบวม แข็งตัว หรือละลายภายในไม่กี่สัปดาห์เมื่อสัมผัสกับของเหลวในกระบวนการ ตารางด้านล่างนี้จะจับคู่วัสดุปะเก็นที่ไม่ใช่โลหะที่พบมากที่สุดกับโปรไฟล์การทนทานต่อสารเคมี

วัสดุ	กรด	อัลคาลิส	ตัวทำละลาย	ไฮโดรคาร์บอน	ไอน้ำ
เวอร์จิน PTFE	ยอดเยี่ยม	ยอดเยี่ยม	ยอดเยี่ยม	ยอดเยี่ยม	ดี
PTFE แบบขยาย (ePTFE)	ยอดเยี่ยม	ยอดเยี่ยม	ยอดเยี่ยม	ยอดเยี่ยม	ยอดเยี่ยม
กราไฟท์ที่มีความยืดหยุ่น	ดี	ดี	ดี	ยอดเยี่ยม	ยอดเยี่ยม
ยางเอ็นบีอาร์	จำกัด	ดี	แย่	ดี	แย่
ยางอีพีดีเอ็ม	ดี	ยอดเยี่ยม	แย่	แย่	ดี
ไฟเบอร์อัด (CAF)	จำกัด	จำกัด	จำกัด	ดี	ดี

กรดแก่ (H₂SO₄, HCl, HNO₃)

PTFE บริสุทธิ์หรือขยายตัวเป็นวัสดุชนิดเดียวที่ทนทานต่อกรดแร่เข้มข้นตลอดช่วงความเข้มข้นทั้งหมด ปะเก็น NBR และ CAF จะบวมและสูญเสียกำลังรับแรงอัดภายใน 48–72 ชั่วโมงหลังจากได้รับกรดซัลฟิวริกเข้มข้นมากกว่า 70%

บริการโซดาไฟและอัลคาไล

ยาง EPDM ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในการให้บริการโซเดียมไฮดรอกไซด์และโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ที่อุณหภูมิสูงถึง 80°C สำหรับความเข้มข้นของสารกัดกร่อนที่สูงกว่า 30% ที่อุณหภูมิสูง แนะนำให้ใช้ ePTFE — EPDM เริ่มสูญเสียความต้านทานแรงดึงที่สูงกว่าเกณฑ์นี้ในการให้บริการระยะยาว

บริการไฮโดรคาร์บอนและน้ำมัน

กราไฟท์ที่ยืดหยุ่นและยาง NBR เป็นตัวเลือกมาตรฐานสำหรับบริการด้านน้ำมัน เชื้อเพลิง และไฮโดรคาร์บอน PTFE สามารถเข้ากันได้ทางเคมี แต่ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำทำให้เกิดการไหลเย็นภายใต้โหลดโบลต์ในหน้าแปลนไฮโดรคาร์บอนแรงดันสูง โปรดระบุ PTFE หรือ ePTFE ที่เติมแก้วเพื่อตอบโต้สิ่งนี้

ปะเก็นที่ไม่ใช่โลหะสามารถทนอุณหภูมิได้เท่าไร?

อุณหภูมิจะควบคุมทั้งขีดจำกัดการบริการด้านบน - เหนือซึ่งวัสดุสูญเสียความสมบูรณ์ของการปิดผนึก - และขีดจำกัดล่าง ซึ่งต่ำกว่าซึ่งการเปราะหรือการแข็งตัวจะป้องกันการบีบอัดที่เพียงพอภายใต้ภาระของสลักเกลียว ระยะเวลาการทำงานต้องคำนึงถึงทั้งอุณหภูมิกระบวนการในสภาวะคงตัวและการเคลื่อนตัวชั่วคราวระหว่างการเริ่มต้น การปิดระบบ และการพลิกผันของกระบวนการ

กราไฟท์ที่มีความยืดหยุ่น

-200°ซ to 450°C (oxidising); to 3000°C (inert)

เพดานกันความร้อนสูงสุดในบรรดาวัสดุปะเก็นที่ไม่ใช่โลหะ ออกซิเดชันที่สูงกว่า 450°C ในขีดจำกัดอากาศใช้โดยไม่มีการเสริมแรงด้วยโลหะ

PTFE แบบขยาย (ePTFE)

-200°ซ to 260°C

ทนต่อสารเคมีได้กว้างที่สุดในหน้าต่างระบายความร้อน แนวโน้มการไหลเย็นต้องใช้โหลดโบลต์ที่ควบคุม — แรงบิดตามความเค้นเบาะนั่งที่ผู้ผลิตระบุ โดยไม่รู้สึก

เวอร์จิน PTFE

-200°ซ to 230°C

ความต้านทานการคืบต่ำกว่า ePTFE เกรดที่เติมแก้ว (25% GF) หรือเกรดที่เติมคาร์บอนจะขยายช่วงการรับน้ำหนักที่มีประสิทธิภาพ และลดการไหลของความเย็นที่อุณหภูมิสูง

ยางอีพีดีเอ็ม

-50°ซ ถึง 150°ซ

เกรด EPDM ที่ใช้ไอน้ำมีอุณหภูมิสูงถึง 160°C ในการให้บริการไม่ต่อเนื่อง อุณหภูมิคงที่ที่สูงกว่า 150°C ทำให้เกิดการแข็งตัวอย่างต่อเนื่องและสูญเสียการฟื้นตัวของแรงอัด

ไฟเบอร์อัด (CAF)

-40°ซ ถึง 400°ซ

เกรดอะรามิดไฟเบอร์ (แทนที่แร่ใยหินแบบเดิม) รับมือกับไอน้ำ น้ำมัน และก๊าซที่อุณหภูมิสูงโดยมีการกักเก็บโหลดโบลต์ได้ดี ตรวจสอบการรับรองปลอดแร่ใยหินสำหรับการจัดหา CAF สมัยใหม่ทั้งหมด

ยางเอ็นบีอาร์

-30°ซ ถึง 120°ซ

คุ้มค่าสำหรับบริการไฮโดรคาร์บอนโดยรอบ เปราะต่ำกว่า -30°C ในเกรดมาตรฐาน — สารประกอบ NBR อุณหภูมิต่ำขยายขีดจำกัดล่างเป็น -50°C สำหรับบริการทำความเย็นและบริการแช่แข็งที่อยู่ติดกัน

กฎอุณหภูมิวิกฤติ

ระบุวัสดุปะเก็นสำหรับอุณหภูมิการเคลื่อนตัวของกระบวนการสูงสุดเสมอ ไม่ใช่อุณหภูมิการทำงานปกติ ท่อไอน้ำที่ปกติจะทำงานที่อุณหภูมิ 120°C แต่จะมีอุณหภูมิสูงถึง 180°C ในระหว่างการเริ่มต้นระบบ ต้องใช้วัสดุที่มีอุณหภูมิ 180°C โดยมีระยะขอบ ความล้มเหลวของปะเก็นที่อุณหภูมิสูงสุดคือความล้มเหลวของปะเก็น โดยไม่คำนึงถึงประสิทธิภาพการทำงานในสภาวะคงตัว

จะเลือกความหนาของปะเก็นที่ไม่ใช่โลหะได้อย่างไร

ความหนาของปะเก็นไม่ใช่สิ่งที่ต้องการ — แต่เป็นพารามิเตอร์ที่คำนวณได้ซึ่งขับเคลื่อนโดยผิวสำเร็จของหน้าแปลน โหลดของสลักเกลียว แรงดันใช้งาน และคุณลักษณะการอัดตัวของวัสดุ ปะเก็นที่บางที่สุดที่สามารถสัมผัสหน้าแปลนได้เต็มที่นั้นแทบจะเป็นข้อมูลจำเพาะที่ถูกต้องเสมอไป

กฎข้อที่ 1

จับคู่ความหนากับหน้าแปลน

หน้าแปลนที่มีผิวตัดเฉือนเรียบ (Ra 3.2–6.3 µm) รองรับปะเก็นได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยปะเก็นบางเพียง 0.8 มม. — วัสดุนี้เติมความผิดปกติของพื้นผิวระดับไมโครภายใต้ภาระของโบลต์โดยไม่ต้องมีความหนามากเกินไป หน้าแปลนที่หยาบหรือสึกกร่อน (Ra มากกว่า 12.5 µm) จำเป็นต้องมีความหนา 1.5–3.0 มม. เพื่อรองรับการเปลี่ยนแปลงของพื้นผิวโดยไม่มีเส้นทางการรั่วไหล อย่าใช้ปะเก็นบางๆ เพื่อชดเชยหน้าแปลนที่เตรียมไว้ไม่ดี ให้เปลี่ยนพื้นผิวหน้าแปลนแทน

กฎข้อที่ 2

ทินเนอร์ซีลได้ดีกว่าภายใต้โหลดโบลท์สูง

ปะเก็นที่บางกว่าจะให้แรงกดในการนั่งที่สูงกว่าด้วยแรงบิดของสลักเกลียวที่เท่ากัน เนื่องจากต้องบีบอัดวัสดุให้น้อยลงเพื่อเติมเต็มช่องว่างของหน้าแปลน สำหรับหน้าแปลน ASME Class 300 และสูงกว่าที่มีโหลดโบลต์เพียงพอ PTFE 1.5 มม. หรือกราไฟท์ยืดหยุ่น 1.6 มม. มีประสิทธิภาพเหนือกว่าเทียบเท่า 3.0 มม. ในการกักเก็บโหลดโบลต์ในระยะยาว — วัสดุที่หนากว่าจะมีมวลมากขึ้นที่จะคืบคลานภายใต้ความเครียดอัดที่ยั่งยืนเมื่อเวลาผ่านไป

กฎข้อที่ 3

ความหนามาตรฐานตามประเภทการใช้งาน

การเลือกความหนามาตรฐานอุตสาหกรรมตามการใช้งาน: น้ำแรงดันต่ำและหน้าแปลน HVAC ใช้ยาง 3.0 มม. หรือ CAF กระบวนการวางท่อที่ ASME Class 150–300 ใช้ PTFE หรือกราไฟท์ 1.5–2.0 มม. บริการแรงดันสูงและอุณหภูมิสูงกว่าคลาส 600 ระบุ 0.8–1.5 มม. พร้อมเม็ดมีดเสริมแรงโลหะตามที่กำหนดโดยการคำนวณของนักออกแบบหน้าแปลน

กฎข้อที่ 4

บัญชีสำหรับการสูญเสียการบีบอัดจากการปั่นจักรยานด้วยความร้อน

ทุกรอบการระบายความร้อน — การทำความร้อนและความเย็นของหน้าแปลน — จะผ่อนคลายภาระของโบลต์ผ่านการขยายตัวทางความร้อนที่แตกต่างกันระหว่างหน้าแปลน โบลท์ และปะเก็น วัสดุที่มีความสามารถในการอัดตัวสูง (ยาง, CAF) ช่วยให้เกิดความผ่อนคลายได้ดีกว่าวัสดุที่มีความแข็ง ในหน้าแปลนที่มีการหมุนเวียนความร้อนบ่อยครั้ง ให้ระบุปะเก็นที่หนากว่าค่าต่ำสุดในสภาวะคงตัว 10–15% หรือเปลี่ยนไปใช้การออกแบบ ePTFE ที่ใช้สปริงซึ่งจะรักษาความเค้นในการซีลตลอดวงจร

ปะเก็นที่ไม่ใช่โลหะชนิดใดที่มีอายุการใช้งานยาวนานที่สุด?

อายุการใช้งานของปะเก็นที่ไม่ใช่โลหะจะขึ้นอยู่กับว่าวัสดุทนทานต่อกลไกการย่อยสลายหลักๆ 3 ประการได้ดีเพียงใด ได้แก่ การโจมตีทางเคมี การเสื่อมสภาพจากความร้อน และชุดการบีบอัด ไม่มีตัวนำวัสดุชนิดใดชนิดหนึ่งในทั้งสามชนิด — อายุการใช้งานที่ยืนยาวมักเป็นหน้าที่ในการจับคู่วัสดุกับเงื่อนไขการบริการเฉพาะเสมอ

PTFE ขยาย — อายุการใช้งานยาวนานที่สุดในบริการเคมี

ปะเก็น ePTFE ในหน้าแปลนกระบวนการทางเคมีมีอายุการใช้งาน 10-15 ปีเป็นประจำโดยไม่ต้องเปลี่ยนในการติดตั้งที่กำหนดไว้อย่างดี ความต้านทานของวัสดุต่อการย่อยสลายทางเคมีในช่วง pH 0–14 รวมกับโครงสร้างเส้นใยหลายทิศทางที่ต้านทานการคืบได้ดีกว่า PTFE บริสุทธิ์ ทำให้เป็นเกณฑ์มาตรฐานสำหรับการปิดผนึกโรงงานเคมีในระยะยาว เอกสารการติดตั้งในโรงงานผลิตยาและเซมิคอนดักเตอร์รายงานการเปลี่ยนปะเก็นครั้งแรกเมื่ออายุ 12-18 ปีภายใต้การบริการอย่างต่อเนื่อง

กราไฟท์ที่มีความยืดหยุ่น — Longest Life in High-Temperature Services

ในบริการไอน้ำ น้ำมันร้อน และก๊าซอุณหภูมิสูงกว่า 200°C กราไฟท์ที่ยืดหยุ่นพร้อมการเสริมเม็ดมีดสแตนเลสมีประสิทธิภาพเหนือกว่าตัวเลือกที่ไม่ใช่โลหะอื่นๆ ทั้งหมดอย่างสม่ำเสมอ ไม่ทำให้อายุ แข็งตัว หรือทนรับแรงอัดภายใต้ภาระความร้อนที่ยั่งยืน การติดตั้งสถานีไฟฟ้ารายงานอายุการใช้งานของปะเก็นกราไฟท์ที่ 8-12 ปีระหว่างช่วงการบำรุงรักษาที่วางแผนไว้ — ในหลายกรณี ปะเก็นจะมีอายุการใช้งานยาวนานกว่ากรอบเวลาการเปลี่ยนตามกำหนด

ยางอีพีดีเอ็ม — Longest Life in Water and Steam Services

ในน้ำดื่ม น้ำเย็น และหน้าแปลนไอน้ำแรงดันต่ำที่ทำงานภายในเพดาน 150°C ของ EPDM ปะเก็น EPDM ที่มีคุณภาพจะมีอายุการใช้งาน 7-10 ปี การคืนแรงอัดที่ดีเยี่ยมของวัสดุ โดยคงความหนาเดิมไว้ที่ 85–90% หลังจากผ่านไป 1,000 ชั่วโมงที่อุณหภูมิการทำงาน ช่วยให้ภาระของโบลต์และความเค้นซีลมีความสม่ำเสมอตลอดระยะเวลาการติดตั้งโดยไม่ต้องบิดซ้ำ

สิ่งที่ทำให้อายุการใช้งานของปะเก็นสั้นลงโดยไม่คำนึงถึงวัสดุ

ความล้มเหลวในการติดตั้งสี่ประการจะทำให้ปะเก็นเสียหายก่อนเวลาอันควรในวัสดุทุกประเภท: โหลดโบลต์ไม่เพียงพอในการติดตั้ง (ต่ำกว่าความเค้นในการนั่งขั้นต่ำของวัสดุ), แรงบิดเกินที่บดขยี้วัสดุเกินขีดจำกัดความยืดหยุ่น, การติดตั้งปะเก็นบนหน้าแปลนที่สึกกร่อนหรือไม่สม่ำเสมอ และการนำปะเก็นที่ผ่านชุดการบีบอัดแล้วกลับมาใช้ใหม่ ปะเก็นใหม่บนทุกหน้าแปลนหัก — โดยไม่มีข้อยกเว้น — เป็นวิธีปฏิบัติเดียวที่มีอายุการใช้งานยาวนานที่สุดที่มีประสิทธิผล

โดยระบุให้ถูกต้อง ปะเก็นที่ไม่ใช่โลหะ สำหรับแต่ละเงื่อนไขการบริการ — แทนที่จะผิดนัดตามมาตรฐานเดียวทั่วทั้งโรงงาน — ลดปริมาณการเปลี่ยนปะเก็นรายปีลง 40–60% ในโรงงานที่ดำเนินการตรวจสอบหน้าแปลนอย่างเป็นระบบ ต้นทุนต่อหน่วยของปะเก็นนั้นไม่สำคัญเมื่อเทียบกับค่าแรง เวลาหยุดทำงาน และต้นทุนด้านความปลอดภัยจากความล้มเหลวของซีลที่ป้องกันได้