واشر غیر فلزی: مواد، دما و راهنمای انتخاب

A واشر غیر فلزی رابط آب بندی بین دو فلنج جفت شونده است - و مشخصات مواد آن تعیین می کند که آیا اتصال خط لوله بیست سال دوام می آورد یا در عرض چند ماه از کار می افتد. سازگاری شیمیایی، گستره حرارتی، تراکم پذیری و مقاومت در برابر خزش در گریدهای PTFE، گرافیت، لاستیک و فیبر فشرده به طور متفاوتی با هم تعامل دارند. انتخاب مواد نامناسب در کاربردهای خورنده یا با دمای بالا فقط باعث نشتی نمی شود - بلکه باعث خاموشی های برنامه ریزی نشده، حوادث نظارتی و هزینه های جایگزینی می شود که قیمت اصلی واشر را کاهش می دهد. این راهنما چهار سؤال مشخصاتی را که اکثر تصمیمات خرید واشر غیرفلزی را هدایت می کند، حل می کند.

-200 درجه سانتیگراد

تا 260 درجه سانتی گراد

محدوده عملیاتی واشرهای PTFE گسترش یافته

3000

بار پیچ psi

حداقل تنش نشستن برای گریدهای فیبر فشرده

pH 0-14

محدوده کامل

پاکت مقاومت شیمیایی از PTFE بکر

کدام ماده واشر برای کاربردهای شیمیایی مناسب است؟

سازگاری شیمیایی فیلتر اصلی در انتخاب واشر غیر فلزی است - ماده ای که در دمای محیط کاملاً مهر و موم می شود ممکن است در عرض چند هفته در معرض سیال فرآیند متورم، سخت یا حل شود. جدول زیر رایج ترین مواد واشر غیر فلزی را با مشخصات مقاومت شیمیایی آنها ترسیم می کند.

مواد	اسیدها	مواد قلیایی	حلال ها	هیدروکربن ها	بخار
PTFE ویرجین	عالی	عالی	عالی	عالی	خوب
PTFE گسترش یافته (ePTFE)	عالی	عالی	عالی	عالی	عالی
گرافیت انعطاف پذیر	خوب	خوب	خوب	عالی	عالی
لاستیک NBR	محدود	خوب	بیچاره	خوب	بیچاره
لاستیک EPDM	خوب	عالی	بیچاره	بیچاره	خوب
فیبر فشرده (CAF)	محدود	محدود	محدود	خوب	خوب

اسیدهای قوی (H2SO4، HCl، HNO3)

PTFE بکر یا منبسط شده تنها ماده ای است که در برابر اسیدهای معدنی غلیظ در سراسر محدوده غلظت کامل مقاومت می کند. واشرهای NBR و CAF در عرض 48 تا 72 ساعت پس از قرار گرفتن در معرض اسید سولفوریک غلیظ بالای 70 درصد متورم شده و استحکام فشاری خود را از دست می دهند.

خدمات کاستیک و قلیایی

لاستیک EPDM در خدمات هیدروکسید سدیم و هیدروکسید پتاسیم تا دمای 80 درجه سانتی گراد به طور قابل اعتمادی عمل می کند. برای غلظت های سوزاننده بالای 30 درصد در دمای بالا، ePTFE ترجیح داده می شود - EPDM شروع به از دست دادن استحکام کششی بالاتر از این آستانه در سرویس طولانی مدت می کند.

خدمات هیدروکربن و نفت

گرافیت انعطاف پذیر و لاستیک NBR گزینه های استاندارد برای خدمات نفت، سوخت و هیدروکربن هستند. PTFE از نظر شیمیایی سازگار است اما ضریب اصطکاک پایین آن باعث جریان سرد تحت بار پیچ در فلنج های هیدروکربنی پرفشار می شود - برای مقابله با آن PTFE یا ePTFE پر از شیشه را مشخص کنید.

واشرهای غیر فلزی چه دمایی را می توانند تحمل کنند؟

دما هم بر حد بالای سرویس - که بالاتر از آن ماده یکپارچگی آب بندی را از دست می دهد - و هم بر حد پایینی که در زیر آن تردی یا سفت شدن از فشرده سازی کافی تحت بار پیچ جلوگیری می کند، حاکم است. پنجره عملیاتی باید هم دمای فرآیند در حالت پایدار و هم سفرهای گذرا در هنگام راه‌اندازی، خاموش شدن و اختلالات فرآیند را در نظر بگیرد.

گرافیت انعطاف پذیر

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

بالاترین سقف حرارتی از هر ماده واشر غیر فلزی. اکسیداسیون بالای 450 درجه سانتیگراد در محدودیت هوا استفاده بدون تقویت فلزی.

PTFE گسترش یافته (ePTFE)

-200 درجه سانتیگراد to 260°C

گسترده ترین مقاومت شیمیایی در پنجره حرارتی آن. تمایل به جریان سرد مستلزم بار کنترل شده پیچ است - گشتاور به تنش صندلی مشخص شده توسط سازنده، نه برای احساس.

PTFE ویرجین

-200 درجه سانتیگراد to 230°C

مقاومت خزشی کمتر از ePTFE. نمرات پر از شیشه (25% GF) یا پر شده با کربن، محدوده باربری موثر را افزایش داده و جریان سرد را در دمای بالا کاهش می دهد.

لاستیک EPDM

-50 تا 150 درجه سانتی گراد

درجه های بخار EPDM در سرویس های متناوب به 160 درجه سانتیگراد می رسند. دمای پایدار بالای 150 درجه سانتیگراد باعث سخت شدن تدریجی و از دست دادن بازیابی تراکم می شود.

فیبر فشرده (CAF)

-40 تا 400 درجه سانتی گراد

گریدهای الیاف آرامید (جایگزین آزبست قدیمی) بخار، روغن و گاز را در دمای بالا با حفظ بار پیچ و مهره خوب کنترل می کنند. گواهینامه بدون آزبست را برای تمام منابع CAF مدرن تأیید کنید.

لاستیک NBR

-30 تا 120 درجه سانتی گراد

مقرون به صرفه برای خدمات هیدروکربن محیطی. ترد زیر 30- درجه سانتیگراد در گریدهای استاندارد - ترکیبات NBR با دمای پایین حد پایین را تا -50 درجه سانتیگراد برای تبرید و خدمات برودتی مجاور افزایش می دهند.

قانون دمای بحرانی

همیشه ماده واشر را برای حداکثر دمای گردش فرآیند مشخص کنید - نه دمای عملیاتی معمولی. یک خط بخار که معمولاً در دمای 120 درجه سانتیگراد کار می کند اما در هنگام راه اندازی در دمای 180 درجه سانتیگراد به اوج خود می رسد، به ماده ای با درجه حرارت 180 درجه سانتیگراد با حاشیه نیاز دارد. خرابی واشر در دمای اوج، بدون توجه به عملکرد حالت پایدار، خرابی واشر است.

چگونه ضخامت واشر غیر فلزی را انتخاب کنیم؟

ضخامت واشر یک اولویت نیست - این یک پارامتر محاسبه شده است که توسط پرداخت سطح فلنج، بار پیچ، فشار عملیاتی و ویژگی‌های تراکم‌پذیری مواد هدایت می‌شود. نازک ترین واشر که تماس کامل با سطح فلنج را ایجاد می کند تقریباً همیشه مشخصات صحیحی دارد.

قانون 1

مطابقت ضخامت به پایان فلنج

فلنج‌هایی با روکش ماشینکاری صاف (Ra 3.2-6.3 میکرومتر) به طور مؤثر با واشرهایی به نازکی 0.8 میلی‌متر قرار می‌گیرند - این ماده بی‌نظمی‌های سطح میکرو را تحت بار پیچ بدون نیاز به ضخامت اضافی پر می‌کند. فلنج های ناهموار یا خورده (Ra بالاتر از 12.5 میکرومتر) به ضخامت 1.5 تا 3.0 میلی متر نیاز دارند تا تغییرات سطح را بدون مسیرهای نشتی تطبیق دهند. هرگز از یک واشر نازک برای جبران سطح فلنج ضعیف استفاده نکنید - در عوض فلنج را دوباره روی سطح قرار دهید.

قانون 2

مهر و موم نازک تر تحت بار زیاد پیچ بهتر است

یک واشر نازک‌تر به تنش نشستن بالاتری در گشتاور پیچ معادل دست می‌یابد، زیرا مواد کمتری باید فشرده شود تا شکاف فلنج را پر کند. برای فلنج‌های ASME کلاس 300 و بالاتر با بار پیچ و مهره کافی، گرافیت PTFE 1.5 میلی‌متری یا 1.6 میلی‌متری انعطاف‌پذیر نسبت به 3.0 میلی‌متر در حفظ بار پیچ در طولانی‌مدت بهتر عمل می‌کند - ماده ضخیم‌تر دارای جرم بیشتری برای خزش تحت تنش فشاری پایدار در طول زمان است.

قانون 3

ضخامت استاندارد بر اساس نوع کاربرد

انتخاب ضخامت استاندارد صنعت بر اساس کاربرد: آب کم فشار و فلنج های HVAC از لاستیک 3.0 میلی متری یا CAF استفاده می کنند. فرآیند لوله کشی در کلاس ASME 150-300 از 1.5 تا 2.0 میلی متر PTFE یا گرافیت استفاده می کند. سرویس‌های فشار بالا و دمای بالا بالاتر از کلاس 600، 0.8 تا 1.5 میلی‌متر را با درج‌های تقویت‌کننده فلزی در صورت نیاز توسط محاسبات طراح فلنج مشخص می‌کنند.

قانون 4

حساب از دست دادن تراکم چرخه حرارتی

هر چرخه حرارتی - گرم کردن و خنک کردن فلنج - بار پیچ را از طریق انبساط حرارتی دیفرانسیل بین فلنج، پیچ و مهره و واشر شل می کند. مواد با تراکم پذیری بالاتر (لاستیک، CAF) این آرامش را بهتر از مواد سفت و سخت انجام می دهند. در فلنج‌هایی که در معرض چرخه حرارتی مکرر قرار دارند، یک واشر 10 تا 15 درصد ضخیم‌تر از حداقل حالت پایدار مشخص کنید، یا به یک طرح ePTFE با فنر تغییر دهید که تنش آب‌بندی را در طول چرخه حفظ می‌کند.

کدام واشر غیر فلزی دوام بیشتری دارد؟

عمر مفید در یک واشر غیر فلزی با میزان مقاومت مواد در برابر سه مکانیسم اصلی تخریب تعیین می شود: حمله شیمیایی، پیری حرارتی و مجموعه فشرده سازی. هیچ ماده واحدی به هر سه منجر نمی شود - طول عمر همیشه تابعی از تطبیق مواد با شرایط خدمات خاص است.

PTFE گسترش یافته - طولانی ترین عمر در خدمات شیمیایی

واشرهای ePTFE در فلنج های فرآیند شیمیایی به طور معمول 10 تا 15 سال عمر مفید را بدون تعویض در تاسیسات مشخص شده به دست می آورند. مقاومت این ماده در برابر تخریب شیمیایی در pH 0-14، همراه با ساختار الیاف چند جهته آن که در برابر خزش بهتر از PTFE بکر مقاومت می کند، آن را به معیاری برای آب بندی طولانی مدت کارخانه های شیمیایی تبدیل می کند. تاسیسات مستند در تاسیسات دارویی و نیمه هادی اولین تعویض واشر را در 12 تا 18 سال تحت سرویس مداوم گزارش می دهند.

گرافیت انعطاف پذیر — Longest Life in High-Temperature Services

در سرویس‌های بخار، روغن داغ و گاز با دمای بالا بالای 200 درجه سانتی‌گراد، گرافیت منعطف با تقویت‌کننده فولاد ضد زنگ به طور مداوم از سایر گزینه‌های غیرفلزی برتری دارد. تحت بار حرارتی پایدار پیر نمی شود، سفت نمی شود و تحت فشار قرار نمی گیرد. تاسیسات نیروگاه عمر سرویس واشر گرافیتی را بین 8 تا 12 سال بین فواصل نگهداری برنامه ریزی شده گزارش می دهند - واشر در بسیاری از موارد از پنجره تعویض برنامه ریزی شده خود بیشتر دوام می آورد.

لاستیک EPDM — Longest Life in Water and Steam Services

در آب آشامیدنی، آب سرد، و فلنج‌های بخار کم فشار که در سقف 150 درجه سانتی‌گراد EPDM کار می‌کنند، واشرهای EPDM با کیفیت به عمر مفید 7 تا 10 ساله می‌رسند. بازیابی فشرده سازی عالی این ماده – حفظ 85 تا 90 درصد ضخامت اولیه پس از 1000 ساعت در دمای کارکرد – بار پیچ و تنش آب بندی را در فاصله زمانی نصب بدون گشتاور مجدد ثابت نگه می دارد.

چه چیزی عمر واشر را صرف نظر از مواد کاهش می دهد

چهار خرابی نصب، واشرها را در هر دسته مواد به‌طور پیش از موعد از بین می‌برند: بار ناکافی پیچ در هنگام نصب (کمتر از حداقل تنش نشستن مواد)، گشتاور بیش از حد که مواد را فراتر از حد الاستیک آن خرد می‌کند، نصب یک واشر بر روی صفحه فلنج خورده یا ناهموار، و استفاده مجدد از واشر که قبلاً یک مجموعه فشرده‌سازی گرفته است. واشر جدید روی هر شکستن فلنج - بدون استثنا - موثرترین روش موجود برای طول عمر است.

مشخص کردن صحیح واشر غیر فلزی برای هر شرایط سرویس - به جای پیش‌فرض از یک استاندارد واحد در سراسر کارخانه - حجم تعویض سالانه واشر را در تاسیساتی که ممیزی سیستماتیک فلنج را انجام داده‌اند، 40 تا 60 درصد کاهش می‌دهد. هزینه واحد واشر در برابر کار، خرابی و هزینه ایمنی ناشی از خرابی آب بندی قابل پیشگیری، ناچیز است.