Рубрика: Справочник

Сотни лет одним из самых безопасных и широко используемых соединений различных технологических линий считается фланцевое. Простота данного способа стыкования участков трубопроводов в ближайшее время вряд ли позволит изобрести и внести какие-то изменения в принципиальную конструкцию фланцев. Однако, увеличение требований к герметичности фланцевых соединений, как одного из главных условий их надежности, вносит необходимость их совершенствования.

На сегодняшний день добиться этого можно только изменением используемых при изготовлении фланцев материалов и разработкой прокладок нового типа, обеспечивающих большую степень непроницаемости соединения.

Причины разгерметизации фланцевых соединений

Сегодня уже недостаточно просто правильно подобрать прокладку и грамотно выполнить монтаж соединения. Утечки рабочей среды могут происходить даже на только что собранных, качественных соединениях. Как правило, основными причинами тому являются заводские отклонения от стандарта изготовления либо дефекты, полученные в результате эксплуатации технологической линии. Последние, тем не менее, обусловлены первыми и возникают вследствие наличия нарушений технологий при изготовлении прокладок или при прохождении контроля качества.

В ходе эксплуатации фланцевые соединения «аккумулируют» увеличивающиеся дефекты, пока их состояние не достигнет «критической точки». Резюме: именно из-за «плачевного» технического состояния герметичности большинства фланцевых соединений происходит большая часть аварий, следствием которых являются простои производственных и инженерно-коммуникационных линий, финансовые потери и что более важно – негативное, а зачастую опасное и вредное воздействие на окружающую среду.

В большей степени ответственность за качество соединений и используемых при их монтаже материалов лежит на конечных пользователях – эксплуатационных службах, которые при техническом обслуживании, производстве ремонта и замене изношенных элементов не уделяют должного внимания соблюдению разработанных в этой сфере стандартов и нормативов.

Выбор «правильной» прокладки как решение проблемы

Выбор необходимой прокладки в большинстве случаев зависит от таких факторов, как агрессивность рабочей среды, давление внутри технологической линии, сроков планового обслуживания, ремонта и других факторов.

Каждый тип прокладок имеет свои ограничения по применению в тех или иных условиях эксплуатации. Так, к примеру, большая часть прокладок из безасбестового паронита сможет надежно служить для герметизации соединения только до температуры рабочей среды 250⁰ С.

Намного выше эти показатели у прокладок из терморасширенного графита – до 400⁰ С. Однако не стоит забывать, что нельзя правильно подобрать прокладку, ориентируясь только на установленные производителями предельные нормативы давления и температурного режима.

Данный график наглядно показывает при каких параметрах рабочей среды необходимо проведение испытаний прокладки для обеспечения герметичности соединения. Если показатели находятся в пределах 1-го сектора и учтена устойчивость уплотнительного материала к рабочей среде – тестирование материала не проводится. Показатели в пределах 2-го сектора – тестирование рекомендовано. При показателях в 3-м секторе – проведение испытаний обязательно.

Характеристики уплотнительного материала

• Нужно отметить, что до недавнего времени в России, а до этого в СССР, многие важные параметры уплотнительных материалов, необходимые для обеспечения безопасности соединения и повышения срока его эксплуатации, попросту не учитывались при разработке стандартов. В то время как за рубежом существовало множество критериев и методик для проведения эффективного анализа и оценки этих показателей, в том числе и для асбосодержащей продукции.
• Российские, европейские и американские стандарты технических параметров, которые сегодня имеют решающее значение при выборе прокладок, во многом схожи и имеют лишь небольшие часто непринципиальные различия.

Степень сжатия материала прокладки и упругость его восстановления

• Благодаря этому свойству прокладок, они обеспечивают герметичность, компенсируя все неровности плоской поверхности фланцев и восстанавливая свою первоначальную толщину при уменьшении оказываемого давления. В США данная величина определяется стандартом ASTM F 36J, в России – ГОСТ 24038.
• Для определения соответствия необходимым показателям, уплотнительный материал проходит по американскому стандарту испытания следующим способом: в тестируемый образец прокладки в течение определенного промежутка времени вдавливается индентор диметром 6,3 мм. Сила предварительного вдавливания составляет 22,2 Н, общая – 1112 Н.
• Измерение толщины прокладки проводится в каждый момент под нагрузкой, после – определяется время и степень восстановления. Все испытания проводятся при температуре от 18 до 25⁰ С. Измерения по российскому стандарту отличаются от американских использованием инденторов двух видов – 6,4 мм и 11,3 мм и варьированием давления на испытуемый материал.

Прочность на разрыв

• Данная характеристика призвана определять внутреннюю прочность, способность прокладки к растяжению. Стандарты значения определяются в Америке по системе DIN 52910, в России – ГОСТ 30684.
• Данная характеристика призвана определять внутреннюю прочность, способность прокладки к растяжению. Стандарты значения определяются в Америке по системе DIN 52910, в России – ГОСТ 30684.
• Согласно российскому стандарту испытание на соответствие нормативам проводится следующим образом: из исследуемого материала вырезается образец размером 110*20 мм, который помещается в разрывную машину, в которой при определенной скорости совершается действие, направленное на разрыв образца, с фиксированием показателей разрывной силы.

Устойчивость к воздействию рабочей среды

• Именно этот параметр уплотнительного материала является одним из важнейших при выборе прокладки. Однако каких-то определенных нормативных показателей он не имеет. Поэтому применение уплотнительного материала носит исключительно рекомендательный характер, основанный на проведенных производителем лабораторных испытаниях для той или иной рабочей среды.
• Согласно европейской (ASTM F 146) и российской (ГОСТ 24037) методикам производители используют для проведения испытаний бензин, керосин, различные масла. Определить устойчивость к воздействию можно двумя способами:

• Образец тестируемого материала помещается в среду на определенный промежуток времени, причем все происходящие с ним изменения строго фиксируются.
• Собирается фланцевое соединение с тестируемым материалом в качестве прокладки, через которое подается рабочая среда с имитацией изменения температуры и давления. Происходящие изменения с материалом также фиксируются.

Основной нюанс и различие в лабораторных исследований заключается в том, что состав рабочих наполнителей в Европе и России кардинально отличается.

Максимальное поверхностное давление

• Данное значение определяет при какой силе воздействия происходит разрушение – «раздавливание» прокладки в соединении по стандарту DIN 13555. Прокладка помещается в фланцевое соединение, обжимается и подвергается постепенному повышению давления. При этом проводится регистрация, как толщины образца материала, так и температуры и давления.

Минимальное поверхностное давление

• Нарушение статичности соединения в рабочих условиях, вследствие изменения воздействующих факторов – температуры, давления, усилия сжатия, приводит к разгерметизации соединения. Показатель минимального поверхностного давления определяет при каком значении сохраняется полная герметичность соединения и регламентируется стандартом DIN13555.
• Способ определения данного значения предусматривает следующее испытание: образец материала, вырезанный кольцом, помещается в специальный аппарат, позволяющий изменять условия воздействия на прокладку – температуру и давление, измерять толщину уплотнительного материала и его герметичность.

При проведении данного тестирования регистрируются два показателя:

• необходимое давление на прокладку, которое нужно создать в процессе монтажа соединения, гарантирующее ее герметичность;
• давление, необходимое для герметичности прокладки в условиях эксплуатации.

Стойкость к циклическим изменениям силовых и тепловых воздействий

• Уплотняемая среда имеет два постоянных параметра – давление и температуру, причем последняя может быть также внешней, то есть соединение может нагреваться или охлаждаться извне. Норматив устойчивости уплотнительного материала к сохранению эксплуатационного давления в определенный временной промежуток при воздействии постоянной или изменяемой температуры определяется стандартом DIN 28090-2.
• Исследование образца материала проводится следующим образом: кольцевая прокладка диаметром 50*90 мм помещается в прибор, способный задавать определенную температуру (200⁰С – для каландрованных материалов, 300⁰ С – для материалов из графита), изменять давление по заданным параметрам, регистрировать толщину прокладки в любой момент воздействия. Рабочие нагрузки составляют при холодной пробе – 35 Н/мм², при горячей – 50 Н/мм ². После путем использования специальных формул определяются показатели устойчивости.

Устойчивость к давлению в определенной температуре – 175⁰ С/300⁰ С

• Данная характеристика показывает способность уплотнительного материала сохранять свои свойства при воздействии определенной температуры, время, по истечении которого происходит расслабление фланцевого соединения в результате ослабления прокладки. Показатель регламентируется стандартом DIN 52913.
• Согласно этому стандарту образец материала в форме кольца размером 55*75 мм помещается в аппарат, позволяющий регистрировать температуру и толщину уплотнения. Задается начальное давление в 50 Н/мм², нагревание проводится со скоростью 300⁰ С/час. Итоговый показатель температуры для каландрованных безасбестовых материалов составляет 175⁰ С, для графита 300⁰ С. Испытание проводится в двух режимах: кратковременном – 16 часов, долговременном – 100 часов.

Качество графита (для прокладок из терморасширенного графита)

• На данный момент рынок уплотнительных материалов предлагает графитовые прокладки с содержанием графита не менее 98 %. В Европе и США данный показатель определен стандартом DIN 28090-2. Качество графита устанавливается путем сжигания материала при температуре 8000 С в кислородной среде, а затем в путем проведения химических проб определяется содержание хлорида в образовавшихся газах.

Уровень газопроницаемости

Это показатель, имеющий весьма весомое значение для западных производителей, определяется стандартом DIN 3535-6. Проверка газопроницаемости проводится на специальной установке, в которой образец материала в форме кольца зажимается во фланцевом соединении при температуре от 18 до 250 С при давлении 32 Н/мм².. По отрезку трубопровода подается азот под давлением 4 Мпа. А через установленное время замеряется выделившийся объем газа.

Заключение

Итогом данного обзора может являться понимание необходимости тщательного подбора уплотнительных материалов для конкретных технологических линий и возможности, вследствие правильного выбора, снижения экономических затрат за счет предотвращения утечки среды и на проведении незапланированных ремонтных работ.

Сальниковая набивка как материал для уплотнения применяется в основном в насосах и запорной арматуре. Конструктивно сальниковые узлы в обоих случаях схожи, и монтаж набивки производится по одинаковой схеме.

Замену сальниковой набивки можно разделить на несколько этапов:

1.Разборка и дефектовка деталей. На данном этапе необходимо выполнить следующие действия:

• удалить старую набивку и очистить сальниковую камеру от загрязнений;
• очистить и проверить на износ, а также на наличие повреждений, деформаций или коррозии вал (защитную втулку вала) насоса или шток задвижки, в случае обнаружения неустранимых дефектов – заменить;
• проверить на наличие сколов, трещин и деформаций грундбуксы, нажимную втулку и упорное кольцо, а также смазочное (фонарное) кольцо (при его наличии), поврежденные детали заменить;
• проверить зазоры между деталями на соответствие допускам и рекомендациям изготовителя, при несоответствии – заменить изношенные детали.

2.Подготовительный этап. На данном этапе необходимо выполнить следующие действия:

• подобрать тип набивки по эксплуатационным параметрам, а ее сечение – по размерам сальникового узла (из диаметра сальниковой камеры вычесть диаметр вала и разделить полученное значение на 2);

Важно! Категорически запрещается расплющивать сальниковую набивку для придания ей необходимого размера.

• нарезать заготовки необходимого размера, для этого существуют два способа:

а) длина заготовки определяется по формуле L = (d + S) × π × 1,07; где

d – диаметр шпинделя (штока);

S – размер набивки;

1,07 – поправочный коэффициент.

б) набивка наматывается на заготовку, диаметр которой равен диаметру вала (штока) и нарезается на ней.

Примечание: в большинстве случаев края заготовки рекомендуется обрезать под углом 45° для создания «замка» при сборке, хотя допускается и прямой угол для обычного стыка; разрез получится аккуратней, если его место обмотать скотчем.

3.Сборка. На данном этапе необходимо выполнить следующие действия:

• установить кольца набивки по одному, смещая разрезы на угол 90°;
• обжать каждое кольцо на 20-25% от первоначального размера (допускается запрессовка пакета из нескольких колец – максимум 4);
• установить смазочное (фонарное) кольцо с учетом подводящих и отводящих каналов в корпусе (для узлов со смазкой или охлаждением);
• окончательно обжать уплотнительный пакет на величину 30-40% от суммарной первоначальной высоты колец.

Важно! Перекос грундбуксы при затяжке недопустим.

После окончания монтажа производится опрессовка и, при необходимости, подтяжка грундбуксы в соответствии с рабочими параметрами агрегата или запорной арматуры.

Примечание: некоторые модели насосов и запорной арматуры могут иметь особенности строения сальникового узла, рекомендуем ознакомиться с инструкцией по эксплуатации и обслуживанию.

Терморасширенный графит (ТРГ) представляет собой модифицированный природный графит, очищенный от смол и неорганических наполнителей. Состоит из чистого углерода с незначительным содержанием примесей. Чем меньше примесей, тем выше качество ТРГ.

Производство ТРГ можно разделить на несколько этапов:

• 1 этап: Исходный кристаллический графит окисляют путем введения серной или азотной кислоты в присутствии окислителя (перекись водорода, перманганат калия и др.) Окисленный графит отмывают и сушат.
• 2 этап: Окисленный графит нагревают со скоростью 400-600 °С/с. Благодаря этому процессу из графита удаляется введенная на первом этапе кислота и достигается необходимая для дальнейшей обработки чешуйчатая структура вещества.
• 3 этап: Полученный терморасширенный графит прокатывают, иногда армируют, добавляют присадки и прессуют для получения изделий.

Терморасширенный графит нашёл широкое применение в таких отраслях промышленности как нефтегазовая, химическая, в топливно-энергетическом комплексе, коммунальном хозяйстве, машиностроении и многих других областях. Этот факт обуславливается наличием у ТРГ уникальных эксплуатационных характеристик таких как: упругость, химическая инертность, высокая термостабильность, широкий диапазон рабочих температур, технологичность. Также терморасширенному графиту присущи уникальные антифрикционные и электротехнические свойства. Таким образом, ТРГ является на сегодняшний день уникальным материалом, что способствует устойчивому росту потребления уплотнений на его основе многими отраслями промышленности.

1) Основным первичным изделием из терморасширенного графита является фольга.

Фольга ТРГ изготавливается из терморасширенного графита с содержанием углерода не менее 98% без добавления связующих материалов методом прокатки (вальцовки) на специальном оборудовании. Химическая чистота графитовой фольги напрямую зависит от химсостава ТРГ.

В зависимости от назначения и требуемых свойств различают несколько видов фольги ТРГ:

• по способу исполнения (простая, самоклеящаяся, гофрированная) и т д.
• по степени чистоты (1, 2, 3, 4, 5).
• по виду армирующего элемента (лавсановая или углеродная нить, стальная или латунная проволока, полимерная пленка) или без него.
• по виду покрытия и добавок (никелевая, алюменевая, различные антиадгезионные покрытия и пр.).

Фольга ТРГ применяется в тепловой и ядерной энергетике, химической, авиационной, космической, автомобильной, нефтегазовой, медицинской, пищевой и других отраслях промышленности. Выпускается в рулонах шириной от 400 до 1500 мм и толщиной от 0,1 до 2 мм.

Применяют фольгу ТРГ при изготовлении следующих типов продукции:

• Кольца и прокладки;
• Сальниковые набивки;
• Графитовые листы;
• Ленты ТРГ (гладкие, гофрированные, самоклеющиеся и др.);
• Нагревательные элементы.

А также в качестве самостоятельного изделия:

• Тепловые и электромагнитные экраны;
• Химически и теплостойкие электропроводящие мембраны;
• Химически стойкие футеровочные покрытия.

Основные физико-химические характеристики графитовой фольги.

Химическая стойкость: Не применяется на фторе, хлоре, броме, сильных кислотах, отбеливающих растворах, шламах и щелоках в варке целлюлозы, царской водке, хромовой кислоте, соединениях, содержащих ион хрома VI валентности, растворах щелочных, щелочноземельных материалов, жидком аммиаке, расплавах солей алюминия и некоторых других средах. В целом, очень химически стойкий материал.

Коррозионная активность: Разность потенциалов стали и графита определяет наличие коррозии. Устраняется использованием ингибиторов коррозии как в месте установки, так и в виде присадок при производстве ТРГ.

Пожароопасность: Негорюч, невзрывоопасен, не поддерживает горение.

Токсичность: Нетоксичен.

Основные достоинства применения фольги ТРГ для герметизации фланцев сложной конфигурации

• простота изготовления прокладки, заключающаяся в наклеивании листа фольги, снабженного для этого адгезионным слоем, непосредственно на фланец, с последующим вырезанием прокладки по контуру фланца;
• возможность восстановления поврежденной прокладки с помощью “заплатки” из фольги.

На основе фольги ТРГ осуществляется производство композитных графитовых листов как армированных различными материалами, так и неармированных.

Выделяют пять основных типов листов из терморасширенного графита:

• (1) Лист ТРГ неармированный.

Листовой неармированный материал, состоящий из одного или нескольких слоев неармированной фольги ТРГ, изготовленный либо с применением связующего, либо без него. Толщина материала варьируется от 0,8 до 5,0 мм. Материал подвергают жестким климатическим испытаниям, что гарантирует его устойчивость к термоциклированию. Срок хранения – 10 лет.

• (2) Лист ТРГ армированный гладкой сталью.

Листовой армированный материал, изготовленный путем совместной прокатки двух слоев фольги ТРГ с размещенным между ними листом гладкой нержавеющей стали. По согласование с потребителем возможно армирование различными видами сплавов металлов. Толщина от 0,8 до 5,0 мм. Материал подвергают жестким климатическим испытаниям, что гарантирует его устойчивость к термоциклированию. Не стареет. Рекомендуется для изготовления прокладок с узким полем или тонкими перемычками.

* Определяется температурой эксплуатации материала армировки (температура эксплуатации графита составляет 2000°С)

• (3) Лист ТРГ армированный перфорированной сталью.

Листовой армированный материал. Изготавливается путем совместной прокатки двух слоев фольги ТРГ с размещенным между ними листом перфорированной нержавеющей стали. По согласование с потребителем возможно армирование иными видами сплавов металлов. Толщина от 0,8 до 5,0 мм. Материал подвергают жестким климатическим испытаниям, что гарантирует его устойчивость к термоциклированию. Не стареет. Рекомендован для изготовления прокладок на высокие давления.

* Определяется температурой эксплуатации материала армировки (температура эксплуатации графита составляет 2000°С)

• (4) Лист ТРГ армированный просечно-вытяжной сталью.

Листовой армированный материал. Изготавливается путем совместной прокатки двух или нескольких слоев фольги ТРГ с размещенным между ними листом высококачественной просечно-вытяжной стали. Благодаря открытой, неразделимой структуре армирующего слоя из просечно-вытяжного металла, в процессе сглаживиния неровностей фланцев принимает участие вся обжатая прокладка. Иными словами, усилие при затяжке более равномерно распределяется по всей площади поверхности фланца.

По согласование с потребителем возможно армирование различными видами сплавов металлов. Толщина от 0,8 до 5,0 мм. Материал подвергают жестким климатическим испытаниям, что гарантирует его устойчивость к термоциклированию. Не стареет. Рекомендован для изготовления прокладок для фланцев среднего и большого диаметра с сильно изношенными поверхностями.

Разрез листа ТРГ увеличен в 30 раз:

Просечно-вытяжной металл

Перфорированная жесть

* Определяется температурой эксплуатации материала армировки (температура эксплуатации графита составляет 2000°С)

• (5) Лист ТРГ с добавлением арамидных (кевларовых) волокон.

Листовой армированный материал. Изготавливается путем совместной прокатки двух или нескольких слоев фольги ТРГ с добавлением небольшого количества связующего (NBR: нитрил-бутадиен-каучука) и армированного кевларовыми волокнами. Благодаря специальной структуре, материал компенсирует недостатки и шероховатости поверхности фланцев. Благодаря уникальной комбинации графита и кевлара достигается повышенная гибкость материала, сохраняя при этом все лучшие качества ТРГ. По согласованию с потребителем материал может быть дополнительно обработан антипригарным покрытием с обеих сторон, что позволяет применять его на более высоких температурах и обеспечивает легкий и быстрый демонтаж прокладки.