Термопластические материалы в качестве седла шарового клапана

Jerry — Пн, 27 дек 2021 10:09:13 +0000

В клапанах предлагается большое количество термопластических материалов, в основном в качестве вариантов с мягким седлом для шаровых кранов. Также клапаны с футеровкой, такие как дроссельная заслонка с футеровкой, проходной клапан с футеровкой, обратный клапан с футеровкой.

Седло шарового клапана

Шаровые краны играют решающую роль в контроле потока жидкости и давления в трубопроводе, но их эффективность и безопасность зависят только от используемого материала седла. В этом сообщении блога мы рассмотрим основы пяти наиболее часто используемых материалов седел шаровых кранов.

Шаровые краны

Седла шаровых кранов должны быть надежными и прочными, независимо от того, используются ли они в нефтехимическом производстве, где утечка может иметь разрушительные последствия для окружающей среды, или в фармацевтической лаборатории, где чистота и санитария имеют решающее значение. Шаровой кран состоит из корпуса клапана, крышки корпуса, штока, цельного шара и круглого седла шарового крана.

Седло шарового клапана отвечает за герметизацию жидкости внутри и равномерное распределение нагрузки на посадку. В конструкциях шаровых кранов с мягким седлом в качестве уплотнения используется эластомер или полимер, который вставляется в металлическое седло. Этот подход, в отличие от шаровых кранов с жестким седлом, популярен, поскольку он обеспечивает хорошее уплотнение, имеет меньший вес и более экономичен.

Ключевые свойства материалов седла шарового крана

При выборе полимерного материала для седла шарового крана учитывается множество факторов. К основным свойствам материала относятся…

Достаточная пластичность для обеспечения надежного уплотнения.
Стабильность размеров, обеспечивающая сохранение формы седла шарового крана для надежного уплотнения и производительности.
Очень низкое трение для поддержания минимального крутящего момента штока.
Низкий коэффициент теплового расширения, благодаря чему седло шарового крана сохраняет свою форму при изменении температуры.
Отличная износостойкость для длительного срока службы
Химическая совместимость со всеми задействованными средами
В некоторых условиях эксплуатации также важно, чтобы материалы седла шарового крана обладали следующими свойствами:
Низкое поглощение влаги для предотвращения изменений размеров в присутствии воды или высокой влажности.
Поддерживайте производительность за счет многократной стерилизации, которая может включать в себя горячую воду, пар и агрессивные чистящие химикаты.
Хорошая производительность при внезапной декомпрессии (т. е. при падении давления более 650 фунтов на квадратный дюйм).

Заслонка

У нас есть различные типы дроссельных заслонок для различных применений. Тип используемого уплотнения дроссельной заслонки зависит от условий применения: температуры, давления и типа среды. Для получения дополнительной информации о том, какое давление и температуру может выдерживать клапан, обратитесь к спецификациям, опубликованным производителем.

Седла дисковых затворов BUNA-N (B)

BUNA-N — другое название нитрила, который представляет собой сополимер синтетического каучука акрилонитрила (ACN) и бутадиена. Благодаря своей стойкости к истиранию, прочности на растяжение и низкой остаточной деформации при сжатии эта резина широко используется в производстве уплотнений.

BUNA-N обладает высокой устойчивостью к гидравлическим жидкостям, воде, спиртам, кислотам, нефтяным маслам, топливу, силиконовым смазкам и т. д. Однако то, что делает его прочным, также делает его негибким. Температурный диапазон BUNA составляет от 0°F до 180°F, термостойкость до 225°F.

Этот материал используется в некоторых автомобильных приложениях. Однако BUNA-N не подходит для применений, связанных с ацетонами, кетонами, хлорированными углеводородами, нитроуглеводородами или озоном.

Седла дисковых затворов EPDM (E)

Рассчитан на температуру от -30°F до 250°F. EPDM — это аббревиатура соединения под названием этилен-пропилен-диеновый мономер. Его также часто называют EPT, Nordel и EPR. EPDM широко используется в индустрии отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха из-за его устойчивости к полярным соединениям, таким как вода, фосфаты, сложные эфиры, кетоны, спирты и гликоли. Материал EPDM также применим для работы с концентрированной серной кислотой, гипохлоритом натрия 20% (отбеливатель), хлорированной водой для плавательных бассейнов и другими щелочными растворами. EPDM не устойчив к углеводородным растворителям и маслам, хлорированным углеводородам, скипидару или любым другим маслам на нефтяной основе.

Седла дисковых затворов из ПТФЭ (P)

ПТФЭ является аббревиатурой термина политетрафторэтилен и широко известен как тефлон. Этот термопластичный фторполимер обладает низким коэффициентом трения, химической стойкостью и огнестойкими качествами. Тефлон используется для изготовления некоторых дроссельных заслонок с упругим седлом.

ПТФЭ — экономичный материал, используемый в таких областях, как химическая обработка или нефтегазовая промышленность. Благодаря качеству изоляции он совместим с электрическими применениями. Однако его не следует использовать в условиях высокого давления. Диапазон температур ПТФЭ составляет от -50°F до 400°F.

Седла дисковых затворов VITON (V)

VITON — зарегистрированная торговая марка фторуглеродного эластомера производства Dupont. Версия этого материала от 3M известна как Flour. Этот эластомер обладает термо- и химической стойкостью.

ВИТОН устойчив к минеральным кислотам и углеводородным продуктам, как в концентрированном, так и в разбавленном виде. Диапазон температур VITON составляет от -20°F до 300°F.

Фторуглерод используется в приложениях, связанных с нефтяными маслами, хлорированными углеводородами, растворами солей и минеральными кислотами. Благодаря своей термостойкости и устойчивости к коррозии VITON используется при изготовлении седел клапанов, таких как шиберные задвижки. Однако этот клапан несовместим с процессами, в которых используется вода или пар.

В следующем разделе описываются некоторые фундаментальные аспекты свойств, возможностей и применения этих материалов.

Типы материалов

В Таблице 1 показаны типы полимеров, используемых в клапанах, а также общепринятые сокращения и торговые названия материалов, упомянутых в настоящем Руководстве.

Таблица 1. Термопластичные материалы с мягким седлом

Тип полимера Аббревиатура Общие торговые наименования
Политетрафторэтилен, тефлон ПТФЭ, хостафлон, флюон
Этилен тетрафторэтилен, ETFE Tefzel
Полихлортрифторэтилен, ПХТФЭ Кел-Ф, Аклон
Этилен-хлортрифторэтилен, ECTFE Halar
Перфторалкокси, тефлон PFA
Перфторированный этиленпропилен, ФЭП Тефлон, Неофлон
Полиамид – нейлон ПАМ Ультрамид, Маранил, Нилатрон.
Полиамидимид, ПАИ Торлон, Веспел
Полиэфирэфиркетон, PEEK Victrex, Arlon
Полифениленсульфид, ППС Райтон, Фортрон, Супек
Полиэфирсульфон, ПЭС, Виктрекс
Сополимер полиоксиметиленацеталя, ПОМ Кеметал, Делрин, Ультраформ
Полиэтилен сверхвысокомолекулярный, СВМПЭ, Хостален

В целом, эти материалы можно разделить на несколько общих групп: Фторполимеры. Такие полимеры, как ПТФЭ, ПТФЭ, ЭСТФЭ и т. д., основаны на полимерах с фторированными углеводородными цепями, полученных в основном из тетрафторэтилена и различных хлорпроизводных.

Полимеры на основе фенола. Линейные полимеры, такие как PEEK, PES и PPS, содержат фениленовые группы вместе с кислородом, серой и углеродом.

Полиамиды. Полимеры, такие как нейлоны и PAI, содержат группу -NH-(C=O)-.  Полиолефины – полимеры с углеводородной цепью, такие как полиэтилен и полипропилен.

Механические свойства

Термопластические материалы фундаментально отличаются от эластомеров тем, что у них во многих случаях снижена упругая способность и они подвергаются остаточной деформации при нагрузках от более 5 до 10% или около того (ср. удлинение каучуков, которое может составлять от 70 до 700%).

Механические свойства этих материалов значительно различаются, и их успешное применение зависит от правильного выбора материалов. По сути, уровень механических свойств материала определяет давление, при котором этот материал может быть успешно использован. Поскольку прочностные характеристики неизменно падают с температурой, номинальное давление материала мягкого седла в клапане также будет снижаться по мере повышения температуры.

Чтобы расширить возможности термопластов по давлению при повышенных температурах, их часто смешивают с армирующими наполнителями, такими как стекло или углеродное волокно, для повышения прочности и жесткости. Другие наполнители, такие как графит, MoS2 или ПТФЭ, могут быть добавлены для уменьшения трения и регулирования крутящего момента клапана.

В таблице 2 показаны типичные механические свойства первичных и наполненных термопластичных полимеров, используемых в качестве мягких седел клапанов.

Таблица 2. Механические свойства термопластичных материалов седла клапана

Химическая устойчивость

Термопластические материалы обычно демонстрируют отличную химическую стойкость. Однако существует баланс между степенью химической инертности и механическими свойствами: одно можно улучшить за счет другого, например, ПТФЭ является наиболее химически инертным из всех материалов, но имеет гораздо худшие механические свойства.

Следует отметить еще несколько моментов. В то время как фторуглеродные материалы имеют очень низкое водопоглощение, некоторые другие материалы, в частности нейлоны, поглощают довольно большое количество влаги. Существуют также определенные химические вещества, которые воздействуют на определенные материалы: кислоты воздействуют на PEEK и POM; ароматические вещества влияют на ECTFE; простые и сложные эфиры влияют на ECTFE и PCTFE; щелочи влияют на ПАИ и ПОМ.

В таблице 3 представлены выдающиеся характеристики каждого из термопластических материалов, используемых в качестве мягких седел.

Полимер Преимущества Недостатки
ПТФЭ Превосходная химическая стойкость Низкое трение Высокая эксплуатационная Tmax Низкая жесткость, прочность и твердость
ETFE Хорошие свойства ползучести, растяжения и износа. Дорогой. Воздействует на: сложные эфиры, ароматические соединения.
ПКТФЭ Более жесткий, чем ПТФЭ Очень дорогой. Воздействует на: сложные эфиры, простые эфиры и галогенированные углеводороды.
ECTFE Хорошие свойства ползучести, растяжения и износа. Дорогой. Воздействует на: сложные эфиры, ароматические соединения.
PFA Самый высокий Tmax среди фторопластов Очень дорогой Низкая жесткость, прочность и твердость
FEP Хорошая химическая стойкость Низкая жесткость, прочность и твердость
PAM 6, 6/6 и 6/12 Хорошая стойкость к истиранию Хорошая прочность Высокая водопоглощение
PAM 11 и 12 Меньшая водопоглощение Меньшая прочность и термостойкость, чем у PAI 6. Самый прочный ненаполненный пластик. Хорошая износостойкость. Очень дорогой. Разъедается щелочами.
PEEK Высокая Tmax Хорошая химическая стойкость Очень дорогая Разъедается кислотами
PPS Высокая Tmax Хорошая химическая стойкость
PES High Tmax Высокая водопоглощение
ПОМ Прочный и жесткий Хорошая стойкость к истиранию, ползучести и химической стойкости. Разъедается кислотами и щелочами.
СВМПЭ Хорошая стойкость к истиранию и химическому воздействию Низкая Tma