Термопластические материалы, такие как седло шарового клапана и седло дроссельной заслонки

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).

Рекомендуемые материалы для седел шаровых кранов

В качестве седел шаровых кранов хорошо подходят некоторые материалы, в том числе ацеталь, PEEK, PTFE, TFM и UHMW-PE.

Седла шаровых кранов PEEK

Диапазон температур: от -50°F до 550°F

Максимальное давление при комнатной температуре: 6000 фунтов на квадратный дюйм.

Цвет: Бежевый

PEEK обеспечивает отличную химическую стойкость, очень низкое трение, самосмазку и огнестойкость, а также обладает широким диапазоном рабочих температур (от -70°F до 550°F). Он может работать в очень агрессивных средах и хорошо работает при необходимости воздействия горячей воды и пара, но плохо работает в присутствии серной кислоты.

Кроме того, PEEK очень хорошо адаптирован для ядерных применений и доступен в одобренных FDA марках, а также в наполненных марках с улучшенными износостойкими свойствами и лучшей теплопроводностью. Обратите внимание, что PEEK обычно выбирается для седел шаровых кранов, когда диапазон рабочих температур выходит за пределы диапазона рабочих температур ПТФЭ.

Седла шаровых кранов из ПТФЭ

Диапазон температур: от -50°F до 400°F

Максимальное давление при комнатной температуре: 1000 фунтов на квадратный дюйм.

Белый цвет

ПТФЭ (также известный под торговым названием Тефлон) имеет многие из тех же свойств, что и PEEK, но обеспечивает еще меньшее трение, возможность работы всухую и более широкую химическую совместимость. Как и PEEK, он доступен в марках, одобренных FDA, и может выдерживать криогенные температуры до -50°F и высокие температуры до 550°F, а также давление до 5000 фунтов на квадратный дюйм.

Как и PEEK, PTFE может продолжать работать даже при неоднократном воздействии горячей воды и пара. Однако имейте в виду, что ПТФЭ плохо работает в присутствии фтора или щелочей. ПТФЭ также очень легко чистить, и он доступен в армированных стеклом или углеродом сортах, которые могут обеспечить улучшенные характеристики износа, меньшую склонность к ползучести при низких температурах и более низкую теплопроводность.

Седла шаровых кранов RPTFE

Диапазон температур: от -50°F до 450°F

Максимальное давление при комнатной температуре: 2000 фунтов на квадратный дюйм.

Цвет: Белый

RTFE обладает улучшенной стойкостью к износу и истиранию по сравнению с PTFE, сохраняя при этом свою химическую совместимость. Его универсальные температурные характеристики позволяют использовать RTFE в условиях насыщенного пара. RTFE является стандартным материалом седла для большинства плавающих шаровых кранов Zeco. Это седло не следует использовать при работе с щелочами (гидроксид натрия, гидроксид калия и т. д.).

Седла шаровых кранов TFM

Диапазон температур: от -75°F до 500°F

Максимальное давление при комнатной температуре: 2000 фунтов на квадратный дюйм.

Цвет: прозрачный белый

TFM (иногда называемый торговой маркой Dyneon) — это материал из ПТФЭ второго поколения, который сочетает в себе лучшие свойства ПТФЭ (низкое трение, химическая стойкость, высокотемпературные характеристики) с лучшим восстановлением после напряжений и способностью выдерживать более высокие давления. Он также более эластичен и эластичен, чем ПТФЭ. Рабочая температура TFM колеблется от -100°F до 450°F, и он хорошо адаптирован для применений, связанных с паром и тепловыми жидкостями.

Уплотнения шаровых кранов из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (UHMW-PE)

Диапазон температур: от -40°F до 180°F

Максимальное давление при комнатной температуре: 2000 фунтов на квадратный дюйм.

Цвет: прозрачный белый

UHMW-PE, что означает полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы, имеет низкий коэффициент трения, рабочую температуру в диапазоне от -70 ° F до 200 ° F, хорошую химическую стойкость, хорошую стабильность размеров и хорошую стойкость к истиранию. В целом седла шаровых кранов, изготовленные из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, выдерживают давление до 1500 фунтов на квадратный дюйм и выдерживают низкие и средние уровни радиационного воздействия.

Седла шаровых кранов из делрина

Диапазон температур: от -40°F до 180°F

Максимальное давление при комнатной температуре: 6000 фунтов на квадратный дюйм.

Белый цвет

При работе в агрессивной среде часто используют ацеталь (также известный как делрин). Ацеталь обеспечивает превосходную износостойкость, очень жесткий, обладает хорошей вязкостью и стойкостью к хладотекучести. Хотя диапазон рабочих температур не очень широк (от -70°F до 180°F), он может выдерживать давление до 5000 фунтов на квадратный дюйм. Ацеталь также хорошо работает в радиоактивной среде, но его не следует использовать с потоком кислорода.

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

Мягкое седло из термопластического материала - SGV

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

Механические свойства термопластичных материалов седел клапанов-SGV

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.

Сравнение термопластических материалов-СГВ

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