eu-flague

  • English
  • Polski

Uszczelnienia dla energetyki cieplnej zawodowej

dr inż. Radosław Sieczkowski, Kierownik Działu Technicznego SPETECH® 

 

Energetyka cieplna i zawodowa to branże, w których znajdują zastosowanie uszczelnienia dedykowane przede wszystkim do pracy na instalacjach pary wodnej, często w temperaturze powyżej 500oC. Najczęściej stosowanym materiałem do aplikacji wysokotemperaturowych jest grafit ekspandowany oraz stal lub stopy niklu. Firma SPETECH®, jako lider w branży uszczelnień przemysłowych, do produkcji swoich rozwiązań wykorzystuje płyty, folie oraz laminaty z grafitu ekspandowanego Sigraflex® firmy SGL Carbon.

Główną zaletą folii grafitowej Sigraflex® jest brak jakichkolwiek oznak starzeniowych w kontakcie z większością stosowanych mediów. Jest to podstawowy walor, który sprawia, że ekspandowany grafit typu Sigraflex® jest aktualnie najpowszechniej stosowanym materiałem uszczelniającym w energetyce. Ze względu na dobrze poznane właściwości tego materiału oraz systematycznie malejące koszty nie przewiduje się spadku jego popularności. W związku ze stale podnoszonymi przez użytkowników uszczelnień wymaganiami dotyczącymi trwałości i niezawodności uszczelnień, firma SGL Carbon oraz SPETECH® prowadzą od wielu lat prace nad obniżeniem skutków utleniania grafitu, który to efekt może być uciążliwy w temperaturach powyżej 400-450o C. W tej bowiem temperaturze zaczyna się reakcja utleniania.

Jak pokazuje doświadczenie, szybkość utleniania grafitu zależy od następujących, zasadniczych czynników:

  • temperatury,  
  • warunków ekspozycji, w szczególności wielkości powierzchni kontaktu z powietrzem atmosferycznym, warunkami zabudowy i postacią konstrukcyjną połączenia, 
  • łatwości penetracji w głąb grafitu, a więc od stopnia jego zagęszczenia,
  • rodzaju grafitu poddanego ekspozycji.

Czynniki te wyznaczają kierunki rozwoju uszczelnień wysokotemperaturowych. Jednym z kierunków jest zatem specjalna konstrukcja uszczelki, ograniczająca dostęp powietrza do materiału miękkiego. Będą to ogólnie takie konstrukcje, w których występuje element metalowy „zamykający” uszczelkę od strony atmosferycznej, ograniczający dostęp powietrza. Przykłady takich konstrukcji pokazuje Rysunek 1. 
Odporność na utlenianie można osiągnąć dzięki wykorzystaniu zewnętrznych okuwek  (przykłady pokazano na na Rys. 1, poz. 1, 2, 3, 4, 8 ). Innym rozwiązaniem jest dobór odpowiedniej grubości nakładek na uszczelki wielokrawędziowe (Rys. 1, poz. 5). Można również odpowiednio zabudować grafit w rowkach, (Rys. 1, poz. 6), czy też stosując dwie strefy materiału miękkiego w uszczelkach spiralnych, wówczas od zewnątrz jest to mika (Rys. 1, poz. 7). 

Istnieją także rozwiązania polegające na zapobieganiu kontaktowi grafitu z tlenem poprzez tworzenie przestrzeni buforowych z gazem ochronnym. Takie ostatnie rozwiązanie stosuje się np. przy uszczelnieniach pokryw armatury pracującej w temperaturze ponad 600C.

 

Rys. 1. Przykłady konstrukcji uszczelnień SPETECH® o podniesionej odporności na utlenianie

 

Innym sposobem radzenia sobie z problemem utleniania jest obniżenie temperatury pracy uszczelnienia. Rozwiązania takie spotyka się np. w armaturze rafineryjnej. Zabieg polega na wydłużeniu pokrywy w taki sposób, aby dławnica  znajdowała się w pewnym oddaleniu od strumienia medium. Konstrukcja samej pokrywy powinna być żebrowana na kształt radiatora.

Najnowszym kierunkiem działania jest modyfikowanie odporności na utlenianie samego materiału uszczelniającego. Zauważono, że skłonność do utleniania jest ściśle związana w pierwszej kolejności z pochodzeniem złóż grafitu naturalnego. Śladowa zawartość niektórych metali wpływa zasadniczo na katalizowanie procesu utleniania. Zatem pierwszym krokiem do podniesienia trwałości uszczelnienia jest właściwa selekcja grafitu, tj. stosowanie wyrobów wyłącznie z materiałów wykazujących niejako naturalnie niskie tempo utleniania. 

Kolejnym krokiem jest modyfikowanie odporności na utlenianie poprzez dodanie inhibitorów utleniania. Obecnie na rynku dostępne są dwa specjalne materiały grafitowe z inhibitorami: Sigraflex® APX oraz Sigraflex® APX2. W wyniku intensywnych prac badawczo-rozwojowych materiały te przez ostatnie lata zostały w znacznym stopniu rozwinięte, ze względu na rosnące wymagania dotyczące trwałości uszczelnień. Wynika to z wydłużania się cykli remontowych oraz faktu podnoszenia parametrów mediów dla zwiększenia sprawności obiegów (tzw. parametry nadkrytyczne pary wodnej).

Zastosowanie tworzywa Sigraflex® APX pozwala na ok. 10-krotne wydłużenie trwałości uszczelnień pracujących w wysokich temperaturach i niezawodną pracę w obiegach o podniesionych parametrach, z kolei Sigraflex® APX2 trwałość tę wydłuża ok. 30-krotnie w porównaniu z grafitem nie zawierającym inhibitorów utleniania.

Na rysunku 2 pokazano efekt utleniana różnych uszczelek grafitowych.

 

Rys. 2.  Porównanie szybkości utleniania grafitu standardowego (z lewej) i SPETOGRAF® GUS®30 (z prawej), zawierającego inhibitor utleniania klasy APX
 

Na rynku istnieje wiele rodzajów uszczelnień grafitowych, z których niektóre zawierają katalizatory utleniania. Są to zanieczyszczenia takimi pierwiastkami, jak mangan, potas i sód, które znacząco przyspieszają utlenianie grafitu. Przykład takiej uszczelki po ok. 6 miesiącach eksploatacji pokazano na rysunku 3. Widoczny jest tu wyraźny ubytek masy od strony dostępu powietrza (z zewnątrz).

 

Rys. 3.  Uszczelka grafitowa z grafitu niskiej jakości po 6 miesiącach, para wodna 535C

 

Warto zaznaczyć, że istnieje norma EN14772:2005 definiująca 3 kategorie grafitu pod względem utlenienia (czas pracy 1h w temperaturze 670°C):

  • utlenienie 2 do 4%,
  • utlenienie 10 do 15%,
  • utlenienie powyżej 20-30%.

Zgodnie z założeniami powyższej normy najwyższą jakość zapewnia Sigraflex® z inhibitorem APX i APX2.

Sigraflex® APX to grafit, z którego SPETECH® wykonuje wszystkie postaci konstrukcyjne uszczelnień serii SPETOGRAF® GUS® 30 (a więc GUS®30, GUS®31, GUS®32, GUS®33 itd.). Natomiast wszystkie postaci konstrukcyjne uszczelek wielokrawędziowych – SPETOMET® MWK® i DryFlex®, spiralnych - SPETOSPIR®, armaturowych – GRAFMET® oraz innych mogą być stosowanie z folią Sigraflex® APX lub APX2. Zastosowanie tych uszczelnień nie wymaga modyfikowania połączeń kołnierzowo-śrubowych lub naciągów śrub, gdyż wszelkie parametry mechaniczne uszczelki są identyczne, jak w wykonaniu standardowym. 

Najnowszym owocem współpracy firmy SPETECH® i SGL Carbon jest płyta uszczelniająca SPETOGRAF® GUS® 140 (Rys. 4). Charakteryzuje się najwyższą na rynku odpornością na utlenianie w wysokich temperaturach dzięki zastosowaniu inhibitora utleniania najnowszej generacji (utrata masy w powietrzu poniżej 1% po godzinie pracy w temperaturze 670°C).

 

Rys. 4.  SPETOGRAF® GUS® 140

 

Podsumowując, zarówno konstrukcja uszczelnienia, jak i jakość grafitu mają zasadniczy wpływ na trwałość i niezawodności pracy w wysokich temperaturach. Dobór optymalnego rozwiązania wymaga szczegółowej analizy konkretnej aplikacji. Wieloletnie doświadczenie inżynierów SPETECH® oraz dostęp do najwyższej jakości materiałów jest gwarancją bezpieczeństwa pracy urządzeń ciśnieniowych, gdzie stosowane są uszczelnienia wykokotemperaturowe.

 

Masz pytania? Zadzwoń lub napisz:

 RADOSŁAW SIECZKOWSKI
 Kierownik Działu Technicznego SPETECH®
 +48 501 249 073
 rsieczkowski@spetech.com.pl

Spodobał Ci się artykuł?

Zapisz się na nasz newsletter, aby nie przegapić kolejnego!