Избор на уплътнения: листови, спирално навити и пръстеновидни

Избор на гарнитура: листова, спирално навита и пръстеновидна (RTJ) е процесът на съвпадане на уплътнителен елемент с клас на налягане на фланеца, фланцова повърхност, температура и технологична среда така, че съединението да задържа налягане без пропускане, пълзене или издухване. Гарнитурата запълва микроскопичните неравности между двете фланцови лица и поддържа уплътнение срещу натоварване от болтове, термично циклиране и налягане. Изборът на неподходящ тип е една от най-честите причини за повтарящи се течове на фланци и бегли емисии.

Трите семейства гарнитури

Почти всяка индустриална гарнитура попада в едно от три семейства, в зависимост от това колко метал съдържа уплътнението.

• Неметална листова: компресиран фибър, PTFE и гумобондирни материали, изрязани плоско без метално усилване. Използва се на фланци клас 150 и 300.
• Полуметална: спирално навити и Kammprofile, при които метално навиване или канално ядро носи натоварването, докато мек пълнител (PTFE, графит, слюда) уплътнява. Понося по-високо налягане и температура.
• Метална пръстеновидна гарнитура (RTJ): масивни метални пръстени (мек чугун, въглеродна стомана, неръждаема стомана или сплави), седящи в обработени жлебове, обикновено от клас 600 нагоре.

Изборът започва от вече монтираната фланцова повърхност: RTJ гарнитура не може да се използва на фланец с издигнато лице, а плоска листова гарнитура е грешна за жлебована RTJ повърхност.

Фактори за гарнитура: m и y

ASME BPVC Section VIII, Division 1, Appendix 2 присвоява на всеки материал за гарнитура два конструктивни коефициента за оразмеряване на натоварването на болтовете. ASME B16.20 е отделен стандарт за размерите на гарнитурите, а не за m и y.

• m, коефициент на поддръжка: множителят на налягането, необходим за поддържане на уплътняването след пресуризиране. Меките листове имат ниски стойности (приблизително 2 до 3.5); спирално навитите по подразбиране около 3.0; масивните RTJ изискват най-високи стойности (5.5 или повече), тъй като пръстенът трябва да се деформира в жлеба.
• y, минимално притискащо напрежение: напрежението, необходимо за запечатване на гарнитурата преди прилагане на налягането. Меките листове се нуждаят само от няколко MPa; спирално навитите изискват значително повече; RTJ изисква най-високите стойности, често с порядък по-големи от листовите.

Тези коефициенти влизат в изчислението на натоварването на болтовете, затова изборът на гарнитура и моментът/натягането на фланцовите болтове трябва да се правят заедно. Гарнитура с високо y, затегната като за мек лист, никога няма да седне правилно.

Типичен избор на гарнитура по приложение

Това трябва да се третира като отправна точка, а не като заместител на листа с технически данни на производителя и класирането на фланеца съгласно ASME B16.5 или B16.47. Услуги с H2S и водород налагат допълнителни ограничения върху материалите, като NACE MR0175 / ISO 15156.

Съчетаване на гарнитурата със средата и фланцовата повърхност

• Химична съвместимост: окислители, силни киселини и някои разтворители атакуват еластомерните свързващи в компресирания фибър. PTFE и графитните спирално навити гарнитури устояват повече, но графитът е неподходящ при горещи окисляващи условия.
• Фланцова повърхност: фланците с издигнато лице приемат листова или спирално навита гарнитура. Фланците с равна повърхност, чести при чугунени детайли, изискват гарнитура с пълна лицевая повърхност; жлебованите RTJ лица изискват съвпадащ пръстен.
• Циклична експлоатация: спирално навитите и Kammprofile запазват напрежението по-добре при движение отколкото листовите, което е ключово при поддръжка на компресори с правопропускателен ход, където съединенията на капаците на клапаните са под непрекъсната пулсация.
• Обработка на повърхността: меките листове понасят по-груба фланцова повърхност; RTJ и Kammprofile изискват жлебът да бъде обработен според спецификацията.

Режими на отказ: издухване и отпускане поради пълзене

Издухване се случва когато налягането и недостатъчното остатъчно натоварване на болтовете изтласкат гарнитурата настрани или я екструдират от съединението — по-често при меки листове в условия на високо налягане, при недоразмерени гарнитури или при разхлабени болтове от вибрации.

Отпускане поради пълзене е постепенното загубване на дебелина и напрежение на гарнитурата с времето, ускорено от топлина. Когато напрежението спадне под изискването, зададено от коефициента m, съединението започва да просмуква, често първоначално забелязвано като петна. Компресираният фибър и еластомерните листове са най-податливи; металните и полуметалните гарнитури пълзят много по-малко.

Гарнитурата е консуматив с дефинирани интервали за повторно затягане и инспекция — не е "инсталирай и забрави". В CMMS работен поток, базиран на Fabrico, всяко фланцово съединение носи своята спецификация за гарнитура и интервал за инспекция, така че техникът да извлече правилните данни на място.

Изборът на гарнитура и натоварването на болтовете работят заедно

Изборът на гарнитура е непълен без съответно изчисление на натоварването на болтовете: размерът на болтовете, класът, броят и моментът на затягане трябва да достигнат изискваните m и y напрежения равномерно около фланеца. Недостатъчното затягане на правилно подбрана гарнитура пропуска по същия начин както и изборът на грешна гарнитура. При критични съединения хидравличното натягане често заменя работа с динамометричен ключ за по-равномерно натоварване.

Вижте информация за момента на затягане на фланцовите болтове за страната на натягането. За да следите спецификациите за гарнитури и моменти спрямо вашия фланцов инвентар, запишете демонстрация на Fabrico.

Често задавани въпроси

Може ли спирално навита гарнитура да се използва на фланец с издигнато лице клас 150?

Да. Спирално навитите гарнитури покриват класове от 150 до 2500 на фланци с издигнато лице и често се избират в по-ниски класове, когато цикличното натоварване или топлината правят листовите гарнитури неподходящи.

Защо RTJ гарнитурата изисква много по-високо натоварване на болтовете отколкото листова гарнитура?

Тя уплътнява чрез пластично деформиране на металния пръстен в обработения жлеб, което изисква значително по-високо начално притискащо напрежение отколкото гарнитура, която уплътнява чрез конформност спрямо повърхностните неравности.

Колко често трябва да се подменя гарнитурата на фланец с болтове?

Няма фиксиран интервал; зависи от материала, температурата и циклирането на налягането. Като правило подменяйте гарнитурата всеки път, когато съединението се отваря, тъй като тя вече е претърпяла компресионно деформиране.

Подходящ ли е PTFE лист за високо температурна парна услуга?

Обикновено не. PTFE листът е ограничен до около 260 °C и устойчивостта му на пълзене намалява рязко близо до тази граница. За високо температурна парна услуга е по-подходяща спирално навита гарнитура с графитен пълнител.