“密封术”大揭秘!化工厂的密封解决方案​:应对极端工况,对症下药才是王道!

作者:德克迈特德氏封密封(上海)有限公司 发布时间:2020-05-25
难以想象我们的日常生活少了化学用品会是怎样。它们被应用于很多不同的领域,例如食品或者汽车工业,这使得化工行业成为了最重要的经济部门之一。为保证化工厂的生产安全可靠,需要防止在生产过程中任何有害物质的渗入或渗出。因此,高性能密封解决方案对化工厂的各处而言很关键。密封件必须承受在不同的应用中出现的各种极端条件,比如高温、高压、腐蚀性、甚至部分有毒的介质。此外,更重要的是密封件能够大大有助于减少法定排放值。

化学工业分为几个领域,分别都有不同的工况。密封解决方案需要面对多方面的挑战。考虑到化工复杂多样的工艺工况如腐蚀毒性介质,高压力,高温度等因素,解决方案需要针对性开发的设计和材料:

精细化工

在无机化学工艺步骤中各种不同的密封应用在其中起着作用,包括生产、加工、分离、输送等工艺。通常,在精细化工和特种化工的工艺中常会有强腐蚀性甚至毒性的介质。这就需要高抗性密封件,以保证可靠的密封功能和较长的寿命。密封件还需要承受极端的压力和较宽的温度范围,大约是0°C以下到高达+300°C,这在结晶过程中很常见。因此,所用密封件必须特别坚韧。

石油化工及衍生物

化学工业领域的一个典型应用就是所谓的蒸汽裂解。在这个过程中,密封件不仅需要对类似有腐蚀性的介质具有高度的抵抗力,而且还必须承受极端的温度和压力。例如,在用于加热底部产品的对流炉中,温度可高达+600°C。随后发生的气体裂解会产生更加高的温度。石墨盘根可以应对这些高温工况,它最高能承受700度的温度。此外,在裂解气的压缩过程中,还会产生高达30巴的压力。

洗涤剂和个人护理产品

洗涤剂和个人护理产品的生产要求与制药行业相似。其对密封件有很高的纯度和卫生要求,包括:密封件无死角和抗CIP/SIP清洁介质。此外,在部分可能被人体吸收或者入口的产品和应用中,使用的密封解决方案需要符合食品或者制药行业的法律要求,其中包括美国FDA(食品和药物管理局)和 USP美国药典6级标准。


特殊的操作环境要求


为应用选择合适的密封产品和材料时,需要考虑几个方面。其中最重要的是操作环境,例如压力、温度以及正在处理的相应介质。在Weinheim总部内部测试工厂,科德宝密封技术提供在实际工况下的性能测试服务。

介质抵抗性是重要挑战

在化学工业中,密封件会直接接触到具有极强腐蚀性的化学物质和气体。特别是所涉及介质的高度多样性使得密封任务有了相当的挑战性。各种碱液、酸、溶剂、油、生化物质和气体持续不断地在化工厂里加工,为了保证连续地高安全性,选用的密封件需要承受这些腐蚀性的介质,从而确保无泄漏过程。

极端的压力和温度

有时,化学应用中密封材料必须连续承受高达1,200巴的压力。这就要求密封有对应更加结实稳定的结构设计。例如,可以使用支撑环或金属嵌件来支撑密封件,以提高其耐压能力。不仅要承受高压,还有温度挑战,可能是极低的温度,也可能是极高的温度,甚至有时是不断变化的温度。采用的密封材料需要在-60°C到350°C(有时甚至高达850°C)之间的温度范围内保持其性能以确保无泄漏发生,同时拥有尽可能长久的工作寿命。


化工行业的应用


在文章的开头已经提到,各种工艺步骤对化学工业中的密封解决方式都是一个巨大的挑战。这些过程可以分别对应到不同的应用,例如泵、阀门、配件、管道系统和罐体

泵的密封

在化学工艺中,会使用一系列不同类型的泵来控制流体。 其中,隔膜、离心泵或柱塞泵都需要高性能的密封解决方案—— 从O形圈到客户定制 部件都需要密封件。 确保了在化学关键工艺上使用的泵的最大可靠性和安全性。 由于密封件大多与介质直接接触,因此 需要具备对各种腐蚀性工艺介质的高度抵抗力

种类多样的储罐密封

储罐通常由不同的组件组成。例如,它们通常配备接头。这些需要标准的法兰连接件,如卡箍密封和平垫片,甚至定制化的密封解决方案。一些储罐还为观察工艺流程提供了一个可视窗口。当然它们同样需要密封件,例如密封型材和O型圈。此外,储罐配备有罐底阀,这会用到蝶阀密封以及不同的定制密封解决方案。

适用于阀门及其配件的密封解决方案

无论是单座阀、双座阀、隔膜阀还是蝶阀,都需要大量的动态和静态密封解决方案。产品范围从O型圈和卡箍密封件到定制部件,例如轴密封、径向密封、隔膜片和蝶阀密封这些产品需要满足各种要求,尤其是在加工高腐蚀性化学物质并会产生极端温度的情况。

另一个重要 方面是含有磨粒介质导致的摩擦和磨损。 摩擦系数高,可能带来阀门打开和关闭的困难。 为了确保阀门能实现安全轻松的打开、尽可能少的磨损和较长的使用寿命,需要根据实际的作业情况,设计相应的密封件。 并非每种密封材料和结构设计都能适应于这些苛刻的作业条件。

用于化学工业的高性能材料


化学工业带来的各种挑战,使得高性能材料必须能够承受强腐蚀性介质、极端压力和高温波动。因此,科德宝密封技术专门研发了各种专业塑料和弹性体材料

塑料密封的选择:聚四氟乙烯(PTFE)

聚四氟乙烯(PTFE)是最适合化学应用的材料之一,它几乎具有全方位的耐化学性。另一个优势是其广泛的温度应用范围(-200℃到+260℃),这使得PTFE 适合与液态气体一起使用。

此外,PTFE良好的机械性能使其成为化学工艺的理想密封材料。它的摩擦系数和表面张力都特别低,这对动态应用特别好。在石墨、碳、铜等不同填料的作用下,PTFE的性能还可以进一步改进。科德宝密封技术的产品组合包括各种含填料和不含填料的高性能PTFE材料。例如U型圈、平垫片和径向轴封。然而,与弹性材料相比,缺乏橡胶弹性性能是PTFE的一个缺点。

创造性研发:ChemXT

就其性能而言,没有一种氟化材料与另一种完全相同,包括FKM或FFKM-Simriz®在内。每种含氟弹性体的耐久性、可加工性、温度和耐化学性都因弹性体配方设计的差异而不同。通过加入聚合物等化学物质、填料和特殊添加剂,材料研发人员能够改善弹性体的某些性能。这样,我们就能为不同的市场需求量身定制解决方案,从而为各类客户提供最佳密封性能。有鉴于此,科德宝密封技术研发了新型材料系列ChemXT,它在性能和成本之间寻找到绝妙的平衡点,缩小了FKM 与昂贵的FFKM材料之间的差距,实现效益最大化。

ChemXT的作业温度范围从-15°C到+230°C,并具有优异的耐紫外线、耐臭氧、耐老化和耐不同化学物质(如酸性物质和有机溶剂)的能力。由于使用寿命长,因此ChemXT可以延长维护间隔并降低生产成本。通过与化学工业相关的三种不同类型材料相比较的基准测试,证明了这些优异的性能。ChemXT与科德宝FFKM全氟橡胶75Simriz®495一起获得了出色的成绩,这使这两种材料成为化工厂的优化解决方案。

具有广泛耐化学性的FFKM-Simriz®

全氟弹性体FFKM因其优异的耐热性和耐化学性而广泛应用于化学工业。其性能可与PTFE媲美,并且具有橡胶弹性优势。科德宝密封技术提供了一种通用的全氟弹性体Simriz®系列,无论是在静态或动态应用中,都可以在高温、极端压力和剧烈波动的情况下使用。
特别是牌号75 Simriz®495是为化学工业的极端作业环境量身定做的,可用于O型圈的生产。Simriz®491提供了超强的低温性能,可作为O型圈和客户特定部件的生产材料。


化学工业密封解决方案组合


在化工厂,为了确保安全可靠的生产过程,需要各式各样的密封。这些包括O型圈、平垫片、填料函盘根、径向轴封、波纹管、膈膜片、密封型材等。科德宝密封技术公司提供了各类可靠适宜的密封解决方案。凭借出色的研究能力以及深厚的产品和材料专业底蕴,科德宝密封专家们让高性能的密封解决方案的研发成为可能——从标准化的O型圈到客户特定的密封件,一应俱全。这有助于延长设备的维护周期,避免了代价高昂的停机成本。

通用密封元件:O型圈


O型圈的应用范围几乎涵盖了所有行业,当然也包括化学工业。在化工领域,O型圈的应用是多种多样的。该产品通常用于轴向、径向、平移和旋转应用中的静态和动态密封。其最大的优势是出色的性价比。O型圈几乎可以应用于各种尺寸和弹性材料,即可以大批量生产,也可以小批量生产。此外,O型圈也可以通过CNC技术进行生产,通过科德宝密封技术的Xpress®服务就能实现。

为了承受强腐蚀性的化学物质和极端温度,同时提供高弹性,O型圈也能以FEP或PFA包覆的形式提供。这一形式一般由VMQ(硅树脂)或FKM制成的弹性体芯和FEP或PFA制成的无缝密闭外壳组成。科德宝密封技术的O型圈产品系列的尺寸和质量标准是符合 DIN 3771,AS568,ISO 3601-1等国际标准。同时,我们也提供FKM、FFKM-Simriz®或ChemXT等不同类型材料、不同截面的O型圈。

优质PTFE波纹管


PTFE波纹管由两个接头和一个可位移的波纹管组成,用作移动设备和机器部件之间的连接。尤其是在化学工业中,它们可以防止环境影响,例如侵蚀性介质或气体。PTFE波纹管具有几个主要功能:

首先,它们可轴向保护并在一定程度上径向保护可移动轴、接头和其他机器部件;此外,它们可补偿因膨胀、轴向偏移、不同心或振动引起的偏移。科德宝密封技术公司独特的研发能力使PTFE、改性PTFE 和填充PTFE等适用于化学工业的各类PTFE材料成为可能。


化学应用中常用的密封元件:径向轴封


径向轴封的任务是密封旋转轴上的介质。由于它们在设计、尺寸和材料方面变化多样,因此它们能广泛地应用于化学工业领域。其中,径向轴封可用于混料机、泵、分离机和卧式分离器中。

凭借低摩擦值、良好的干运行特性和许多特殊专用设计,Freudenberg Simmerring®拥有非常可靠的密封功能。科德宝密封技术另一种特殊型号是Radiamatic® HTS II,它具有超高的耐磨损性能、卫生设计以及良好的耐介质和耐高温性能。

平垫片:管道、配件和泵的连接密封


作为一种静态密封元件,平垫件介于两个用螺丝连接的法兰之间。作为管道的一部分,它们与流动的产品介质直接接触,而这些介质不乏腐蚀性溶剂和化学制品。最严重的情况下,这些介质甚至会侵蚀掉密封材料,从而导致泄漏。

为了防止这种情况发生在化学反应的敏感时期,超高耐化学性的材料是必不可少的。科德宝密封技术提供了三种不同的材料变体,以应对这些极端条件,并补偿法兰表面不平整性:FG-120、FG-180和FG-360。


定制化密封解决方案


针对特殊要求,制定特殊的解决方案。特别是在化学工业中,定制化密封解决方案才能满足每个工厂的个性化要求。对于复杂的工艺工况中,标准零件通常只能在有限的范围内使用。这是定制解决方案如此重要的原因。需要定制化密封件的情况主要有:修改标准组件、量身定制一套全新的解决方案。

在新产品的开发过程中,科德宝密封技术将与客户开展密切而深入的合作。我们把工艺中温度变化和浸渍介质后密封材料溶胀也考虑进去后,预先计算可能产生的产品变形和载荷。这就是科德宝密封技术的FEA(有限元建模分析)。这样的话实验测试循环可以减少到最少,因此可以节省大量的开发时间和成本。基于多年的经验,科德宝密封技术可以为化学工业中几乎所有密封需求,设计出合适可靠的定制密封解决方案。


关于科德宝流程工业

作为科德宝密封技术的重要业务单元,科德宝流程工业为食品、饮料、制药和化工行业设备制造商和运营商提供丰富的密封产品、精湛的技术、优良的服务,以及专业化、个性化的行业解决方案和创新产品线,是流程工业领域的密封知识专家


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