Ukryte zagrożenia: zrozumienie przenikania i przylegania wkładki w zaworach PTFE

W przetwórstwie chemicznym zawory z wykładziną PTFE są uważane za najlepsze rozwiązanie do obsługi agresywnych mediów. Wydają się być standardem, z wytrzymałą metalową obudową, jednak wielu menedżerów ds. zaopatrzenia pomija niewidoczne czynniki, które negatywnie wpływają na ich działanie od wewnątrz. 

Słaba przyczepność wykładziny i przenikanie molekularne to dwa “ukryte zagrożenia”, o których wiadomo, że są głównymi przyczynami przedwczesnych awarii. Zrozumienie tych zjawisk pozwala odróżnić obiekty, które działają sprawnie od dekady, od tych, które borykają się z katastrofalnymi zapadnięcie się liniowca w ciągu kilku miesięcy. 

Przenikanie i adhezja w zaworach wyściełanych

Zawór liniowy to złożone i trwałe połączenie dwóch materiałów o przeciwstawnych właściwościach. Jako strukturalny korpus metalowy i obojętny fluoropolimer, elastyczna “powłoka”. Aby wytrzymać wysokie temperatury i wysokie ciśnienie, wkładka musi stanowić idealną, nieprzepuszczalną barierę. 

Jednakże “plastik” jest podatny na rozszerzalność cieplną, stałe siły próżni i migrację chemiczną. W przypadku przyczepność podszewki awaria, Metalowy korpus (wykonany z żeliwa sferoidalnego lub stali węglowej) jest bezbronny. Gdy płyn korozyjny dotrze do metalu, zawór uznaje się za martwy, niezależnie od ilości pozostałego PTFE. 

Czym jest przenikanie?

Przenikanie nie jest standardowym wyciekiem. Jest to raczej zjawisko na poziomie molekularnym, które występuje, gdy płyn procesowy, taki jak chlor, chlorowodór lub wodór, powoli przemieszcza się przez przestrzenie między łańcuchami polimerów. Takie zdarzenie może skutkować problemy z przenikaniem, nagromadzenie za wkładką, wzrost ciśnienia i uszkodzenie korpusu zaworu. 

Struktura molekularna PTFE/PFA

Najlepszym sposobem na zrozumienie, dlaczego tak się dzieje, jest dokładne przyjrzenie się polimerowi pod mikroskopem. Zarówno PTFE, jak i PFA znane są ze swojej obojętności chemicznej. Są jednak półporowate. Weźmy na przykład gęsty las łańcuchów polimerowych: “drzewa” (atomy) są odporne na działanie chemikaliów, a “przerwy” między nimi umożliwiają przemieszczanie się drobnych, energetycznych cząsteczek. Cząsteczki te są mniejsze niż przerwy, więc rozpuszczają się w warstwie i przemieszczają do obszaru o niższym stężeniu (metalowego korpusu).

Czynniki wpływające na przenikanie

Inżynierowie muszą uwzględnić zmienne fizyczne i szybkość migracji substancji chemicznych przez wkładkę. Jest to niezbędne przy określaniu grubości wkładki i gęstości materiału. 

W obiektach, w których pracują linie kwasowe o wysokiej temperaturze, stale zachodzi “niewidzialna” migracja cząsteczek. Bez odpowiedniego odpowietrzenia gaz skrapla się w ciecz za wkładem. Powoduje to powstawanie kieszeni silnie kwaśnych, które korodują zawór, a które często pozostają niewykryte. 

Znaczenie blokowania linera (przyczepności)

Przyczepność wykładziny Nazywa się to systemem obronnym. Zakłady i obiekty nie używają tradycyjnych klejów. Zamiast tego, w dużej mierze polega się na mechanicznym blokowaniu, które utrzymuje wkładkę stabilną i całkowicie przylegającą do metalu. W przypadku braku solidnego połączenia mechanicznego, wkładki będą podatne na zapadnięcie się próżni. 

Rowki na jaskółczy ogon kontra rowki teowe

Aby osiągnąć skuteczność przyczepność wyściółki, Producenci opierają się na obróbce mechanicznej określonych wzorów w wewnętrznym odlewie zaworu przed formowaniem lub wtryskiwaniem polimeru. 

• Rowki na jaskółczy ogon: To są kanały trapezowe. Kiedy stopiony PFA jest wtryskiwany do korpusu zaworu, wypełnia te rowki. To złoty standard dla wysoka próżnia i zastosowań w wysokich temperaturach. 

• Rowki teowe: Są podobne do połączeń na jaskółczy ogon, ale jednocześnie wyróżniają się przekrojem w kształcie litery “T”. Wadą rowków teowych jest to, że trudno je idealnie wypełnić podczas formowania. Może to powodować powstawanie małych kieszeni powietrznych, które mogą powodować problemy z przenikaniem.. 

Ryzyko zapadnięcia się próżni

Wyobraź sobie, że zbiornik jest szybko opróżniany, tworząc podciśnienie. Jeśli wkładka nie jest skutecznie przymocowana do korpusu za pomocą połączeń na jaskółczy ogon, ssanie odciąga ją od metalowych ścianek. Gdy wkładka opadła na kanał przepływu, zatkała układ i mogła rozerwać polimer. Mając solidny przyczepność podszewki jest jedynym sposobem zapobiegania efektowi zasysania. 

Zawór z wyściółką

Nadaje się do zastosowań próżniowych, charakteryzuje się dużą powierzchnią uszczelniającą i konstrukcją uszczelniającą typu face-to-face, co zapewnia optymalną wydajność.

Zobacz produkt

Wykrywanie wad

Po instalacji nic nie widać za wkładką. Tylko w trakcie kontrola jakości Faza, w której zarządcy obiektów mogą wykryć poważne wady. Nawet niewielka dziurka lub obszar, w którym wykładzina jest zbyt cienka, może spowodować wybuch w ciągu kilku dni od uruchomienia. 

Testowanie iskier (Test wakacyjny)

Wykonanie testu iskier wysokonapięciowych to najlepsza metoda wykrywania ukrytych wad. Niektórzy nazywają go testem Holidaya. Polega on na przesunięciu sondy wysokiego napięcia (około 10-20 kV) przez całą powierzchnię wykładziny. Jeśli warstwa wykładziny jest zbyt cienka, np. poniżej wymaganej grubości 3 mm, prąd elektryczny przedostaje się do metalowego korpusu. Pojawi się widoczna i słyszalna iskra, która sygnalizuje awarię urządzenia. 

Wybór wysokiej jakości zaworów z wyściółką

Czasami zespoły ds. zaopatrzenia muszą radzić sobie z cięciami kosztów. W takim przypadku zazwyczaj łatwiej jest wybrać znacznie tańszy zawór dwuliniowy. Chociaż oba są oznaczone jako PTFE, mają ukryte właściwości, których nie można ignorować. 

Zawory najwyższej jakości priorytetowo traktują trzy kluczowe czynniki. Po pierwsze, gęstość żywicy. Żywice PFA o wysokiej gęstości zmniejszają problemy z przenikaniem. Z drugiej strony żywice poddane recyklingowi charakteryzują się większymi odstępami między łańcuchami polimerów, co pozwala na znacznie szybszą dyfuzję chemiczną. 

Producenci stosują również frezowane rowki typu „jaskółczy ogon” w tarczy, kuli i korpusie. Zawory oparte na prostym tarciu nie wytrzymują cykli termicznych. Wreszcie, grubość tulei ma istotne znaczenie. Tani zawór zmniejsza grubość tulei w skomplikowanych zakrętach i narożnikach. Natomiast wersje profesjonalne gwarantują utrzymanie standardowej grubości od 3,5 mm do 5 mm, aby zmaksymalizować ścieżkę przenikania. 
Ogólnie rzecz biorąc, lepiej jest kupić zawory z przyczepnością, zamiast polegać wyłącznie na zaworze. Inwestowanie w zawory z wyższej półki przyczepność podszewki a struktura molekularna o wysokiej gęstości gwarantuje nieprzerwaną pracę zakładu i długoterminowe bezpieczeństwo pracowników.