6步法选择适合造纸厂连续蒸煮器用密封垫材料
6步法选择适合造纸厂连续蒸煮器用密封垫材料
连续蒸煮器对维持造纸厂的高生产率至关重要。任何运行中断都可能导致重大损失，因此确保这些系统有效密封至关重要。
极端工况、具有磨蚀性和化学腐蚀性的流体、高温高压、热循环及振动，为垫片选型带来了独特挑战。在为制浆造纸蒸煮器选择密封解决方案时，明确需要考虑的选项对于确保垫片性能达到最佳状态至关重要。
第1步：理解密封难题
蒸煮器在极端条件下运行，因此选择合适的垫片材料至关重要。金属垫片因可用螺栓载荷不足而往往难以适用。设计师常推荐的柔性石墨垫片同样不可行，因为石墨作为极易碎裂的材料，使得处理大型垫片变得困难。
第2步：评估材料选项
垫片可由多种材料制成，例如金属、复合材料和聚合物，必须精心选择以满足应用需求。非金属垫片因其更强的耐化学性、更高的密封性和优于柔性石墨的操作优势，常被视为工业密封应用的更可行选择。在这些选项中，聚四氟乙烯（PTFE）已成为一种多功能解决方案，尤其适用于涉及腐蚀性介质的流程。PTFE凭借其卓越的物理特性在工业密封领域得到广泛应用：
- 优异的耐化学性
- 不粘性
- 高负载能力
- 低密封压力要求
由于聚四氟乙烯是一种柔性聚合物，可轻松制成经久耐用的垫片，在安装过程中不会产生任何风险。
需要特别指出的是，市场上存在多种类型的聚四氟乙烯（PTFE）。由于采用不同品质的树脂及独特的制造工艺，形成了具有特定机械特性的多种PTFE垫片类型。其中，在高温环境或热循环条件下表现出的压缩性和蠕变性尤为突出。
因此，必须关注聚四氟乙烯垫片的机械性能。
第3步：审核聚四氟乙烯制造方法
特定工艺需要不同类型的聚四氟乙烯树脂，其选择取决于这些树脂的特性，例如分子量、平均粒径和纤丝化程度。树脂类型及板材制造工艺会影响垫片允许的最小和最大应力值，并显著影响产品的蠕变性能——据Werner等人研究显示，其影响占比高达70%。
因此，制造工艺对聚四氟乙烯垫片的性能具有显著影响。主要方法包括：
模压聚四氟乙烯
-
工艺：采用原生或再生树脂制造。材料经压实烧结成圆柱体，随后从圆柱坯料上车削出薄层形成片材。
- 优点：成本效益极高。可添加玻璃填料制造。
- 局限性：易产生高蠕变，尤其在高温或热循环条件下。抗拉强度可能存在局限。
膨体聚四氟乙烯（ePTFE）
- 工艺流程：聚四氟乙烯树脂经挤出成型后形成纤丝状结构。该材料可根据所需性能进行单向拉伸（单向带材）或多向拉伸（多向片材）。拉伸工艺造就了这种轻盈却坚韧的材料。
- 优点：高压缩性与卓越抗蠕变性能。
- 适用场景：适用于脆弱法兰及存在表面不平整的应用场景，因其能完美贴合表面缺陷。
改性聚四氟乙烯（rPTFE）
- 工艺：经压延和烧结形成高度纤维化结构。直接向微观结构中添加填料以提升材料力学性能。添加颜料便于识别不同填料/聚四氟乙烯组合。
- 优势：相较于模压和削切聚四氟乙烯，具有卓越的抗蠕变性、高扭矩保持率及增强的力学性能，且可整块生产任意尺寸。
- 适用场景：严苛工况环境，包括强酸与强碱介质。
第4步：优先考虑机械性能以实现有效密封
为确保连续蒸煮器中密封效果良好，选择具有以下机械性能的材料至关重要：
- 高扭矩保持力：维持螺栓负载以确保密封性能稳定。
- 耐热循环性：适应温度波动而不降解。
- 低蠕变性：防止螺栓负载随时间衰减。
- 优异密封性：在各种压力和温度条件下维持有效密封。
第5步：选择rPTFE用于高性能应用
多项性能测试结果表明，在连续蒸煮器使用改性聚四氟乙烯（rPTFE）垫片效果最佳。例如，TEADIT®的Tealon TF1570等rPTFE垫片特别适用于蒸煮器应用，因其具备以下优势：
- 高温下高稳定性：在极端条件下保持机械完整性。
- 高扭矩保持力：rPTFE的纤丝结构提供卓越的扭矩保持力，对于在极端工况下维持密封至关重要。
- 易于操作：柔韧且富有弹性，适用于大尺寸安装且不会发生材料断裂。
此外，rPTFE材料可实现多个垫片段的热熔接合，从而能够制造大型垫片，即使其尺寸超过了原始切割板材的规格。
第6步：根据工艺需求优化垫片选择
为确保可靠的密封性能并延长蒸煮器的使用寿命，需综合考量具体工艺要求，包括流体腐蚀性、操作温度与压力以及法兰表面状况。通过将这些因素与rPTFE垫片的特性相匹配，操作人员可优化造纸工业蒸煮器的性能与耐用性。
参考文献
1.维加，何塞·卡洛斯。《工业垫片》第8版。里约热内卢：TEADIT工业与商业出版社，2019年6月。
2.席尔瓦，安娜·C.；韦尔纳，弗洛里安；萨维尔，卢卡斯。《高温对不同PTFE垫片生产工艺蠕变松弛的影响》。载于：《压力容器与管道会议论文集》。美国机械工程师学会，2018年。页码：V002T02A018。
3.“确保长期运行可选性面临的挑战——基于2022年NR-13法规修订的分析”。
