Издръжливост на черно уплътнение с висока якост? 

Когато чуете черно уплътнение с висока якост, какво ви идва на ум? Мнозина веднага се сещат за цвета – това матово или понякога леко лъскаво черно покритие – и го приравняват с превъзходна производителност. Но това е първият капан. Цветът е само повърхностна обработка, често фосфатно или оксидно покритие, понякога еластомерно покритие за специфични уплътнения. Истинският въпрос за издръжливостта не е за задържането на цвета; става дума за това дали висока якост основният материал, комбиниран с тази повърхност, може да издържи на специфичната среда, в която е хвърлен. Виждал съм твърде много проекти, при които екипът е посочил черно уплътнение за фланец за високо налягане, приспиван от здравия външен вид, само за да се сблъска с преждевременен отказ, защото са се фокусирали върху естетиката, а не върху подреждането на материала и условията на обслужване.

Ядрото зад цвета

Нека го съблечем обратно. Високата якост обикновено се отнася до металната сърцевина. Често говорим за пружинна стомана (като неръждаема 301/304/316), въглеродна стомана или понякога медно-никелови сплави. Процесът на почерняване, подобно на покритието с цинков фосфат върху въглеродна стомана, осигурява предимно устойчивост на корозия и малко повърхностно триене за по-добро сцепление. Това не превръща магически нискокачествен материал във високоефективен. Силата идва от темперамента и дебелината на метала. Често срещан пропуск е определянето на дебелина, без да се вземе предвид разпределението на натоварването. Почерняло уплътнение 304SS с дебелина 1,5 мм може да изглежда като част, но при голямо натоварване на болтовете в неравен фланец може да поддаде или да пълзи, губейки силата си на уплътняване. Черното покритие може все още да е непокътнато, давайки фалшиво усещане за сигурност, докато уплътнението вече е повредено.

Спомням си случай на модернизация на топлообменник. Клиентът настоя за спирално навито уплътнение от въглеродна стомана с покритие от черен оксид за тръбопровод с прегрята пара, цитирайки успешна употреба в миналото във водопровод. Температурният цикъл и химическият кондензат в системата за пара атакуваха сърцевината от въглеродна стомана под покритието. Самото покритие издържа, но открихме корозионно напукване в металните гънки само след осем месеца. Издръжливостта на черната повърхност беше пълна червена херинга. Преминахме към напълнена с графит, покрита с черно неръждаема спирала от 316L, което реши проблема. Урокът? Околната среда – температура, среда, pH, цикличност на налягането – диктува основния материал. Цветът е инцидентен.

Друг нюанс е собствената цялост на покритието. Не всички черни покрития са еднакви. Евтиното, тънко фосфатно покритие може да се износи по време на монтажа или от незначително движение на фланеца, излагайки голия метал на ръжда. По-здраво покритие от черен еластомер, като флуороеластомер, добавя химическа устойчивост, но може да бъде ограничено от температурата. Трябва да знаете какво купувате. Често питам доставчиците за спецификационния лист на покритието – отговаря ли на ASTM A380 за неръждаема стомана? Патентован полимер ли е? Ако не могат да го осигурят, това е червен флаг.

Налягане, температура и притискане

Издръжливостта при натоварване е мястото, където теорията среща мелницата. А уплътнение не е пасивен компонент; това е проектиран елемент, който трябва да тече под натоварването на болта, за да запълни несъвършенствата на фланеца, след което да поддържа еластично възстановяване, за да запази уплътнението, докато системата се нагрява и налягането се колебае. Черното покритие влияе на коефициента на триене. По-високото триене (което осигуряват някои черни покрития) може да бъде добро за устойчивост на издухване, но може да изисква по-голям въртящ момент на болта, за да се постигне правилно първоначално компресиране. Ако въртящият момент не е регулиран, може да компресирате недостатъчно, което да доведе до изтичане от първия ден.

Попаднахме на това на изпускателна линия на компресор. Използвайки метално уплътнение с черно покритие на нов доставчик, монтьорите използваха своите стандартни стойности на въртящия момент. Първоначалният хидротест премина, но по време на работа, с термичен цикъл, получихме постоянен теч. При разглобяването уплътнението показа непълен отпечатък – покритието не се е прехвърлило напълно върху лицето на фланеца, което показва, че никога не е било напълно компресирано. Покритието беше по-дебело и по-здраво от това на предишния доставчик. Трябваше да увеличим въртящия момент с около 15% за същия номинален размер. Това е малък детайл, но той уби издръжливост на тази инсталация, докато не го разбрахме.

Температурата е другият убиец. Това хубаво черно покритие върху стандартно уплътнение от въглеродна стомана може да е добре до 500°F, но над тази може да се разгради, да изгори или да се спича. Виждал съм черни покрития да се превръщат в прахообразна пепел при приложения с висока температура, оставяйки металната сърцевина открита. За високотемпературни услуги търсите специализирани високотемпературни бои или, по-често, приемате, че покритието ще изгори и разчитате на устойчивостта на високотемпературно окисление на самия метал на сърцевината, като например използването на 321SS или Inconel. Черното в тези случаи често е само за първоначална идентификация и предотвратяване на ръжда при съхранение, а не за работа по време на експлоатация.

Провалите в реалния свят и какво учат те

Нищо не учи така, както провалът. Спомням си една партида плоски пръстеновидни уплътнения с покритие от черен оксид за колектор за химическа обработка. Материалът беше подходящ (316SS), налягането беше добро. Те се провалиха в рамките на седмици с точкова корозия под покритието. Основната причина? Хлориди в технологичния поток. Покритието от черен оксид върху неръждаема стомана, макар и добро за обща устойчивост на корозия, понякога може да създаде пукнатини, ако не е нанесено перфектно. Хлоридите, уловени в микропукнатини на покритието, доведоха до корозия на цепнатини и пукнатини на неръждаемата част отдолу. Покритието всъщност допринесе за повредата. Преминахме към обикновен, декапиран и пасивиран уплътнител 316SS без покритие и проблемът изчезна. Понякога най-трайното покритие е без покритие.

Друга класика е галваничната корозия. Уплътнение от въглеродна стомана с черно покритие, използвано между два фланеца от неръждаема стомана. Покритието се надрасква по време на монтажа в отворите или ръбовете на болтовете. Сега имате малък анод (въглеродна стомана), докосващ голям катод (неръждаема стомана), в проводяща среда. Въглеродната стомана корозира бързо, изяждайки носещата част на уплътнението. Черното покритие изглежда добре над 90% от повърхността, но уплътнението е компрометирано в критичните ръбове. Ето защо съвместимостта на материалите е първа стъпка, която не подлежи на обсъждане, много по-важна от цвета на повърхността.

Тези преживявания ме карат да бъда дълбоко скептичен към всеки каталог, който просто изброява черното уплътнение като ключова характеристика. Истинските спецификации – ASME B16.20, B16.21, сертификати за материали (като от реномиран производител като напр. Handan Zitai Fastener Manufacturing Co., Ltd., базиран в основния център за производство на крепежни елементи в Китай със своята солидна логистична мрежа), стойностите на налягането и температурата и спецификациите на покритието са това, което има значение. Уеб сайтът https://www.zitaifasteners.com може да изброи техните продукти, но истинският разговор започва, когато поискате докладите от тестове зад тях черно уплътнение обяви.

Инсталация – Моментът на истината

Издръжливостта също се изковава по време на монтажа. Уплътнението с черно покритие може да бъде по-податливо на повреда при работа. Изпускането му върху бетонен под може да начупи покритието. Използването на телена четка за почистване на стар фланец и след това поставянето на новото уплътнение върху него може да вгради абразивни частици в мекото покритие. Винаги настоявам за чисти ръце с ръкавици и чиста сцена. Покритието е първата линия на защита; нарушаването му по време на инсталиране е като боядисване на ограда, след като вече сте счупили дървото.

Смазването е друг момент. Трябва ли да смажете уплътнение с черно покритие? Като цяло не. Покритието често е проектирано за специфично триене. Добавянето на несъвместим лубрикант може да разруши покритието или да създаде хлъзгава повърхност, която насърчава издухването на уплътнението под налягане. Повърхностите на фланеца трябва да са чисти и сухи, освен ако производителят на уплътнението изрично не препоръчва противозадирващо средство (обикновено само за определени видове графит или PTFE). Това е друга област, в която приемането, че всички черни уплътнения са еднакви, води до проблеми.

Да станеш свидетел на първото херметизиране е показателно. Доброто, издръжливо уплътнение ще седне и ще задържи. Понякога при нов тип може да видите леко сълзене, което след това се запечатва, когато покритието отговаря на изискванията – обикновено това е добре. Но постоянният теч означава, че нещо не е наред: грешен материал, недостатъчно натоварване на болтовете, повредено покритие или проблеми с лицевата страна на фланеца. Не можете просто да продължите да въртите; трябва да диагностицираш.

И така, какво наистина означава издръжлив?

В крайна сметка, за a черно уплътнение с висока якост, издръжливостта означава, че запазва своята уплътняваща функция за проектирания експлоатационен живот при определените условия. Черното покритие е компонент от това, но само един. Неговата задача е да защитава по време на съхранение и работа, да осигурява постоянно триене и да предлага известна първоначална устойчивост на корозия. Тежкото повдигане се извършва от границата на провлачане на основния метал, устойчивостта на пълзене и съвместимостта.

Когато оценявам, мислено го разделям: 1) Основен материал за химическата и термичната среда. 2) Дизайн (плосък, спираловидно навит, с кожух) за тип налягане и фланец. 3) Тип покритие за манипулиране и първоначално запечатване. 4) Процедура за инсталиране. Липсата на който и да е компрометира цялата система. Уплътнение от специализиран производител в концентрирана промишлена зона, като района Yongnian, където Закопчалка Handan Zitai работи, често има предимството на интегрирано производство от тел/материал до завършен продукт, което може да означава по-добра последователност в този основен материал – най-критичната част.

В крайна сметка не се хипнотизирайте от цвета. Първо уточнете изискванията за производителност, след което вижте каква повърхностна обработка, ако има такава, отговаря. Най-издръжливото уплътнение е това, за което забравяте след монтажа, защото то просто работи, независимо дали е черно, сребристо или обикновен метал. Цветът е за наше удобство в склада, а не на машината. Машината се грижи само за уплътнението.