Izdržljivost crne brtve visoke čvrstoće? 

Kada čujete crnu brtvu visoke čvrstoće, šta vam pada na pamet? Mnogi odmah pomisle na boju – tu mat ili ponekad blago sjajnu crnu završnu obradu – i izjednačuju je sa vrhunskim performansama. Ali to je prva zamka. Boja je samo površinska obrada, često fosfatni ili oksidni premaz, ponekad elastomerni premaz za specifične brtve. Pravo pitanje trajnosti nije vezano za boju; radi se o tome da li visoka čvrstoća materijal jezgre, u kombinaciji s tom površinom, može izdržati specifično okruženje u koje je bačen. Vidio sam previše projekata u kojima je tim specificirao crnu zaptivku za prirubnicu pod visokim pritiskom, uljuljkan robusnim izgledom, samo da bi se suočio s prijevremenim kvarom jer su se fokusirali na estetiku, a ne na slaganje materijala i uslove rada.

Srž iza boje

Hajde da ga skinemo nazad. Visoka čvrstoća se obično odnosi na metalno jezgro. Često govorimo o opružnom čeliku (kao što je nehrđajući 301/304/316), ugljičnom čeliku ili ponekad legurama bakra i nikla. Proces zacrnjivanja, poput cink fosfatnog premaza na ugljičnom čeliku, prvenstveno pruža otpornost na koroziju i malo površinskog trenja za bolje prianjanje. Ne pretvara materijal niskog kvaliteta u materijal visokih performansi. Snaga dolazi od temperamenta i debljine metala. Uobičajeni previd je određivanje debljine bez razmatranja raspodjele opterećenja. Pocrnjela brtva od 304SS debljine 1,5 mm može izgledati kao dio, ali pod velikim opterećenjem vijaka u neravnoj prirubnici, može popustiti ili puzati, gubeći svoju zaptivnu silu. Crni premaz je možda i dalje netaknut, što daje lažni osjećaj sigurnosti dok je pečat već otkazao.

Sjećam se slučaja nadogradnje izmjenjivača topline. Klijent je insistirao na spiralnoj zaptivki od ugljeničnog čelika obloženom crnim oksidom za vod pregrijane pare, navodeći ranije uspješnu upotrebu u vodovodu. Ciklus temperature i hemijski kondenzat u parnoj službi napali su jezgro od ugljeničnog čelika ispod premaza. Sam premaz je izdržao, ali smo nakon samo osam mjeseci otkrili pucanje korozije pod naponom u metalnim naborima. Trajnost crne površine bila je potpuna crvena haringa. Prešli smo na 316L spiralnu spiralu punjenu grafitom i crnim premazom, što je to riješilo. Lekcija? Okruženje – temperatura, mediji, pH, ciklični pritisak – diktira materijal jezgre. Boja je slučajna.

Još jedna nijansa je vlastiti integritet premaza. Nisu svi crni premazi jednaki. Jeftin, tanak fosfatni premaz se može istrošiti tokom ugradnje ili zbog manjeg pomicanja prirubnice, izlažući goli metal rđi. Robusniji crni elastomerni premaz, poput fluoroelastomera, dodaje hemijsku otpornost, ali može biti temperaturno ograničen. Morate znati šta kupujete. Često pitam dobavljače za specifikaciju premaza – da li je prema ASTM A380 za nerđajući materijal? Je li to vlasnički polimer? Ako to ne mogu obezbijediti, to je crvena zastava.

Pritisak, temperatura i stisak

Izdržljivost pod opterećenjem je mjesto gdje se teorija susreće s mlinom. A brtva nije pasivna komponenta; to je dizajnirani element koji mora teći pod opterećenjem vijaka kako bi popunio nesavršenosti prirubnice, a zatim održao elastični oporavak kako bi održao brtvu dok se sistem zagrijava i pritisci fluktuiraju. Crni premaz utiče na koeficijent trenja. Veće trenje (koje pružaju neki crni premazi) može biti dobro za otpornost na ispuhivanje, ali može zahtijevati veći moment vijka da bi se postigla odgovarajuća početna kompresija. Ako obrtni moment nije podešen, možda ćete biti nedovoljno kompresovani, što će dovesti do curenja od prvog dana.

Naišli smo na ovo na liniji za pražnjenje kompresora. Koristeći zaptivku sa crnom metalnom oblogom novog dobavljača, monteri su koristili svoje standardne vrijednosti momenta. Početni hidrotest je prošao, ali u radu, s termičkim ciklusom, dobili smo uporno curenje. Nakon rastavljanja, brtva je pokazala nepotpun otisak - premaz se nije u potpunosti prenio na čelo prirubnice, što ukazuje da nikada nije potpuno komprimiran. Premaz je bio deblji i čvršći nego kod prethodnog dobavljača. Morali smo povećati obrtni moment za oko 15% za istu nominalnu veličinu. To je mali detalj, ali je ubio trajnost te instalacije dok to nismo shvatili.

Temperatura je drugi ubica. Taj lijepi crni premaz na standardnoj brtvi od ugljičnog čelika mogao bi biti u redu do 500°F, ali iznad toga može degradirati, izgorjeti ili sinterirati. Vidio sam da se crni premazi pretvaraju u praškasti pepeo u primjenama na visokim temperaturama, ostavljajući metalnu jezgru izloženom. Za visokotemperaturne usluge gledate specijalizirane boje za visoke temperature ili, češće, prihvaćate da će premaz izgorjeti i oslanjate se na otpornost na oksidaciju pri visokim temperaturama samog metala jezgre, kao što je korištenje 321SS ili Inconel. Crno je u ovim slučajevima često samo za početnu identifikaciju i prevenciju rđe u skladištu, a ne za performanse u radu.

Neuspjesi u stvarnom svijetu i ono što oni podučavaju

Ništa ne uči kao neuspjeh. Sjećam se serije ravnih prstenastih brtvi obloženih crnim oksidom za razdjelnik za kemijsku obradu. Materijal je bio ispravan (316SS), ocjena pritiska je bila dobra. Pokvarile su se u roku od nekoliko sedmica zbog korozije udubljenja ispod premaza. Osnovni uzrok? Hloridi u toku procesa. Prevlaka od crnog oksida na nehrđajućem materijalu, iako je dobra za opću otpornost na koroziju, ponekad može stvoriti uvjete za pukotine ako nije savršeno nanesena. Hloridi zarobljeni u mikro-pukotinama premaza doveli su do rupe i korozije nerđajućeg čelika ispod. Premaz je zapravo doprinio kvaru. Prešli smo na običnu, kiselu i pasiviranu zaptivku 316SS bez premaza i problem je nestao. Ponekad je najtrajnija završna obrada uopšte bez završne obrade.

Još jedan klasik je galvanska korozija. Zaptivka od ugljičnog čelika obložena crnom bojom koja se koristi između dvije prirubnice od nehrđajućeg čelika. Premaz se izgrebe tokom ugradnje na rupama ili ivicama za vijke. Sada imate malu anodu (ugljenični čelik) koja dodiruje veliku katodu (nerđajući), u provodljivom okruženju. Ugljični čelik brzo korodira, izjedajući nosivi dio brtve. Crni premaz izgleda dobro na 90% površine, ali brtva je ugrožena na kritičnim rubovima. Zbog toga je kompatibilnost materijala prvi korak o kojem se ne može pregovarati, mnogo važniji od boje površine.

Ova iskustva su me navela da budem duboko skeptičan prema bilo kojem katalogu koji samo navodi crnu brtvu kao ključnu osobinu. Prave specifikacije – ASME B16.20, B16.21, certifikati materijala (kao od renomiranog proizvođača kao npr. Handan Zitai Fastener Manufacturing Co., Ltd., sa sjedištem u glavnom kineskom proizvodnom čvorištu zatvarača sa svojom čvrstom logističkom mrežom), ocjene tlaka i temperature i specifikacije premaza – su ono što je važno. Web stranica https://www.zitaifasteners.com mogli bi navesti njihove proizvode, ali pravi razgovor počinje kada tražite izvještaje o testiranju koji stoje iza njih crna zaptivka oglasi.

Instalacija – Trenutak istine

Izdržljivost se takođe kuje tokom ugradnje. Zaptivka obložena crnom bojom može biti podložnija oštećenjima pri rukovanju. Ispuštanje na betonski pod može oštetiti premaz. Korištenje žičane četke za čišćenje stare prirubnice, a zatim postavljanje nove brtve na nju može ugraditi abrazivne čestice u mekani premaz. Uvijek insistiram na čistim rukama u rukavicama i čistom prostoru za scenu. Premaz je prva linija odbrane; probijanje tokom ugradnje je kao farbanje ograde nakon što ste već napukli drvo.

Podmazivanje je još jedna stvar. Trebate li podmazati zaptivku obloženu crnim premazom? Generalno, ne. Premaz je često dizajniran za specifično trenje. Dodavanje nekompatibilnog maziva može slomiti premaz ili stvoriti klizav površinu koja potiče izbijanje brtve pod pritiskom. Površine prirubnica trebaju biti čiste i suhe, osim ako proizvođač zaptivača izričito ne preporučuje anti-zaglavljivanje (obično samo za određene tipove grafita ili PTFE). Ovo je još jedno područje gdje pretpostavka da su sve crne zaptivke iste dovodi do problema.

Svjedočenje prvom pritisku govori. Dobra, izdržljiva brtva će sjediti i držati. Ponekad, s novim tipom, možete vidjeti lagano plakanje koje se zatim zatvori kako se premaz prilagodi - to je obično u redu. Ali stalno curenje znači da nešto nije u redu: pogrešan materijal, nedovoljno opterećenje vijaka, oštećeni premaz ili problemi s prirubnicom. Ne možete samo nastaviti zatezati; morate dijagnosticirati.

Dakle, šta zapravo znači izdržljiv?

Na kraju krajeva, za a crna brtva visoke čvrstoće, izdržljivost znači da održava svoju funkciju zaptivanja tokom projektovanog radnog veka pod određenim uslovima. Crni premaz je sastavni dio toga, ali samo jedan. Njegov zadatak je da zaštiti tokom skladištenja i rukovanja, da obezbedi dosledno trenje i pruži određenu početnu otpornost na koroziju. Podizanje teškog materijala se vrši zahvaljujući čvrstoći metala jezgre, otpornosti na puzanje i kompatibilnosti.

Prilikom evaluacije, mentalno ga razbijam: 1) Osnovni materijal za hemijsko i termalno okruženje. 2) Dizajn (ravni, spiralno namotani, sa omotačem) za pritisak i tip prirubnice. 3) Vrsta premaza za rukovanje i početno zaptivanje. 4) Postupak instalacije. Nedostatak jednog kompromituje ceo sistem. Zaptivka od specijalizovanog proizvođača u koncentrisanoj industrijskoj zoni, kao što je okrug Yongnian gde Handan Zitai Fastener radi, često ima prednost integrisane proizvodnje od žice/zaliha do gotovog proizvoda, što može značiti bolju konzistentnost u tom osnovnom materijalu – najkritičnijem dijelu.

Na kraju, nemojte biti hipnotisani bojom. Prvo odredite zahtjeve za performanse, a zatim pogledajte koja obrada površine, ako postoji, odgovara. Najizdržljivija brtva je ona koju zaboravite nakon ugradnje jer jednostavno radi, bilo da je crna, srebrna ili obična metalna. Boja je za našu udobnost u skladištu, a ne za mašinu. Mašina brine samo o pečatu.