Innowacje w zakresie uszczelek zwiększające zrównoważony rozwój? 

Kiedy słyszysz „zrównoważony rozwój” i „uszczelki” w tym samym zdaniu, większość myśli od razu kieruje się ku materiałom pochodzącym z recyklingu. To najczęstsza pułapka. Prawdziwa historia jest o wiele bardziej skomplikowana, mniej dotyczy pojedynczego magicznego materiału, a bardziej trudu – wydłużenia żywotności w brutalnych warunkach, ograniczenia emisji ulotnych do niemal zera i tak, czasami wiąże się to z nowym polimerem, ale równie często chodzi o ulepszenie produkcyjne lub geometrię uszczelnienia, na którą natknęliśmy się, ponieważ pompa klienta ciągle się psuła. To praca przyrostowa, często niewidoczna. Motywacja do zrównoważonego rozwoju nie zawsze jest ukryta w broszurze; polega to na skróceniu przestojów, uniknięciu wycieków i tonach płynu procesowego, które nie są tracone do atmosfery. To tam osiąga się rzeczywiste zyski, nie tylko na surowcu.

Poza materiałem: rachunek cyklu życia

Na początku byliśmy podekscytowani bioelastomerami. Wypróbowałem formułę obiecującego start-upu w standardowym zastosowaniu kołnierzowym w zakładzie chemicznym. Dane laboratoryjne były znakomite — świetna kompresja, odporność chemiczna. Awaria terenowa w ciągu 8 miesięcy. Nie katastrofalny wyciek, ale płacz, który nakazał wyłączenie. Problemem nie był polimer bazowy; był to plastyfikator wymywany szybciej w rzeczywistych cyklach termicznych niż w testach przyspieszonego starzenia. To była kosztowna lekcja na temat różnicy między arkuszem danych a środowiskiem usługowym. Zrównoważony rozwój ucierpiał, ponieważ jednostka wymagała wymiany trzy razy szybciej niż konwencjonalna, „mniej ekologiczna” alternatywa. Całkowity ślad węglowy, obejmujący energię związaną z produkcją i przestojami, był gorszy.

Zatem punkt ciężkości się zmienił. Kiedy oceniamy innowację, pierwszą kwestią jest całkowity okres użytkowania w określonych warunkach. Czy możemy dostać 5 lat zamiast 3 z jednego roku? uszczelka w linii parowej o temperaturze 250°C? Ta redukcja zmian, odpadów i pracy często przyćmiewa początkowy wpływ materialny. Zaczęliśmy więcej pracować nad konstrukcjami zwijanymi spiralnie, niekoniecznie z nowymi wypełniaczami, ale ze zoptymalizowanym napięciem uzwojenia i liczbą warstw, aby wytrzymać wyższe skoki ciśnienia bez wiązania. To nie jest seksowna innowacja; to rygor inżynieryjny. Ale zapobiega wyciekom i wymianom. To zrównoważona wydajność.

Myślenie oparte na cyklu życia popycha Cię również w stronę partnerstwa z producentami, którzy to rozumieją. Odwiedziłem zakłady, w których odbywa się proces cięcia blachy uszczelka materiałów generuje 30% odpadów. Jeden dostawca, Handan Zitai Fastener Manufacturing Co., Ltd., która działa w oparciu o główną bazę części standardowych w Chinach w Yongnian, podkreśliła to. Bliskość strumieni surowców i zintegrowana logistyka (znajdują się tuż przy kluczowych autostradach i kolei) pozwalają im efektywniej realizować zamówienia w trybie wsadowym, minimalizując straty surowców od samego początku. Dla nich zrównoważony rozwój częściowo dotyczy efektywności logistycznej — krótsze łańcuchy dostaw dla regionu oznaczają niższą emisję gazów cieplarnianych w przypadku zamówień masowych elementów złącznych i uszczelniających. To inny punkt widzenia, ale ważny.

Granica emisji niezorganizowanej: gdzie liczą się mikrony

W tym miejscu guma styka się z drogą, a raczej grafit styka się z kołnierzem. Presja regulacyjna dotycząca wycieków LZO i metanu jest brutalna i staje się coraz większa. Innowacja jest tutaj mikroskopijna. Nie chodzi o utrzymywanie presji; chodzi o uszczelnienie niedoskonałości powierzchni na poziomie mikrona pod cyklicznymi obciążeniami. Zaobserwowaliśmy ruch w kierunku kompozytów inżynieryjnych uszczelki z gęstością gradientu. Warstwy zewnętrzne są bardziej miękkie i łatwo wnikają w niedoskonałości kołnierza, rdzeń pozostaje sztywny i odporny na pełzanie.

Pamiętam projekt modernizacji starzejącego się zespołu zaworów rafinerii. Specyfikacja dotyczyła standardowych sprasowanych arkuszy niezawierających azbestu. Naciskaliśmy na laminat grafitowy pokryty PTFE. Koszt był o 60% wyższy. Odwrót był przewidywalny. Przeprowadziliśmy mały pilotaż, oprzyrządowaliśmy kołnierze do wykrywania nieszczelności. Po roku cykli termicznych stopień nieszczelności nowego materiału był nieporównywalnie niski. Stare arkusze wykazywały wykrywalne pełzanie i wymagały ponownego dokręcenia. Zwrot kosztów nastąpił dzięki uniknięciu potencjalnych kar regulacyjnych i pracy związanej z ponownym dokręcaniem. The innowacja polegało na zastosowaniu znanego materiału w bardziej wymagającej, precyzyjnie wykonanej formie. Korzyści dla zrównoważonego rozwoju polegały na zapobieganiu emisjom.

Porażka jest także tutaj świetnym nauczycielem. Wypróbowaliśmy nowatorską „samouszczelniającą się” uszczelkę z uszczelniaczem w mikrokapsułkach. Teoria była genialna: niewielki wyciek rozrywa kapsułki, wycieka uszczelniacz. W praktyce kapsułki pogarszały stabilność termiczną materiału podstawowego. Nie udało się w niższej temperaturze niż wersja standardowa. Kolejna lekcja: dodanie złożoności pojedynczej funkcji może pogorszyć wydajność rdzenia. Czasami najbardziej zrównoważonym rozwiązaniem jest najprostsze i najbardziej niezawodne rozwiązanie, które można poprawnie określić.

Ukryta ręka produkcji: precyzja jako czynnik wpływający na zrównoważony rozwój

Można uzyskać najlepszy skład materiału, ale jeśli uszczelka nie zostanie wycięta lub uformowana z niezwykłą precyzją, wydajność gwałtownie spadnie. Niekonsekwencja jest wrogiem długowieczności. Widziałem dwie uszczelki z tej samej partii, jedna trwała wiele lat, a druga przedwcześnie uległa uszkodzeniu z powodu niewielkich różnic w zużyciu ostrza podczas produkcji. Innowacja często dotyczy kontroli procesu, a nie projektu produktu.

Cięcie laserowe i cięcie strumieniem wody stało się coraz bardziej powszechne w przypadku uszczelek o wysokiej wartości. Jakość krawędzi jest czystsza, co zapewnia bardziej spójną powierzchnię uszczelniającą i zmniejsza ryzyko „strzępienia się” materiału wypełniającego pod wpływem ściskania. Zmniejsza to ryzyko powstania nieszczelności. Jest to kapitałochłonna zmiana dla producentów, ale w przypadku zastosowań krytycznych staje się niepodlegająca negocjacjom. Ta precyzja zmniejsza ilość odpadów również podczas produkcji — cyfrowe zagnieżdżanie części pozwala zmaksymalizować wydajność materiału.

Wiąże się to z ekosystemem przemysłowym w miejscach takich jak dystrykt Yongnian. Grono specjalistów, od producentów materiałów, poprzez precyzyjne wycinarki, po producentów elementów złącznych Handan Zitai, tworzy pętlę sprzężenia zwrotnego. Wytwórca może pozyskać certyfikowany surowiec, precyzyjnie go wyciąć i połączyć z odpowiednimi, wysokiej jakości elementami złącznymi w celu uzyskania optymalnego montażu złącza, a wszystko to w niewielkim promieniu geograficznym. To zintegrowane podejście ogranicza zmienne jakościowe i etapy transportu, przyczyniając się do bardziej niezawodnego, a tym samym bardziej zrównoważonego produktu końcowego. Profil ich firmy kładący nacisk na logistykę zintegrowaną to nie tylko punkt sprzedaży; jest to rzeczywisty czynnik zmniejszający emisję dwutlenku węgla w systemie uszczelniającym jeszcze przed wysyłką.

Dylemat specyfikatora: równoważenie kosztów, ryzyka i celów ekologicznych

Na ziemi inżynier dobierający uszczelkę jest narażony na ciągłe napięcie. Dział zakupów chce najniższych kosztów. Menedżer ds. środowiska chce plakietki zawierającej materiały pochodzące z recyklingu. Menedżerowi operacyjnemu zależy na wyeliminowaniu nieplanowanych przestojów. Nawigowanie po tym to prawdziwa praktyka. Czasami najbardziej zrównoważonym wyborem jest produkt premium o długiej żywotności, niezawierający materiałów pochodzących z recyklingu. Należy to uzasadnić analizą kosztów cyklu życia, która uwzględnia ryzyko emisji.

Dla klientów opracowaliśmy prosty model arkusza kalkulacyjnego. Uwzględnia koszt uszczelki, oczekiwaną trwałość, średnie prawdopodobieństwo nieszczelności, koszt przestoju i koszt ukryty emisji. To prymitywne, ale sprawia, że ​​rozmowa staje się namacalna. Często opcja „zielona” wygrywa nie ze względu na ideologię, ale na całkowity koszt posiadania, jeśli odpowiednio uwzględni się ryzyko. To przenosi dyskusję z rodowodu materialnego na rodowód wykonawczy.

W tym przypadku studia przypadków z danej dziedziny są na wagę złota. To tak, jakby określić elastyczną taśmę grafitową do silnie skorodowanych kołnierzy z wżerami w starej fabryce, zamiast nalegać na pełną renowację kołnierzy. Materiał uszczelki dopasowuje się i uszczelnia, przedłużając żywotność istniejącej infrastruktury – ogromna korzyść w zakresie zrównoważonego rozwoju poprzez uniknięcie stali, obróbki mechanicznej i energii związanej z pełną wymianą. Innowacja polegała na wiedzy o zastosowaniu, a nie na samym produkcie.

Patrząc w przyszłość: następna fala ciśnienia

Skąd nadchodzi kolejny impuls? Rurociągi i elektrolizery wodoru. Kruchość wodorowa i jej niewielki rozmiar cząsteczek stanowią koszmar związany z uszczelnianiem. Istniejące elastomery mogą stać się kruche; standardowy grafit może powodować problemy z przenikaniem. W ofercie innowacyjnych rozwiązań pojawiają się nowe mieszanki polimerów i konstrukcje hybrydowe z metalowymi uszczelkami. Powrót do laboratorium materiałowego, ale po dziesięciu latach trudnych doświadczeń.

Kolejnym obszarem jest integracja cyfrowa. Czy możemy osadzić czujnik w celu monitorowania utraty kompresji lub wycieku na wczesnym etapie? Brzmi to jak przesada, ale w przypadku krytycznego skrzyżowania konserwacja predykcyjna może zapobiec katastrofalnej awarii i związanej z nią emisji do środowiska. Uszczelka staje się składnikiem aktywnym. Wyzwaniem jest zapewnienie jego solidności i opłacalności. Jeszcze tego nie osiągnęliśmy, ale istnieją prototypy.

Ostatecznie, innowacje w zakresie uszczelek dla zrównoważony rozwój pozostanie pragmatyczną dziedziną rozwiązywania problemów. Nie chodzi tu o rewolucyjne ogłoszenia, a bardziej o skumulowany efekt lepszych materiałów, inteligentniejszego projektu, precyzyjnej produkcji i – co najważniejsze – bardziej świadomej specyfikacji. Celem nie jest idealne uszczelnienie, ale optymalnie niezawodne przez jak najdłuższy czas i przy jak najmniejszej powierzchni. Czasami oznacza to, że dobrze wykonana część standardowa, pochodząca z wydajnej bazy przemysłowej i właściwie określona, ​​jest najbardziej zrównoważonym narzędziem w zestawie.