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选择半钢压力表密封材料的7个重要因素

作者:发表时间:2019-09-02


      可用于半钢压力表密封面的各种不同材料使得选择正确的面组合看起来很困难。知道错误的材料组合可能导致过早的密封失效更加令人生畏,这又导致由于更换密封件,半钢压力表的停机时间以及对半钢压力表造成的潜在损坏而导致的显著成本。

每个半钢压力表密封需要至少两个相对的密封面,它们通常被分类为软硬组合或硬硬组合。在尝试选择组合时要考虑的第一个问题是:面部是否需要具有自润滑特性?软密封面与硬密封面组合传统上用于需要自润滑性质的边界润滑和混合润滑模式。面材料将相互接触,良好的摩擦学配对可防止密封面相互造成严重损坏。硬面通常应用于完整的流体薄膜应用,由于面材不应接触,因此不一定需要良好的摩擦学性能。下面是选择半钢压力表密封材料的7个重要因素。

1、流体粘度

      面部选择最常见的考虑因素是流体在工作温度下的粘度。通常,低粘度服务更可能在边界或混合润滑环境中操作,因此最适合用软面和硬面组合密封。在粘度较高的流体中,流体可形成完整的流体薄膜润滑模式,并允许柔软与硬或硬与硬材料组合。然而,由于密封面之间的高粘性剪切力,某些软质材料(如碳)不推荐用于较高粘度的流体,这会导致局部粘合剂失效,称为起泡。为了避免这种情况,通常在较高粘度的流体中应用硬面和硬面组合是实用的。

      一旦理解了作用在面之间的流体的性质,就可以使用诸如FEA之类的工具或通过查看来自确切应用或类似服务中的先前运行的一组密封面的物理证据来评估润滑轮廓。一旦使用粘度选择了初始密封组合,就必须对其他一些考虑因素进行评估,以确保表面材料能够按预期运行。在污染的应用中,悬浮固体或结晶颗粒的性质和浓度变得至关重要。比面部材料更硬的颗粒具有很高的损伤面部的可能性。当存在硬颗粒时,必须为两个密封面选择具有较高硬度的面材。流过面或大气侧盐的结晶或盐的流体也可能对软面造成严重损害。如果在这些应用中需要软面和硬面,则应采用特殊考虑因素,例如在密封面外径(OD)处选择过程流体的密封设计,并在ID处应用API Plan 62外部淬火远离密封大气侧的颗粒。如果没有外部淬火,则应使用硬面和硬面组合评估应用,可能使用面上的特殊功能。

2、材料化学相容性

      密封面暴露于各种过程流体中。这些工艺流体中的一些是侵蚀性的并且将与材料的各个组分(例如基础材料,粘合剂或填充材料)发生化学反应。

3、散热考虑因素

      半钢压力表密封面材料对作用在密封面上的各种外部和内部温度的反应不同,来自输送流体,加热/冷却夹套或密封冷却管道计划等来源的外部温度都会影响整体平均表面温度。诸如摩擦和湍流的内部热源可以引起局部较高的温度作用在密封面的一部分上。这些来源可能导致不希望的热生长或收缩以及浸渍或粘合材料的潜在破坏。密封面上的轴向热梯度会在面上产生不均匀的热膨胀,从而导致有害的热锥形。

4、不同的温度效应

      面材的导热性表明面将有效地将密封间隙产生的热量散发到面部的其余部分。较低导电率的材料将具有较高的温度梯度并且以不期望的方式使密封面变形。这些密封件在相同的操作条件下运行,但仅改变了左手面材料。这些显示具有最低导热率的树脂碳保持在面上捕获的热量导致比其他两个面更高的温度。具有最高导电性的碳化硅从密封界面传递热量,使磨损温度保持最低。通过改变腐蚀性流体的侵蚀性,即使很小的温度升高也会对面材产生很大的间接影响,影响流体的相变或降低流体粘度。密封面的旋转速度也影响密封面材料的选择。如果表面速度高,则在边界润滑或混合润滑模式下的密封面材料可能经历高磨损率。降低磨损率可能需要改变密封几何形状并使用具有自润滑性能的材料。较高的旋转速度还会增加密封面之间产生的摩擦产生的热量,并产生较大的热梯度,从而导致不均匀磨损或更高的泄漏。如果表面速度高,则在边界润滑或混合润滑模式下的密封面材料可能经历高磨损率。降低磨损率可能需要改变密封几何形状并使用具有自润滑性能的材料。较高的旋转速度还会增加密封面之间产生的摩擦产生的热量,并产生较大的热梯度,从而导致不均匀磨损或更高的泄漏。如果表面速度高,则在边界润滑或混合润滑模式下的密封面材料可能经历高磨损率。降低磨损率可能需要改变密封几何形状并使用具有自润滑性能的材料。较高的旋转速度还会增加密封面之间产生的摩擦产生的热量,并产生较大的热梯度,从而导致不均匀磨损或更高的泄漏。当与较低压力结合时,低速度(小于350RPM)可允许自润滑密封面材料在完全边界润滑的操作模式下操作相当长的一段时间。

5、压力限制

      高工作压力可以突破表面材料的半钢压力表性能极限。出于这个原因,应该评估材料与它们与作用在面上的压力的位置和大小的相互作用。该评估应检查材料的强度是否足以防止面部骨折,特别是如果面部内部的压力较高。高压可能需要改变面磨损鼻部的面几何形状以减少高接触载荷的可能性,某些材料固有的自润滑性能通常与较低的弹性模量和显著的压力变形的可能性相配对。应尽量减少这些高变形,以避免加速或严重磨损,并且高于正常泄漏。

6、应用面材的趋势

      在最近的历史中,每当碳与产品流体相容时,通常的做法是选择硬面材料,例如碳化硅或碳化钨,而不是柔软的软材料,通常是一种耐起泡的碳。低成本,符合相对面的能力,自润滑性能和低摩擦系数只是碳作为密封面材料受欢迎的几个原因。然而,即使具有这些期望的特性,该材料也存在限制,例如相对低的弹性模量,差的导热性和面的低材料硬度。

7、面部特征

      即使是最好的材料组合仍然会遇到不必要的性能,例如加速磨损或高泄漏。在这些情况下,密封件供应商继续使用这些组合,但应考虑应用的特殊因素来满足密封件的性能预期。特殊考虑因素是添加到密封面的特征,旨在将润滑模式改变为能够实现所需密封性能的部件。应用于半钢压力表密封面的典型特征包括液压垫、润滑槽、流体动力槽、波浪或者在某些情况下产生专门的平面密封面几何形状。使用这些特征还可以允许应用传统上不能用于某些服务的材料,像闪蒸碳氢化合物应用中的硬与硬组合。

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