Co je nekovové těsnění?

A nekovové těsnění je těsnicí komponenta vyrobená výhradně z nekovových materiálů – jako je PTFE, pryž, grafit, stlačená vlákna, korek nebo slída – navržená tak, aby vytvořila tlakotěsný a tekutinám odolný spoj mezi dvěma dosedajícími povrchy. Na rozdíl od kovových těsnění spoléhají nekovové varianty k dosažení účinného utěsnění spíše na stlačitelnost a chemickou odolnost než na strukturální tuhost. Jsou široce používány v průmyslu ropy, chemického zpracování, výroby energie, stavby lodí a strojírenství kvůli jejich všestrannosti, snadné instalaci a odolnosti vůči široké škále chemikálií a teplot.

Globální trh s průmyslovými těsněními byl oceněn na přibližně 12,4 miliardy USD v roce 2023 a předpokládá se, že do roku 2030 bude stabilně růst, poháněný rozšiřující se infrastrukturou chemických závodů a zpřísňujícími se předpisy pro ochranu životního prostředí. Nekovová těsnění představují významný podíl na tomto trhu, zejména v aplikacích, kde je prioritou odolnost proti korozi, elektrická izolace nebo tepelná stabilita. Porozumění materiálovým možnostem a jejich příslušným výkonnostním obálkám je zásadní pro inženýry, nákupní týmy a odborníky na údržbu při rozhodování o těsnění.

Jak fungují nekovová těsnění: Princip těsnění

A těsnění těsnění funguje tak, že vyplňuje mikroskopické povrchové nedokonalosti mezi dvěma přírubami, potrubními spoji nebo mechanickými plochami. Když jsou šrouby utaženy, těsnění se deformuje tlakovým zatížením a odpovídá topografii povrchu obou protilehlých ploch. Tato přizpůsobivost je definující výhodou nekovových materiálů – poddajnost při nižším zatížení šroubů než kovy, díky čemuž jsou vhodné pro nízkotlaké příruby, plastové potrubní systémy a kryty citlivých zařízení.

Účinnost těsnění závisí na třech vzájemně souvisejících faktorech: namáhání těsnění (tlakové zatížení na jednotku plochy), stres při sezení (minimální napětí potřebné k dosažení počátečního utěsnění) a provozní stres (napětí udržované pod tlakem a teplotou během provozu). Nekovové materiály obvykle vyžadují nižší hodnoty napětí v sedle – často v rozmezí 1 500 až 5 000 psi — ve srovnání s kovovým pláštěm nebo pevnými kovovými těsněními, která mohou vyžadovat 10 000 psi nebo více.

Tento požadavek na nižší zatížení šroubů činí nekovová těsnění zvláště vhodná pro reaktory vyložené sklem, příruby z tvárné litiny a potrubí ze skelných vláken, kde by nadměrný krouticí moment šroubu poškodil čelo příruby. Jejich stlačitelná povaha se také přizpůsobuje změnám povrchové úpravy přírub, což snižuje požadavky na přesné obrábění ve srovnání s kovovými těsněními s kroužkovým spojem nebo čočkovým kroužkem.

Obrázek 1: Nekovová těsnění vyžadují výrazně nižší napětí v sedle než kovové alternativy, díky čemuž jsou vhodná pro aplikace s nižším zatížením šroubů a citlivé materiály přírub. Polokovová těsnění překlenují mezeru, zatímco pevná kovová těsnění vyžadují k dosažení utěsnění nejvyšší tlakovou sílu. Tento rozdíl v napětí v sedle přímo ovlivňuje konstrukci příruby, specifikaci šroubu a riziko deformace příruby pod kroutícím momentem. Pro inženýry pracující s přírubami ASME třídy 150 nebo třídy 300 jsou nekovová těsnění často nejpraktičtější a cenově nejefektivnější volbou.

Typy nekovových těsnících materiálů a jejich aplikace

Nekovová těsnění nejsou jediným produktem – zahrnují různorodou skupinu materiálů, z nichž každý je navržen pro specifické podmínky prostředí. Výběr správného materiál těsnění je nejkritičtějším rozhodnutím v jakékoli aplikaci těsnění. Níže je popsáno šest primárních typů používaných v průmyslovém prostředí.

Stlačená bezazbestová těsnění

The bezazbestové těsnění nahradila plošná těsnění na bázi azbestu po celosvětovém zákazu používání azbestu v průmyslových výrobcích v 80. až 90. letech 20. století. Moderní lisovaná bezazbestová těsnění jsou vyráběna ze směsi syntetických vláken (aramid, sklo, uhlík), kaučukových pojiv a minerálních plniv, lisovaných do jednotného plošného tvaru. Nabízejí odolnost vůči provozní teplotě až 400 °C a jsou vhodné pro páru, vodu, olej a slabé chemické provozy. Typické těsnící plech lze vysekat do jakékoli geometrie příruby, díky čemuž je vysoce flexibilní pro zakázkové aplikace.

PTFE těsnění

Polytetrafluorethylen (PTFE) je jedním z chemicky nejvíce inertních materiálů dostupných v průmyslu. A PTFE těsnění odolává prakticky všem kyselinám, zásadám, rozpouštědlům a oxidačním činidlům v rozmezí pH 0 až 14. Provozní teploty se obvykle pohybují v rozmezí -200 °C až 260 °C a směsi expandovaného PTFE poskytují další stlačitelnost pro nepravidelné povrchy přírub. Výhodný je PTFE chemicky odolné těsnění materiál ve farmaceutickém, potravinářském a agresivním chemickém prostředí, kde by riziko kontaminace nebo degradace materiálu bylo nepřijatelné.

Grafitová těsnění

Flexibilní grafit — také nazývaný expandovaný grafit — je a vysokoteplotní těsnění materiál schopný nepřetržité služby až 450 °C v oxidační atmosféře a až 3 000 °C v inertním nebo redukčním prostředí . Grafitová těsnění jsou samomazná, nabízejí vynikající regenerační vlastnosti při tepelném cyklování a zachovávají integritu těsnění při velkých teplotních výkyvech. Jsou standardní v parních turbínách, výměnících tepla, kotlích a vysokoteplotních chemických reaktorech. Jejich hlavním omezením je náchylnost k silným oxidujícím kyselinám.

Gumová těsnění

The gumové těsnění patří mezi celosvětově nejpoužívanější těsnicí komponenty, které nabízejí vynikající stlačitelnost, elasticitu a hospodárnost. Mezi běžné elastomery patří NBR (nitril, pro odolnost vůči olejům), EPDM (pro vystavení vodě, páře a venkovnímu prostředí), neopren (pro střední odolnost vůči chemikáliím a povětrnostním vlivům) a FKM/Viton (pro agresivní chemikálie a zvýšené teploty až do 200 °C). Gumová těsnění se obvykle používají při úpravě vody, HVAC, potrubních rozvodech pro potraviny a nápoje a obecných průmyslových vodovodních systémech.

Korkové těsnění

Korková těsnění – obvykle vyráběná jako kompozit korku a pryže – nabízejí jedinečnou kombinaci stlačitelnosti, pružnosti a odolnosti vůči oleji. Jsou zvláště účinné v těsnění víka převodovky, těsnění olejové vany a nízkotlakých pneumatických armaturách. Přirozená buněčná struktura korku poskytuje přirozené tlumení vibrací, což z něj činí praktickou volbu tam, kde je požadováno také mechanické snížení hluku. Teplotní tolerance se obecně pohybuje od -40 °C až 120 °C .

Slídové těsnění

Těsnění na bázi slídy jsou specializovaná vysokoteplotní těsnění produkty navržené pro extrémní tepelné aplikace. Slída nabízí kromě tepelné odolnosti vynikající elektrickou izolaci 800 °C a více . Používají se ve spojích výfukového potrubí, dvířkách pece, těsnění pecí a elektrických izolačních přírubách, kde jsou současně požadovány tepelné i elektrické bariérové ​​vlastnosti. Slídová těsnění jsou výrazně specializovanější a jsou specifikována, když standardní vláknité nebo grafitové materiály dosáhly svých výkonnostních limitů.

Obrázek 2: Maximální trvalá provozní teplota se u nekovových materiálů těsnění dramaticky liší. Slída vede s teplotou 800 °C nebo vyšší, takže je nepostradatelná v extrémních tepelných aplikacích, jako jsou průmyslové pece a výfukové systémy. Grafitové a lisované neazbestové materiály pokrývají středně vysoké rozmezí (400–450 °C), které zahrnuje většinu petrochemických a parních aplikací. PTFE a kaučukové směsi jsou vhodné pro nižší teplotní rozsah, ale kompenzují to vynikajícími chemickými a elastickými vlastnostmi. Výběr podle teplotní obálky je prvním a nejkritičtějším krokem ve specifikaci materiálu těsnění.

Normy těsnění přírub a rozměry

A těsnění příruby musí přesně odpovídat kružnici šroubu, vnitřnímu vrtání a vnějšímu průměru čel protilehlých přírub. Tyto rozměry se řídí mezinárodními normami, aby byla zajištěna zaměnitelnost a spolehlivost těsnění. Nejčastěji zmiňované normy pro nekovová přírubová těsnění zahrnují ASME B16.21 (Severní Amerika), EN 1514-1 (Evropa) a JIS B2403 (Japonsko). Pochopení toho, která norma platí pro daný potrubní systém, je nezbytné před nákupem nebo výrobou.

Přírubová těsnění pro příruby se zvýšeným čelem (RF) jsou obvykle řezány o něco menší, než je vnější průměr příruby, aby se předešlo přesahu, zatímco celoplošné (FF) těsnění se rozprostírá k vnějším otvorům pro šrouby, aby rozložilo zatížení šroubu po celé ploše. U přírub s perem a drážkou (T&G) nebo prstencového spoje (RTJ) se geometrie těsnění výrazně mění a nekovové materiály – zejména PTFE a grafitový plech – jsou obráběny nebo vysekávány tak, aby přesně odpovídaly profilu drážky.

Tloušťka těsnění je další kritická proměnná. Rozsah standardních lisovaných plošných těsnění od 0,5 mm až 6 mm tloušťky, přičemž tenčí plechy poskytují nižší relaxaci při tečení a lepší výkon při vysokém tlaku, zatímco tlustší plechy vyrovnávají nepravidelnosti čela přírub. U většiny přírub ASME se zvýšeným čelem je praktickým standardem tloušťka 1,5 mm nebo 3 mm.

Obrázek 3: Radarový graf porovnává grafitová, PTFE a pryžová těsnění v pěti kritických výkonnostních dimenzích. Grafit vyniká tepelnou odolností a dlouhou životností při tepelném cyklování, což z něj činí dominantní volbu ve vysokoteplotním zpracovatelském průmyslu. PTFE vede v chemické odolnosti – jeho pokrytí celého spektra pH nemá mezi pevnými nekovovými materiály obdoby. Pryžové směsi dosahují nejvyšších výsledků ve stlačitelnosti a nákladové efektivitě, což odráží jejich elastomerní povahu a širokou dostupnost komodit. Žádný materiál nevede napříč všemi rozměry, a proto je přizpůsobení materiálu požadavkům aplikace důležitější než absolutní hodnocení materiálů.

Bezazbestové těsnění: Bezpečná moderní alternativa

Po desetiletí byl azbest dominantním materiálem v průmyslových těsnících deskách díky své výjimečné tepelné odolnosti a pevnosti vláken. Po vědeckém zjištění jeho karcinogenních vlastností však většina zemí mezi 80. a 20. léty 20. století zavedla zákaz používání azbestu ve vyráběných výrobcích. Dnes, bezazbestové těsnění je regulační standard ve všech hlavních ekonomikách, včetně Evropské unie (nařízení EU 1907/2006), Spojených států, Japonska, Austrálie a Jižní Koreje.

Moderní komprimovaný bezazbestové těsnění desky jsou navrženy tak, aby odpovídaly nebo převyšovaly výkonnost starších azbestových materiálů. Klíčem je kombinace vysoce výkonných syntetických vláken – nejčastěji aramidových (kevlarového), skleněných nebo uhlíkových vláken – s elastomerním pojivem (typicky pryž NBR nebo SBR) a minerálními plnivy, které zlepšují tepelnou stabilitu. Výsledný listový materiál je lisován pod vysokým tlakem, aby se vytvořila homogenní, konzistentní struktura.

Ve srovnání s předchůdci na bázi azbestu vykazují moderní bezazbestové desky srovnatelný těsnicí výkon při teplotách páry až 380°C a tlaky do 100 barů , s vynikající rozměrovou stabilitou a bez ohrožení zdraví nebo životního prostředí při manipulaci, instalaci nebo likvidaci. Pro aplikace, které se dříve spoléhaly na azbestově modrý nebo bílý plech, jsou bezazbestová těsnění na bázi aramidu přímou náhradou bez nutnosti technických úprav.

Obrázek 4: Globální přechod od azbestu k neazbestovým těsnicím materiálům byl řízen řadou národních a nadnárodních regulačních opatření trvajících zhruba 30 let. Německo vedlo s brzkým celostátním zákazem v roce 1991, po němž následoval zákaz v celé EU v roce 1999. Asijské trhy včetně Japonska a Jižní Koreje následovaly na počátku 21. století. Do roku 2010 se bezazbestové těsnění stalo univerzálním průmyslovým standardem, podporovaným pokroky v technologii aramidových vláken a syntetických pojiv, které se vyrovnaly nebo překonaly těsnicí výkon starších azbestových materiálů. Pro nákupní týmy je dnes specifikace bezazbestové shody základním regulačním požadavkem prakticky na každém hlavním trhu.

Chemická odolnost PTFE těsnění: Bližší pohled

Mezi všemi chemicky odolné těsnění materiály, PTFE (polytetrafluorethylen) stojí stranou. Jeho vazba uhlík-fluor je jednou z nejsilnějších v organické chemii a propůjčuje odolnost téměř všem známým průmyslovým chemikáliím. Výjimky jsou omezeny na roztavené alkalické kovy (sodík, draslík), elementární fluor při zvýšených teplotách a specifické chlorované sloučeniny za extrémních podmínek.

V praxi a PTFE těsnění je určen pro: koncentrovanou kyselinu sírovou, kyselinu fluorovodíkovou, kyselinu dusičnou, kyselinu fosforečnou, roztoky hydroxidu sodného, chlorovaná rozpouštědla a širokou škálu farmaceutických meziproduktů a chemikálií přicházejících do styku s potravinami. Je výchozí těsnění těsnění materiál ve farmaceutickém prostředí GMP, protože je fyziologicky inertní, nekontaminující a snadno se čistí.

Hlavním omezením PTFE v těsnicích aplikacích je studený tok – při trvalém tlakovém zatížení se může nový PTFE pomalu plazit a uvolňovat, čímž se časem snižuje namáhání těsnění. To je řešeno dvěma inženýrskými přístupy: pomocí modifikovaný nebo expandovaný PTFE formulace, které zahrnují dvouosou expanzi pro zlepšení odolnosti proti tečení, nebo specifikující PTFE-plášťová těsnění, kde tenká PTFE deska obaluje strukturálně tužší materiál jádra. Oba přístupy jsou široce dostupné v průmyslu výrobci těsnění .

Obrázek 5: Těsnění PTFE dosahují téměř dokonalé odolnosti vůči většině průmyslových chemických skupin, včetně silných kyselin, silných zásad a organických rozpouštědel. Tato široká kompatibilita dělá z PTFE výchozí volbu v chemickém zpracování, farmaceutické výrobě a potravinářském potrubí, kde je současně vyžadována odolnost vůči více typům chemikálií. Jedinou významnou výjimkou jsou roztavené alkalické kovy, které představují specializovanou vysokoenergetickou aplikaci zcela mimo rámec standardního těsnění kapalin. Široká kompatibilita PTFE také snižuje potřebu vícenásobných SKU těsnění, což zjednodušuje správu zásob pro inženýry zásobování, kteří řídí výrobní linky pro více chemických procesů.

Zakázková výroba těsnění: Od plechu těsnění až po hotový výrobek

Standardní katalogová těsnění pokrývají nejběžnější velikosti a jmenovité hodnoty přírub. Mnoho průmyslových aplikací však vyžaduje těsnění na míru řešení — nestandardní velikosti, neobvyklé geometrie, vícevrstvé konstrukce nebo specializované složení směsí. Schopný výrobce těsnění poskytuje konstrukční podporu spolu s výrobní schopností k překlenutí mezery mezi standardními produkty a požadavky specifických aplikací.

Typický pracovní postup výroby těsnění na zakázku začíná rozměrovou specifikací – buď technickým výkresem, fyzickým vzorkem pro reverzní inženýrství, nebo formou příruby. Od a těsnící plech z příslušného materiálu se těsnění vyrábí jedním ze tří způsobů řezání: řezáním vodním paprskem (pro složité profily a tlusté profily), vysekáváním (pro velkoobjemové standardní tvary) nebo CNC frézováním (pro prototypové a maloobjemové přesné díly). Tolerance ±0,1 mm na vnitřním a vnějším průměru jsou dosažitelné s moderním řezacím zařízením.

Pro společnosti, které vyžadují patentovaná těsnící řešení, se vyrábí zakázková těsnění soukromých značek podle složení specifikovaných zákazníkem s plnou sledovatelností materiálu a balíčky certifikace kvality. Tato služba je ceněna zejména v odvětvích ropy a zemního plynu, energetiky a stavby lodí, kde je pro akceptaci projektu vyžadována certifikace materiálů třetí stranou (PED, ASME, API).

Obrázek 6: Pracovní postup výroby těsnění na zakázku se pohybuje od rozměrové specifikace přes výběr materiálu, přesné řezání, kontrolu kvality a konečnou dodávku s certifikační dokumentací. Každý krok je kritický – chyby ve specifikaci rozměrů nebo výběru materiálu na předním konci se přímo promítají do poruch netěsností v terénu. U aplikací s vysokými sázkami (API 6A, tlakové nádoby ASME) krok kontroly kvality a certifikace obvykle zahrnuje ověření materiálového složení a rozměrové shody třetí stranou. Výrobce s certifikací ISO9001:2015 a API 6A může poskytnout dokumentaci požadovanou pro přijetí projektu v regulovaných odvětvích.

Poptávka průmyslového sektoru po nekovových těsněních

Nekovová těsnění se spotřebovávají prakticky v každém zpracovatelském průmyslu, ale poptávka se koncentruje v odvětvích s vysokou infrastrukturou pro manipulaci s kapalinami. Pochopení toho, která průmyslová odvětví pohánějí největší objemy poptávky, pomáhá distributorům, dodavatelům EPC a plánovačům údržby upřednostňovat sortiment výrobků a vztahy s dodavateli.

Obrázek 7: Petrochemické závody a rafinerie jsou dominantními spotřebiteli průmyslových nekovových těsnění, na které připadá odhadem 45 % celkové poptávky v tomto sektoru kvůli pouhé hustotě přírubových potrubí a systémů výměníků tepla v rafinérských provozech. Chemické zpracování představuje přibližně 22 %, poháněné agresivními servisními médii vyžadujícími PTFE a neazbestové materiály. Výroba energie (14 %) využívá ve velké míře grafit a vysokoteplotní plechy v přírubových spojích kotlů a turbín. Stavba lodí a strojírenská výroba představují rovnováhu poptávky, přičemž těsnění na bázi pryže a korku slouží pro aplikace s nižším tlakem a teplotou, které jsou pro tato odvětví typické. Tato distribuce informuje o prioritách sortimentu pro dodavatele a distributory obsluhující tyto trhy.

Výběr správného průmyslového těsnění: praktický rámec

Určení práva průmyslové těsnění vyžaduje systematický přístup. Následující rámec pokrývá klíčové parametry, které by měly být definovány před výběrem materiálu nebo zdroje z a výrobce těsnění :

1. Definujte servisní médium: Určete, zda je procesní tekutinou plyn, kapalina, pára nebo suspenze. Všimněte si pH, koncentrace a přítomnosti oxidačních činidel nebo částic. Tento krok sám o sobě eliminuje nebo potvrzuje PTFE, pryž nebo grafit jako kandidáty.
2. Stanovte teplotní limity: Identifikujte maximální nepřetržitou provozní teplotu a jakékoli teplotní cyklické odchylky. Ověřte, zda aplikace zahrnuje trvalé tepelné nebo krátkodobé špičky – oba scénáře mohou vyžadovat různé materiálové strategie.
3. Určete provozní tlak: Křížový odkaz na třídu přírub ASME nebo EN s požadovaným namáháním těsnění. Zajistěte, aby si vybraný materiál po tepelných a tlakových cyklech zachoval přiměřené zbytkové napětí.
4. Vyhodnoťte stav čela příruby: Poškozené nebo nepravidelné čelo příruby vyžaduje více stlačitelné těsnění, aby se dosáhlo těsnosti. Vysoce nepravidelné povrchy upřednostňují expandovaný PTFE nebo měkkou pryž; hladké opracované plochy mohou používat tvrdší grafit nebo lisovaný neazbestový plech.
5. Zkontrolujte regulační a certifikační požadavky: Aplikace v potravinářském, farmaceutickém nebo regulovaném průmyslu mohou vyžadovat certifikaci konkrétních materiálů (FDA, USP Třída VI, WRAS). Vysokotlaké olejové a plynové systémy mohou vyžadovat dokumentaci shody s API 6A nebo PED od dodavatele těsnění.
6. Zvažte údržbu a opětovné použití: Nekovová těsnění jsou obvykle na jedno použití. Počítejte s intervaly výměny a vybírejte materiály, které umožňují snadné odstranění bez poškození čela příruby. PTFE a měkký grafit se obecně snáze odstraňují než lepené materiály nebo materiály s lepidlem.

O společnosti Ningbo Rilson Sealing Material Co., Ltd.

Společnost Ningbo Rilson Sealing Material Co., Ltd., založená v roce 2007 a se sídlem v Ningbo v provincii Zhejiang, je profesionální nekovové těsnění výrobce a dodavatel s a 20 000 metrů čtverečních výrobní zařízení věnované řešení systémů těsnění kapalin. S více než 15 lety zkušeností v oboru Rilson vyvinul hluboké odborné znalosti v oblasti návrhu a výroby těsnění a materiálů pro ropný, chemický, energetický, lodní a strojní průmysl.

Náš primární sortiment zahrnuje spirálově vinutá těsnění, kroužková těsnění, kammprofilová těsnění, vlnitá kovová těsnění, těsnění izolační sady a bezazbestové těsnění . Jako specialista na průmyslové těsnění v plném rozsahu provozujeme několik výrobních linek podporujících jak standardní katalogové produkty, tak i těsnění na míru inženýrství pro specifické požadavky projektu.

Rilson drží Certifikace systému managementu kvality ISO9001:2015 a Certifikát API 6A , což odráží náš závazek k konzistentnosti výrobního procesu a souladu s mezinárodními standardy ropného a plynárenského průmyslu. Našim produktům důvěřují klienti na různých kontinentech a jejich zákaznická základna je postavena na konzistentní kvalitě, přesných dodávkách a pohotové technické podpoře.

Vedeni zásadami integrity, preciznosti, inovace a vzájemného úspěchu se snažíme být preferovanou značkou ve světě průmyslové těsnění trhu. Vítáme dotazy na standardní produkty, zakázkové inženýrské projekty a dlouhodobá dodavatelská partnerství od distributorů, dodavatelů EPC a koncových uživatelů po celém světě.

Často kladené otázky