אטם שנכשל יכול לערבב שני זרמי תהליך, לכבות קו וליצור סכנה בטיחותית. כאשר הנוזל הוא מתילן כלוריד או פרכלורואתילן, אלסטומרים סטנדרטיים כמו ויטון יתנפחו ויכשלו. בחירת חומרי האטם הופכת לפאזל תאימות כימית קריטית. עבור מחליף חום PTFE המטפל בממיסים חמים עם כלור אגרסיביים, האטם חייב לעמוד בפני התקפה כימית, לשמור על אטימה במחזורים תרמיים ולהימנע מזיהום נוזל התהליך. בחירה בחומר הלא נכון עלולה להוביל לדליפות, זמן השבתה ושחרור סביבתי.
אתגר האיטום עם ממיסים עם כלור
ממיסים כלוריים כגון מתילן כלוריד (דיכלורומתאן, DCM), פרכלורואתילן (PCE, טטרכלורואתילן), טריכלורואתילן (TCE) וכלורובנזן נמצאים בשימוש נרחב בהסרת שומנים, ניקוי יבש, סינתזה כימית ועיבוד פרמצבטי. כאשר הם מחוממים במחליף PTFE-בדרך כלל בצד הצינור, עם אמצעי חימום או קירור בצד המעטפת-ממיסים אלו מהווים אתגר איטום ייחודי.
רוב האטמים האלסטומריים (ניטריל, EPDM, ויטון, סיליקון) מותקפים על ידי ממיסים עם כלור. Viton® (FKM) מתנפח באופן משמעותי ומאבד תכונות מכניות. גומי ניטריל (NBR) מתמוסס או מתפרק. אפילו פוליכלורופרן (ניאופרן) אינו מתאים. האלסטומרים היחידים בעלי עמידות שולית (למשל, פרפלואורואלסטומרים כמו Kalrez® או Chemraz®) הם יקרים ביותר ועדיין דורשים אישור בממס ובטמפרטורה הספציפיים. יתר על כן, אלסטומרים יכולים לשטוף חומרים פלסטיים או אוליגומרים-מולקולריים-נמוכים לתוך הממס, ולזהם תזקיק שעשוי לדרוש טוהר גבוה.
לכן, החיפוש אחר אחומר אטם ממס חם עם כלור מחליף PTFEמצביע בהכרח על תמיסות מבוססות פלואורפולימר-או מבוססות גרפיט-שהן אינרטיות כימית ויציבות תרמית.
חומרי אטם למועמדים
1. PTFE מורחב (ePTFE)
פולי-טטרה-פלואורואתילן מורחב (ePTFE) הוא צורה שונה של PTFE המוקצף או מתוח ליצירת מבנה מיקרו-נקבי וגמיש במיוחד. הוא שומר על העמידות הכימית האוניברסלית של PTFE מוצק-תואם לכל הממיסים עם כלור בטמפרטורות של עד כ-260 מעלות (500 מעלות F). עם זאת, מגבלת הטמפרטורה המעשית עבור אטמי ePTFE בשירות רציף היא בדרך כלל 200-230 מעלות, בהתאם לדרגה הספציפית.
יתרונות לממיסים עם כלור:
אינרטי למתילן כלוריד, פרכלורואתילן, TCE וכל שאר הפחמימנים הכלורים.
ללא שטיפה או חומרי מיצוי (PTFE טהור).
התאמה גבוהה - החומר הרך והגמיש ממלא פגמים במשטח האוגן (שריטות, בורות, גליות) טוב יותר מאשר PTFE מוצק.
זחילה נמוכה וזרימה קרה בהשוואה ל-PTFE מוצק, אם כי עדיין משמעותית.
זמין בגיליונות, סרטים ואטמים חתוכים- מראש.
חסרונות:
חוזק מכני מוגבל בהשוואה לאטמי גומי.
דורש עומס בורג גבוה יותר כדי להשיג אטימה (בדרך כלל מתח אטם של 20-30 MPa).
רגיש להרפיית זחילה לאורך זמן; חיוני-מחדש לאחר רכיבה תרמית.
2. גרפיט גמיש עם ציפוי PTFE או למינציה
גרפיט גמיש (נקרא גם גרפיט מורחב) הוא חומר אטם מעולה-בטמפרטורה גבוהה. הוא אינרטי כמעט לכל הכימיקלים, כולל ממיסים עם כלור, עד לטמפרטורות גבוהות מאוד (450 מעלות או יותר). עם זאת, גרפיט טהור יכול להיות נקבובי במקצת ועלול לשפוך חלקיקים עדינים. עבור שירות מחליפי חום שבהם זיהום הוא חשש, ציפוי PTFE או למינציה של PTFE על פני הנוזל המגע- מספקים מחסום לא- ולא- נקבובי.
בנייה אופיינית:
ליבה של גרפיט גמיש (עם או בלי תוספת מתכת לחוזק).
שכבה דקה של סרט PTFE (למשל, 0.05-0.1 מ"מ) מחוברת למשטח הנוגע בממס הכלור.
לחלופין, אטם מעטפת PTFE (הנדון להלן) יכול להשתמש בגרפיט גמיש בתור הליבה.
יתרונות:
עמידות מעולה לטמפרטורה (עד 350 מעלות עבור גרפיט בלבד, 230 מעלות עם ציפוי PTFE).
זחילה נמוכה מאוד - שומר על עומס בריח טוב יותר מ-ePTFE.
עמידות כימית טובה (גרפיט מותקף רק על ידי מחמצנים חזקים כמו חומצה חנקתית מרוכזת או חמצן בטמפרטורות גבוהות; ממיסים עם כלור אינם מחמצנים).
חסרונות:
ציפוי PTFE עשוי להיות דק ועלול להישרט ולחשוף את הגרפיט. מעטפת PTFE מלאה אמינה יותר.
גרפיט יכול להיות שוחק; נדרש טיפול זהיר.
3. אטמי מעטפת PTFE
אטם מעטפת PTFE מורכב מליבת מילוי דחיסה (כגון יריעת מתכת מחוררת, יריעת סיבי אסבסט לא- או יריעת גרפיט גמישה) המוקפת לחלוטין במעטפת PTFE דקה. עובי המעטפה הוא בדרך כלל 0.2-0.5 מ"מ ומתהפכת בקצוות הפנימיים והחיצוניים. מעטפת ה-PTFE מספקת את העמידות הכימית, ואילו הליבה מספקת עמידות ועמידות לזחילה.
עבור ממסים עם כלור חמים, חומרי ליבה מומלצים:
גרפיט גמיש (לטמפרטורה גבוהה, עד 230 מעלות עם מעטפת PTFE)
רשת פלדה מורחבת או מונל (לחוזק מכני)
סיבים ללא-אסבסט בטמפרטורה-גבוהה (הבטח שאין קלסרים שמתכלים)
יתרונות:
עמידות כימית מעולה - רק PTFE יוצר קשר עם הממס.
יכולת דחיסה והתאוששות טובה - אוטמת היטב על אוגנים פגומים.
זמין בגדלים סטנדרטיים עבור אוגני מחליף חום PTFE.
חסרונות:
עלות גבוהה יותר מגיליון ePTFE.
ניתן לנקב את המעטפה אם האטם מטופל בצורה לא נכונה.
דורש ריכוז זהיר במהלך ההתקנה.
4. אטמי PTFE מוצקים (לא מלאים)
אטמי PTFE מוצקים ולא מלאים (חתוכים מגיליון בעובי 1-3 מ"מ) תואמים מבחינה כימית אך בעלי התאמה לקויה וזחילה קיצונית. קשה לאטום אותם על אוגנים גסים ובדרך כלל אינם מומלצים לשימוש בממסים עם כלור, אלא אם כן האוגנים שטוחים מאוד והברגים מומנטים מחדש- לעתים קרובות. PTFE מורחב הוא כמעט תמיד בחירה טובה יותר.
טבלת התייחסות לתאימות
| חומר אטם | עמידות כימית לממסים עם כלור חמים (עד 150 מעלות) | מגבלת טמפרטורה | סיכון שטיפה | זחילה / הרפיה | מומלץ עבור מחליף PTFE? |
|---|---|---|---|---|---|
| גומי ניטריל (NBR) | גרוע - מתמוסס או מתנפח | נמוך (<80°C) | גבוה (חומרי פלסטיק) | נָמוּך | לֹא |
| EPDM | גרוע - מתנפח בממיסים כלורים רבים | לְמַתֵן | גָבוֹהַ | נָמוּך | לֹא |
| ויטון (FKM) | מתנפח באופן משמעותי ב-DCM, TCE | בינוני (200 מעלות אך נכשל כימית) | לְמַתֵן | נָמוּך | לֹא |
| Perfluoroelastomer (FFKM) | מעולה - אבל יקר מאוד | עד 260 מעלות | נמוך מאוד (עלות אוסרנית לרוב) | נָמוּך | כן, אבל העלות-מאוסרת |
| PTFE מוצק | מְעוּלֶה | עד 260 מעלות | אַף לֹא אֶחָד | גבוה מאוד (אטם גרוע) | לא מומלץ (קריפ) |
| PTFE מורחב (ePTFE) | מְעוּלֶה | עד 230 מעלות | אַף לֹא אֶחָד | בינוני (דורש חיזוק-מומנט חוזר) | כן (בחירה ראשונה) |
| גרפיט גמיש (לא מצופה) | מְעוּלֶה | עד 450 מעלות | נמוך (אפשרי נשירת חלקיקים) | נמוך מאוד | כן, אם חדירת חלקיקים מקובלת |
| גרפיט מצופה PTFE- | מעולה (פנים PTFE) | עד 230 מעלות (מגבלת PTFE) | מִינִימָלִי | נמוך מאוד | כֵּן |
| מעטפת PTFE עם ליבת גרפיט | מְעוּלֶה | עד 230 מעלות | אַף לֹא אֶחָד | נָמוּך | כן (בחירה אמינה) |
מכניקת איטום: אטמי PTFE זקוקים לטיפול
שלא כמו אטמים אלסטומריים התואמים בעומסי ברגים מתונים, אטמים מבוססי PTFE- (כולל ePTFE) הם תרמופלסטיים. הם דורשים מתח בורג ראשוני גבוה יותר כדי ליצור איטום-בדרך כלל 20-35 MPa על אזור המגע של האטם. זהו פי 2-3 מהעומס הנדרש לאטם גומי. האוגן חייב להיות חזק מספיק כדי לעמוד בעומסים אלה מבלי להתכופף.
בנוסף, PTFE זוחל (זורמים קרים) תחת דחיסה מתמשכת. לאחר המחזור התרמי הראשון, ייתכן שעובי האטם ירד, מה שמפחית את עומס הבורג. לָכֵן,הפעלת-מומנט חוזר לאחר שהמחליף הגיע לטמפרטורת הפעולה ולאחר מכן התקררמומלץ בחום. סיבוב שני-מחודש לאחר מספר ימי פעולה עשוי גם הוא להועיל. חלק מיצרני האטמים מספקים עקומות שמירת מומנט כדי לתזמן מרווחי חידוש מומנט-.
עבור החומר אטם ממס חם עם כלור מחליף PTFEבחירה, השילוב של ePTFE או אטם מעטפת PTFE- עם ליבה ניתנת לדחיסה (גרפיט או מתכת) הוא הסטנדרט בתעשייה. עיצוב המעטפה מספק מחסום מיותר-גם אם המעטפה פגומה, חומר הליבה צריך להיות תואם כימית (למשל, גרפיט גמיש עמיד גם בפני ממיסים עם כלור).
שיטות עבודה מומלצות להתקנה
הכנת אוגן- פני האוגן צריכים להיות חלקים (Ra 1.6–3.2 מיקרומטר) וללא שריטות עמוקות, שקעים או סימנים רדיאליים. ממיסים כלוריים יכולים לחלחל דרך תעלות נימיות זעירות אם משטח האוגן מחוספס מדי. אוגן פנים מוגבה- עם גימור משונן מקובל אך לא צריך להיות בעל חריצים חדים.
מרכז אטם- אטמי מעטפת PTFE חייבים להיות מרוכזים בצורה מושלמת. אטם לא-ממרכז יכול לגרום לקיפול המעטפה או לליבה להיחשף בקצה הפנימי.
רצף הידוק הברגים- השתמש במפתח מומנט מכויל. עקוב אחר דפוס כוכבים. עבור אוגנים גדולים, הדק בשלוש מעברים לפחות (לדוגמה, 30%, 70%, 100% ממומנט היעד). רשום ערכי מומנט סופיים.
מחדש-לוח זמנים– לאחר החימום הראשון- עד לטמפרטורת הפעולה (לדוגמה, 120 מעלות עבור מתילן כלוריד בלחץ), צננו את המחליף עד לסביבה הקרובה, ולאחר מכן הפעילו מחדש- את הברגים. חזור על הפעולה לאחר 24 שעות פעולה. לאחר המומנטים מחדש-הראשוניים הללו, מערכות רבות יציבות למשך חודשים או שנים, אך-מומנט מחדש שנתי הוא נבון.
חישוב עומס בריח– עיין במתח המינימלי שפורסם על ידי יצרן האטם (לדוגמה, עבור ePTFE, ערך "Y" טיפוסי הוא 20–25 MPa). חשב את מומנט הבורג הנדרש באמצעות גיאומטריית אוגן וגורמי חיכוך. אל תנחש.
מדוע לא להשתמש בחומרי אטם נפוצים אחרים?
החומרים הבאים נמצאים בשימוש תכוף בשירותים פחות אגרסיביים אך מסוכנים עם ממיסים עם כלור חמים:
CAF (סיבי אסבסט דחוסים)- בעוד שסיבי האסבסט אינרטיים, קושרי הגומי באטמי CAF מותקפים על ידי ממסים עם כלור, וגורמים לאטם להתפרק ולדלוף. CAF גם אסור בתחומי שיפוט רבים.
סיבים שאינם-אסבסט (NAF)– רוב אטמי ה-NAF מכילים סיבי ארמיד וקשרי ניטריל או SBR, אשר מתנפחים או מתמוססים בממיסים עם כלור. רק NAF מיוחד עם קלסרים PTFE מקובל, אבל אלה הם למעשה מרוכבים ePTFE.
אטמים מתכתיים (פתיל ספירלה, קמפרופיל)- אטמי נירוסטה או מונל עם חומר מילוי PTFE עמידים כימית אך דורשים עומסי ברגים גבוהים מאוד וגימור אוגן חלק. הם מתאימים ליישומי לחץ-גבוהים אבל הם בדרך כלל מוגזמים עבור מחליפי PTFE, הפועלים בלחצים צנועים (לעתים קרובות<10 bar). However, they can be used if the flange design allows.
תקציר: המרכיב הקטן ביותר, האחריות הגדולה ביותר
בחירת האטם המתאים לממיסים עם כלור עוסקת בבחירת חומרים אינרטיים וניתנים לדחיסה וביצוע הליכי התקנה קפדניים. PTFE מורחב (ePTFE) מציע תאימות אוניברסלית, יכולת התאמה טובה וללא שטיפה. אטמי מעטפת PTFE עם ליבות גרפיט גמישות מספקים עמידות מעולה לזחילה ואמינות איטום. גרפיט גמיש עם ציפוי PTFE הוא חלופה חזקה לטמפרטורות גבוהות יותר. יש להימנע לחלוטין מאטמים אלסטומריים. האטם הוא קו ההגנה האחרון מפני דליפה. בחירה נכונה, בשילוב עם מומנט ברגים נכון ו-מומנט מחדש לאחר מחזורים תרמיים, מבטיחה שמחליף חום PTFE המטפל בממיסים עם כלור חמים פועל בצורה בטוחה ויעילה. הרכיב הקטן ביותר במחליף חום יכול להיות הקריטי ביותר לבטיחות ולביצועים-ואין זה נכון יותר מאשר בשירות ממיסים עם כלור.
