Hullámos fém tömítés: Kiválasztás, hőmérséklet és tömítési útmutató

Műszaki referencia

A hullámos fém tömítés egy vékony fémlemezből – jellemzően rozsdamentes acélból, szénacélból vagy ötvözetből – kialakított tömítőelem, amelyet koncentrikus vagy párhuzamos bordák sorozatába préselnek. Ezek a bordák keskeny tömítési vonalakra koncentrálják a csavarterhelést, így szivárgásmentes csatlakozások érhetők el kisebb teljes karimafeszültség mellett, mint a tömör fém alternatívák. Ez az útmutató minden kulcsfontosságú kiválasztási döntést lefed: az alkalmazás időzítését, a hőmérsékleti képességet, a szükséges tömítési feszültséget és a hőcserélő alkalmasságát.

Mikor érdemes hullámos fém tömítéseket használni?

Emelt nyomás és hőmérséklet kombinációk

A hullámos fém tömítések a megfelelő választás, ha a rendszer működési feltételei meghaladják a sűrített szálak vagy PTFE lemezek képességét – jellemzően 260 C (500 F) vagy 100 bar (1450 psi) felett. A hullámos profil fenntartja a maradék feszültséget a tömítőgerinceken még hőciklus esetén is, amely lazítaná a puha tömítést.

Kémiailag agresszív közeg

Ahol a technológiai folyadék megtámadja az elasztomereket vagy nemfémes töltőanyagokat – tömény savak, klórozott oldószerek, hidrogén-szolgáltatás, 400 C feletti gőz – a csupasz fém vagy fémköpenyű hullámos tömítés eltávolítja a szerves komponenseket a tömítési útvonalról. A minőségválasztás (316L, Inconel 625, titán) közvetlenül megfelel a szükséges korrózióállóságnak.

Karimák korlátozott csavarterheléssel

Mivel a hullámos tömítések a feszültséget a gerinc érintkezési vonalaiba koncentrálják, nem pedig a teljes tömítés felületén, megfelelő tömítést érnek el kisebb összeszerelési csavarterhelések mellett, mint a spirális tekercses vagy gyűrűs csatlakozások típusai. Ez előnyben részesíti azokat a hőcserélő csatorna karimáinál, ahol a csavarok száma korlátozott, és a karima merevsége korlátozott.

Termikus kerékpározás és vibrációs környezetek

A hullámos fém tömítések visszarugdosó viselkedést mutatnak – a bordák mechanikus rugókként működnek, amelyek helyreállítják a részleges érintkezési feszültséget a termikus relaxáció vagy a vibráció által kiváltott csavarterhelési veszteség után. Ez az önkompenzáló viselkedés jelentős megbízhatósági előnyt jelent a dugattyús kompresszor karimáiban, a gőzvezetékekben és a tüzelésű fűtőtestek csatlakozásaiban található tömör lapos fém tömítésekkel szemben.

Lapos és emelt felületű karima szabványok

A hullámos tömítések méretben kompatibilisek az ASME B16.5 és B16.47 emelt felületű karimákkal, az EN 1092 PN sorozatú karimákkal és az API 660 hőcserélő karimákkal, megmunkált hornyok nélkül, így a szálas vagy grafit tömítésekhez képest beépíthetőek olyan meglévő rendszerekben, ahol a karima újramegmunkálása nem lehetséges.

Melyik hullámos fém tömítés bírja a magas hőmérsékletet?

A hőmérsékleti képességet a nem nemesfém ötvözet és a hullámos magra laminált puha burkolóanyag (ha van ilyen) határozza meg. Az alábbi táblázat leképezi az ötvözet kiválasztását a maximális folyamatos üzemi hőmérsékletre:

Fém/ötvözet	Max folyamatos hőm	Kulcstulajdonság	Tipikus alkalmazás
Szénacél (A36 / SS400)	450 C (840 F)	Alacsony költség; jó erő	Gyengén ötvözött gőz, vízszolgáltatás
316L rozsdamentes acél	600 C (1112 F)	Korróziós oxidációval szembeni ellenállás	Folyamatcsövek, hőcserélők
321/347 rozsdamentes acél	650 C (1200 F)	Szenzibilizáció ellen stabilizálva	Magas hőmérsékletű gőz, tüzelésű fűtőtestek
800H / 800HT ötvözet	870 C (1600 F)	Magas kúszásállóság	Reformer kivezetések, pirolízis vezetékek
Inconel 625	980 C (1800 F)	Oxidációs klorid ellenállás	Salétromsav, offshore, hulladékhő
Hastelloy C-276	1000 C (1832 F)	Szélesebb vegyszerállóság	Agresszív savak, FGD rendszerek

Burkolat anyagok és hőmérsékleti határaik

Sok hullámos fém tömítést lágy borítással – grafittal, PTFE-vel vagy csillámmal – szállítanak a gerincfelületekre laminálva, hogy javítsák az alkalmazkodást az enyhén sérült karimafelületeken. A burkolat kiválasztása a fémmagtól függetlenül korlátozza a használható hőmérsékletet:

Rugalmas grafit borítás: oxidáló üzemben 550 C-ra (1022 F) névleges; 3000 C-ig redukáló/inert atmoszférában
PTFE burkolat: 260 C-ra (500 F) korlátozva; előnyben részesítik az agresszív sav és gyógyszerészeti szolgáltatást
Csillámborítás: névleges 900 C (1650 F); magas hőmérsékletű kemence és tüzelésű fűtőelemek karimáiban használják
Csupasz fém (burkolat nélkül): kizárólag ötvözet által meghatározott maximális hőmérséklet; simább karima felületet igényel (Ra 1,6-3,2 mikron)

Mennyi tömítési feszültségre van szüksége egy hullámos fém tömítésnek?

A hullámos fém tömítések tömítési igénybevételét két ASME paraméter határozza meg: a minimális tervezési illeszkedési feszültség y (első összeszerelés) és a tömítéstényező m (üzemi karbantartási tényező). Ezek az értékek alacsonyabbak, mint a tömör fém tömítéseknél, éppen azért, mert a hullámos bordák felerősítik a helyi érintkezési nyomást.

Minimális ülésterhelés (y)

Egy csupasz 316L-es hullámos tömítés esetén a tipikus tervezési illeszkedési feszültség y 55 és 90 MPa (8000 és 13 000 psi) között van a gerinc emelkedésétől és a lemezvastagságtól függően. A grafitfelületű hullámos tömítések alacsonyabb y-értéket igényelnek – jellemzően 28–55 MPa (4000–8000 psi) –, mivel a lágy burkolat mérsékelt igénybevételnek megfelelően alkalmazkodik.

Tömítési tényező m (üzemben)

A hullámos fém tömítések m-tényezője jellemzően 2,75 és 3,75 közé esik. Ez azt jelenti, hogy az üzemi nyomás alatti maradék tömítésfeszültségnek legalább a belső folyadéknyomás 2,75-3,75-szörösének kell lennie. Ez lényegesen alacsonyabb, mint a gyűrűs csatlakozások tömítései (m = 5,5-6,5), csökkentve a szükséges csavarterheléseket és a karima vastagságát.

Csavarterhelés számítása

Szükséges csavarterhelés W = y x Ag (ültetési állapot) vagy W = 2b x pi x G x m x P (üzemi állapot), ahol Ag a tömítés érintkezési felülete, b az effektív illeszkedési szélesség, G a tömítés átlagos átmérője és P a tervezési nyomás. A vezérlő (magasabb) érték szabályozza a csapok méretét. A legtöbb DN100–DN400 hőcserélő karima esetében a hullámos tömítések egy-két csavarméret-csökkentést tesznek lehetővé a gyűrűs csatlakozásokhoz képest.

Karima felületi kidolgozási követelmény

A csupasz hullámos fém tömítésekhez Ra 1,6–3,2 mikron (63–125 AARH) karimafelületre van szükség. A grafitfelületű hullámos tömítések 6,3 mikron (250 AARH) Ra-ig tolerálják, így alkalmasak a használat során elhasználódott karimákon történő újrafelhasználásra, újramegmunkálás nélkül. Ra 0,8 mikron alatti kidolgozás nem ajánlott – a túl sima felület csökkenti a súrlódást és lehetővé teszi a tömítés kúszását működési vibráció hatására.

Melyik tömítés felel meg a legjobban a hőcserélőknek?

A hőcserélők a legigényesebb tömítési környezetet képviselik a feldolgozó üzemben: több karimás csatlakozás a közelben, eltérő hőtágulás a héj és a csőköteg között, korlátozott hozzáférés a csavarokhoz és gyakori karbantartási széthúzások. A hullámos fém tömítés mind a négy kihívást hatékonyabban kezeli, mint a versengő típusok a legtöbb héj- és csőalkalmazás esetében.

Ajánlott

Hullámos fém tömítés

Alacsony ülésfeszültség – nincs karima torzulása a könnyű csatornaburkolatokon
A visszarugó kompenzálja a köteg húzó differenciál tágulását
A grafitfelületű változatok megbízhatóan újrazáródnak a karbantartási széthúzás után
API 660 és TEMA-kompatibilis méretek szabványos
Költséghatékony DN25-DN1200 méretekhez

Alternatív

Spirális seb tömítés

Nagyobb illeszkedési feszültség szükséges – a csatornaperem torzulásának veszélye
Nem használható újra tömörítés után; csere minden széthúzásnál
Kiváló a nagyon magas, 250 bar feletti nyomáshoz nehéz falú karimákban
A belső és külső gyűrűk radiális térkorlátot adnak
Magasabb egységköltség; hosszabb átfutási idő speciális ötvözetek esetében

A 150–600 osztályú (PN20–PN100) hőcserélő héjperemekhez 600 C alatti hőmérsékleten a grafitfelületű 316L hullámos tömítések a tömítési megbízhatóság, a karbantartás kényelme és a beépítési költségek optimális egyensúlyát képviselik. 900 osztály felett vagy 50 bar feletti hidrogén résznyomású üzemben a spirális tekercses vagy gyűrűs ízületi típusokat eseti alapon kell értékelni.

Gyakran Ismételt Kérdések

A hullámos fém tömítések újrafelhasználhatók a karima széthúzása után?

A grafit felületű hullámos fém tömítések jellemzően egyszer újrafelhasználhatók, ha a grafit burkolat nem mutat szakadást, a fémmag nem törődött tartósan a tervezett vastagság alá, és a karima felületei elfogadható állapotban vannak. A csupasz fém hullámos tömítéseket nem szabad újra felhasználni – a kezdeti illeszkedés tartósan deformálja a gerinccsúcsokat, és az összeszereléskor a maradék ülékfeszültség nem lesz elegendő a szivárgásmentes működéshez.

Mi a különbség a hullámos és a fogazott fémtömítések között?

A fogazott tömítés koncentrikus V-profil hornyokkal rendelkezik, amelyek tömör fémgyűrűvé vannak megmunkálva – a fogazatok egy vastag hordozó felületi jellemzői. A hullámos tömítés vékony fémlemezből készül, ahol a teljes keresztmetszet hullám alakú, így rugalmas visszarugózást ad. A fogazott tömítések lényegesen nagyobb illeszkedési feszültséget igényelnek, és jellemzően gyűrűhornyos karimákban használják; A hullámos tömítéseket a szabványos emelt felületű karimákon használják kisebb csavarterheléseknél.

Hogyan határozható meg a hullámos fém tömítés vastagsága?

A hullámos fém tömítéseket az összenyomott (beépített) vastagság határozza meg, nem a szabad állapotú vastagság. A szabványos összenyomott vastagságok 1,5 mm-től 4,5 mm-ig terjednek. A szabad állapotú magasság jellemzően az összenyomott vastagság 1,5-2,5-szerese. A hőcserélő tömítések méretszabványai az ASME B16.20, az EN 1514-6 és az API 660 G függeléket követik a projekt specifikációjától függően.

A hullámos fém tömítések speciális szerelési nyomatéksort igényelnek?

Igen. A hullámos fém tömítések keresztmintázatú meghúzási szekvenciát igényelnek legalább három menetben: a célnyomaték 30%-a, 70%, majd 100%, ezt követi a 100%-os végső áthaladás a kötés üzemi hőmérsékleten történő termikus kondicionálása után. Ez a fokozatos terhelés egyenletes bordanyomást biztosít a tömítés teljes kerületén, és megakadályozza a helyi túlnyomódást, ami kiküszöböli a visszarugózási előnyt.