Vaartuigen, handgaten vormen speciale afdichtingsuitdagingen

Er zijn veel soorten flensopeningen die dienen als mangaten en handgaten, die toegang bieden tot tanks en andere soorten gesloten vaten. Sommige gebruiken standaard flenzen van het ASME-type en zijn net als flenspijpverbindingen met bouten vastgemaakt. Interne mangaten en handgaten hebben deksels of platen die in een vat passen en worden teruggetrokken tegen een pakking en externe flens.

Deze ontwerpen brengen een aantal afdichtingsuitdagingen met zich mee. Zo zijn flensoppervlakken vaak niet perfect. Bovendien past een rond deksel niet door een ronde opening, aangezien het groter moet zijn dan de opening om zijn functie te vervullen. Daarom zijn pakkingen voor deze flenzen meestal ovaal of rond, zodat de deksels zijwaarts kunnen worden gedraaid om door de openingen te passen.

Ovale pakkingen behouden een soepele kromming en bieden voldoende ringsterkte voor productie en installatie. Omgekeerde pakkingen daarentegen hebben een recht gedeelte dat hun radiale sterkte beperkt. Gefabriceerd volgens OEM-specificaties in een breed scala aan maten, worden deze pakkingen meestal gedimensioneerd vanaf de binnendiameter (ID). Zowel de grote als de kleine assen zijn afgebakend, samen met de flensbreedte van de pakking. Bij pakkingen met een binnenring moet ook de breedte van de ring worden opgegeven.

Figuur 1. De enkele tapbout op dit mangatdeksel oefent een lage, ongelijkmatige drukkracht uit op de pakking, waardoor de flenstoegang tot het vat wordt afgesloten.

Interne mangatdeksels die door deze pakkingen worden afgedicht, hebben meestal slechts één of twee draadeinden die aan het midden van het deksel zijn gelast (Figuur 1). Deze worden gemonteerd door een juk dat de opening overbrugt, zodat de bouten het deksel terug tegen de pakking kunnen trekken. Deze boutbeperking, gecombineerd met de afstand tussen de bouten en de pakking, resulteert in een lage en vaak ongelijke drukkracht.

Omdat het mangat zich in een tank of vat bevindt, werkt de interne druk anders op het samenstel dan op een conventionele geboute flensverbinding. In het laatste geval werkt de interne druk om de flenzen te scheiden en de pakking te ontlasten. Bij een mangat duwt de interne druk de flens op zijn plaats, waardoor de pakking wordt belast en in veel gevallen meer drukkracht wordt gegenereerd dan de bouten (Figuur 2). Desalniettemin bereikt deze dynamische, compressieve belasting zelden de aanbevolen niveaus.

Figuur 2. De interne druk op mangatdeksels kan de drukkracht van de bouten overschrijden, waardoor de pakking wordt vastgezet en belast.

Drukvaten maken gewoonlijk gebruik van interne zitplaatsen en soms scharnierende deuren voor toegang tot het interieur. Dergelijke deuren moeten zo worden geplaatst dat de interne systeemdruk voldoende spanning genereert om de mangatpakkingen te plaatsen. Naarmate de interne druk toeneemt, neemt ook de spanning op de pakkingen toe, een factor waarmee rekening moet worden gehouden om pakkingen optimaal af te stemmen op de ontwerpdrukken van het vat. Lagere druksystemen vragen om zachtere, gemakkelijker vervormde pakkingen, maar deze zijn onderhevig aan uitbarsting aan de uiteinden waar de compressie laag is. Omgekeerd vereisen hogeredrukvaten stijvere afdichtingen met een hogere dichtheid, zoals met metaal versterkte pakkingen, die moeilijk af te dichten kunnen zijn.

Voor de doeleinden van deze discussie is het nuttig om te begrijpen dat een afdichtingsoppervlak normaal gemeten wordt tot aan de binnenrand van de pakking. Een ovale vorm wordt dus uitgedrukt als binnenbreedte x binnenlengte x pakkingoppervlaktebreedte - b.v. een pakking vermeld als 12 inch x 16 inch x 1 inch x 1/8 inch heeft binnenafmetingen van 12″x 16″, met een 1″ flensbreedte en ⅛″ dikte.

Pakking

Er zijn verschillende soorten pakkingen die geschikt zijn voor het afdichten van man- en handgaten in drukvaten. Spiraalgewonden pakkingen zijn beschikbaar voor toepassingen met zowel lagere druk (minder dan 999 psi) als hogere druk (groter dan of gelijk aan 1.000 psi). Hoewel hun drukbelastingen meestal onder de aanbevolen niveaus liggen, sluiten ze doorgaans effectief af. Deze pakkingen zijn gemaakt van lange stroken dun metaal, gewikkeld en gevuld met een zacht materiaal tussen de wikkelingen of wikkels. Ze zijn er in twee configuraties:alleen wikkelingen en wikkelingen met binnenste compressieringen.

Lagere druksystemen dicteren het gebruik van een dikkere soort vulstof om de pakking zachter te maken, terwijl hogedrukvaten pakkingen nodig hebben met een dunnere vulstof. Dit verhoogt niet alleen het aantal metalen lagen in de pakking, maar maakt deze ook dichter en beter bestand tegen hogere drukbelastingen. Systeemdruk wordt uitgeoefend op de buitendiameter (OD) van de pakking, die op de deur-tot-vat interface zit. Dit maakt afdichtingsfouten gemakkelijk duidelijk als de pakking uitsteekt in de richting van de ID van de verbinding. Waar dit type storing is waargenomen en in toepassingen met hogedrukcycli, kan een massief metalen binnenring worden ontworpen voor de pakking.

De eerste keuze voor mangaten met een interne druk van minder dan 1000 psig zijn pakkingen met een gegolfde metalen kern met een grafietbekleding (Figuur 3). Deze pakkingen bestaan ​​uit een relatief dikke metalen kern die gegolfd is om concentrische of parallelle ribbels te creëren en die is bekleed met grafietplaatmateriaal. Ze werken het beste wanneer de flensbreedte van de pakking een halve inch of groter is. Voor flensbreedtes van minder dan een halve inch moet de leverancier van de pakking worden geraadpleegd.

Afbeelding 3. Gegolfde metalen kernpakkingen met een grafietbekleding worden aanbevolen voor mangaten met een interne druk van minder dan 1.000 psig en een flensbreedte van een halve inch of meer.

Flexibele grafietplaten kunnen worden gebruikt om mangaten en handgaten van de ketel effectief af te dichten, zolang de pakking tenminste een halve inch breed is, en bij voorkeur driekwart inch of meer. Voor verbindingen die een pakkingbreedte van minder dan een halve inch vereisen, moeten spiraalgewonden pakkingen worden gebruikt, aangezien een ongelijke drukbelasting de afdichting van grafietplaten nadelig kan beïnvloeden. De meeste grafietplaatpakkingen bevatten een metalen inzetstuk, en in sommige gevallen meerdere inzetstukken, om het hanteren te vergemakkelijken zonder de pakking te beschadigen.

Figuur 4. Kammprofile-pakkingen dichten minder dan perfecte flenzen af ​​en zijn bestand tegen extreme temperatuur- en drukschommelingen.

Kammprofile pakkingen (Figuur 4) zijn een uitstekend alternatief voor toepassingen waar de beschikbare zitspanning te laag is voor een spiraalgewonden pakking, maar pakkingdoorsnede, systeemdrukken, oppervlakteonregelmatigheden en andere omstandigheden niet bevorderlijk zijn voor het gebruik van flexibel grafiet of niet-metalen pakkingmaterialen. Dit type pakkingen bestaat uit een metalen ring met diepe groeven en is bekleed met een zacht materiaal zoals geëxpandeerd grafiet, microcellulair PTFE of geëxpandeerd PTFE.

Hoge samendrukbaarheid, lage kruip PTFE-pakkingen zijn biaxiaal georiënteerd met een microcellulaire structuur of gevuld met microballonnen. Ze zijn met succes gebruikt voor het afdichten van mangat- en handgatflenzen voor chemische diensten, maar worden gewoonlijk niet aanbevolen voor stoom-/keteltoepassingen. De onderstaande tabel biedt een snelle referentie voor het afstemmen van pakkingen op de servicevoorwaarden.

Installatie

Aangezien mangat- en handgatpakkingen aan de binnenkant van een vat zijn geïnstalleerd, worden soms drukgevoelige kleefstoffen gebruikt om ze op de deksels te bevestigen. Deze lijmen worden echter zacht of smelten bij stoomtemperaturen en kunnen bij chemisch gebruik afbreken.

Niet-metalen pakkingen moeten zonder lijm worden geïnstalleerd, maar een paar kleine plekjes contactlijm kunnen worden gebruikt om ze op hun plaats te houden. Er zijn metalen pakkingen verkrijgbaar met retentielipjes om ze tijdens de installatie op hun plaats te houden.

Het afdichten van interne mangaten en handgaten kan moeilijk zijn gezien de drukverschillen en andere omstandigheden waaraan ze worden blootgesteld. De meeste assemblages genereren een lage drukbelasting tijdens het vastschroeven, en sommige produceren hoge drukspanningen wanneer interne druk wordt uitgeoefend. Er zijn verschillende soorten pakkingen beschikbaar om deze openingen af ​​te dichten, maar hun effectiviteit hangt af van de keuze van het juiste type pakking, correct gedimensioneerd voor de specifieke toepassing.