Wszechobecne elementy uszczelniające, które zapewniają niezawodność sprzętu zakładowego i funkcjonowanie systemu, często są pobieżnie traktowane przez personel operacyjny i konserwacyjny. Zazwyczaj nie docenia się niskonakładowych komponentów o wysokim znaczeniu. Trwa to do czasu opracowania i zatwierdzenia specyfikacji dla całej fabryki lub do powstania przecieków powodujących niezaplanowane przestoje, stratę na produkcji, obniżone bezpieczeństwo i nałożenie potencjalnych kar za niezgodności z przepisami środowiskowymi.
Elementy uszczelniające są dostępne w szerokiej gamie materiałów i konfiguracji, tak aby dostosować je do specyficznych wymagań danej aplikacji. Zaliczamy do nich szczeliwo ściśliwe zaworów i pomp, uszczelnienia mechaniczne pomp, izolacje łożysk przekładni w systemach przekazywania energii, uszczelki rur kołnierzowych, hydrauliczne uszczelnienia cylindrów powietrznych i olejowych, uszczelnienia olejowe obracających się elementów i elastyczne złącza systemów rur podlegających procesom rozszerzania i kurczenia. Do tego należy dodać specjalne uszczelnienia wykorzystywane w wysoko wydajnych silnikach, turbinach i innych aplikacjach, które potwierdzają fakt, że elementy uszczelniające odgrywają główną rolę właściwie w każdym procesie, który wykorzystuje płyny, gazy lub duże ilości materiałów.
TAMPSS dla sukcesu
Najlepsze zasady postępowania dotyczą dwóch podstawowych kryteriów: rodzaju aplikacji, w której element uszczelniający ma być wykorzystany, a także warunków eksploatacyjnych, którym będzie poddany. Prosty akronim TAMPSS (temperature, application, media, pressure, size, speed – temperatura, aplikacja, media, ciśnienie, rozmiar i prędkość) dostarcza wskazówek pomocnych przy wyborze odpowiedniego rodzaju uszczelnienia dla określonej aplikacji.
Temperatura. Pierwszym działaniem powinno być określenie temperatury, w jakiej będzie pracować uszczelnienie – biorąc pod uwagę wysokie/niskie temperatury, jak również regularne cykle termiczne nieodłączne w procesach. Należy pamiętać, że ciepło generowane przez tarcie obracających się elementów będzie podnosić temperaturę płynów, które mają kontakt z uszczelnieniem. Dane dotyczące temperatury pozwolą na szybkie określenie i ograniczenie ilości dostępnych uszczelnień dla danej aplikacji.
Zastosowanie. Kluczową informacją prowadzącą do wyboru odpowiedniego produktu jest wiedza na temat miejsca wykorzystania uszczelnienia, a także funkcji, jakie uszczelnienie ma spełniać. Ten typ informacji wskazuje nietypowe sytuacje związane z aplikacją i określa specjalne wymagania dla zachowania optymalnej wydajności uszczelnienia. Określenie parametrów dla danej aplikacji wymaga informacji o miejscu instalacji uszczelki. Na przykład wybór odpowiedniej uszczelki dla połączenia kołnierzowego wymaga wiedzy na temat typu połączenia, struktury materiału, warunków fizycznych i materiału śrub łączących, a także czy te wszystkie czynniki mogą dostarczyć odpowiednią siłę sprężenia do wytworzenia szczelnego połączenia. Jest to bardzo ważny czynnik odkąd więcej niż 70% awarii uszczelek wynika z niedostatecznego obciążenia. Jeśli aplikacją jest zawór, wybór odpowiedniego szczeliwa ściśliwego będzie zależeć od stanu trzpienia, w zależności od tego, czy ruch jest suwowy, helikalny czy ciągły, i w zależności od tego, czy określony poziom nieszczelności musi być osiągnięty do spełnienia wymagań środowiskowych.
Media. W celu identyfikacji mediów, które będą miały kontakt z uszczelnieniem, stosuje się pospolite nazwy chemiczne lub handlowe. Niektóre procesy wykorzystują również drugi rodzaj mediów, który może nie być wymieniony na tym etapie. Przykładem może być produkcyjna linia spożywcza, która jest przemywana raz na dzień za pomocą wodorotlenku sodu. Wymaga ona, aby uszczelka była kompatybilna zarówno z medium żrącym, jak i przetwarzaną żywnością.
Ciśnienie. Odnosi się do wewnętrznego ciśnienia, jakie uszczelka wytrzymuje. Wiele systemów funkcjonuje przy stałym ciśnieniu. Jednak tak jak w przypadku temperatury, należy wiedzieć, czy uszczelnienie będzie podlegać wibracjom i innym zjawiskom podczas normalnego działania.
Prędkość. Prędkość obracających się wałów czy trzpienia tłoczyska suwowego ma wielkie znaczenie przy wyborze uszczelnień olejowych, izolacji łożysk, mechanicznych uszczelnień i szczeliw ściśliwych dla dynamicznych aplikacji. Wysokie prędkości wymagają materiałów uszczelniających odpornych na temperaturę i rozpraszających ciepło powstałe podczas tarcia.
Rozmiar. Na rynku obowiązują standardy rozmiarów dla kołnierzy – ASME, dla trzpienia zaworów – API, dla wałów pomp i otworów – ANSI itd. Niestandardowe rozmiary najlepiej przekazywać do producentów uszczelnień w formie rysunków wymiarowych. Niektóre aplikacje mogą wymagać pomiarów w warunkach rzeczywistych.
Po wyborze najlepszego rodzaju uszczelnienia na podstawie wyżej wymienionych kryteriów należy zwrócić szczególną uwagę na instrukcję instalacji producenta. Odpowiednie uszczelnienie zainstalowane niewłaściwie nie zapewni oczekiwanej szczelności i zakładanej wydajności.
Minimalizacja wpływu na zapasy
W nawiązaniu do specyficznych uszczelnień dla całej fabryki, istnieje wyraźna konieczność ograniczenia wyboru do jak najmniejszej dopuszczalnej liczby opcji, w domyśle konieczność zminimalizowania stanów magazynowych i kosztów magazynu. Najlepsze praktyki uszczelniania wymagają, aby zająć się potrzebami wykraczającymi poza samo spełnienie wymogów warunków eksploatacji. Jednym z głównych elementów jest koszt posiadania i regulacje środowiskowe.
Koszty posiadania są w większości funkcją niezawodności samych uszczelnień, tak samo jak ich producenta. Awarie lub błędne stosowanie elementów uszczelniających może unieruchomić fabrykę. Awarie mogą dotyczyć zarówno uciążliwych przecieków, jak i dużych katastrof, które mogą przyczynić się do powstania przestojów (kosztujących nawet setki tysięcy dolarów dziennie), utratę w produkcji i naruszenie przepisów. Dodatkowo sytuacja może się pogorszyć w przypadku, gdy pracownik jest ranny.
Ze środowiskowego punktu widzenia, nadużywana fraza „ zielony” odnosi się do możliwości spełnienia przez uszczelnienia wymagań dotyczących zgodności z przepisami pod względem zanieczyszczenia, emisji niebezpiecznych związków i ochrony wody i energii. Największy w tym udział ma emisja niebezpiecznych związków z nieszczelnych połączeń zaworów w rafineriach i zakładach chemicznych. Standardowy wskaźnik benchmarkowy stopnia nieszczelności to 500 ppm, który różni się w zależności od państwa. Aby spełnić takie wymagania, uszczelnienia połączeń zaworów muszą być zatwierdzone i certyfikowane, tak jak to się dzieje w przypadku uszczelnień pomp i uszczelek kołnierzowych.
Postępowanie według zasad TAMPSS podczas wyboru produktu, instalacji, określenia kosztów posiadania i ustalenia zgodności z wymaganiami środowiskowymi, będzie wpływać na stworzenie rozwiązań dotyczących uszczelnień, które spełniają zakładane wymagania użytkownika zarówno te konieczne, jak i domniemane, a także minimalizują kosztowne przestoje i incydenty występujące w czasie procesów.
Jim Drago z Garlock Sealing Technologies pracuje od 25 lat w technologii uszczelniania, wliczając w to prace projektowe, aplikacje, rozwój produktów i zarządzanie.
Artykuł pod redakcją Michała Piłata
Autor: Jim Drago
