Chọn phớt cơ khí cho axit không chỉ đơn giản là đối chiếu kích thước phớt với đường kính trục bơm. Chất lỏng ăn mòn có thể tác động lên mặt chà, vòng O, ống xếp, lò xo, ống lót trục và nắp phớt kim loại. Vì vậy, phải kiểm tra khả năng tương thích của từng bộ phận tiếp xúc với môi chất trước khi phê duyệt cấu hình phớt.
Một bộ phớt hoạt động tốt với nước sạch có thể nhanh chóng hư hỏng khi bơm axit clohydric, axit sulfuric, natri hydroxit, dung môi hoặc hỗn hợp hóa chất. Nồng độ, nhiệt độ, áp suất, hạt rắn và áp suất hơi đều có thể làm thay đổi tính năng vật liệu. Hướng dẫn này trình bày cách chọn vật liệu mặt chà, bộ phận làm kín phụ, chi tiết kim loại và cách bố trí phớt cho bơm hóa chất làm việc trong điều kiện khắc nghiệt.
Vì sao phớt cơ khí dùng cho axit cần được lựa chọn cẩn thận?
Một bộ phớt cơ khí gồm nhiều vật liệu tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với môi chất. Các chi tiết thường có mặt chà quay, mặt chà tĩnh, vòng O hoặc vòng nêm, lò xo, chi tiết truyền động, ống lót trục và nắp phớt.
Hóa chất không cần phá hủy toàn bộ bộ phớt mới gây rò rỉ. Chẳng hạn, chỉ một vòng O bị trương nở cũng có thể cản trở chuyển động bù của mặt chà. Tương tự, lò xo bị ăn mòn có thể làm giảm lực ép lên cặp mặt chà, khiến khe làm kín mở ra.
Chất lỏng ăn mòn còn tạo ra những rủi ro vận hành không chỉ liên quan đến phản ứng hóa học. Một số dung dịch kết tinh khi tiếp xúc với không khí, trong khi những loại khác có khả năng bôi trơn kém hoặc áp suất hơi cao. Vì vậy, tương thích hóa học là điều kiện cần nhưng chưa đủ để đảm bảo phớt làm việc ổn định.
Bắt đầu từ thành phần môi chất thực tế
Trước khi chọn phớt, cần xác định chính xác hóa chất thay vì chỉ mô tả chung là “axit”, “chất lỏng hóa học” hoặc “nước ăn mòn”.
Trước tiên, xác nhận tên hóa chất và nồng độ. Tiếp theo, ghi nhận nhiệt độ bình thường và nhiệt độ cao nhất. Sau đó cung cấp áp suất, tốc độ quay, độ nhớt, hàm lượng hạt rắn và nguy cơ chạy khô.
Những thông tin sau đặc biệt quan trọng:
- Tên hóa chất và toàn bộ thành phần dung dịch
- Nồng độ bình thường và nồng độ tối đa
- Nhiệt độ vận hành bình thường và cao nhất
- Áp suất tại buồng phớt
- Tốc độ quay của bơm
- Độ nhớt của môi chất
- Hạt rắn lơ lửng hoặc tinh thể
- Áp suất hơi của chất lỏng
- Nguy cơ phớt chạy khô
- Giới hạn rò rỉ và yêu cầu an toàn
Nồng độ có thể làm thay đổi hoàn toàn mức độ ăn mòn của chất lỏng. Nhiệt độ tăng cũng thường làm phản ứng ăn mòn diễn ra nhanh hơn. Vì vậy, một vật liệu phù hợp với axit loãng ở nhiệt độ phòng chưa chắc dùng được cho chính axit đó ở nồng độ và nhiệt độ cao hơn.
Bảng tương thích hóa chất hữu ích cho bước sàng lọc ban đầu. Ví dụ, công cụ kiểm tra tương thích vật liệu của Trelleborg cho phép kỹ sư so sánh một số vật liệu làm kín. Tuy nhiên, lựa chọn cuối cùng vẫn phải dựa trên toàn bộ điều kiện vận hành.
Để xem quy trình chọn vật liệu đầy đủ cho mặt chà, elastomer và chi tiết kim loại tiếp xúc với môi chất, hãy đọc hướng dẫn chọn vật liệu phớt cơ khí.
Cách chọn vật liệu mặt chà cho phớt cơ khí dùng với axit
Mặt chà phải chịu được tác động hóa học, mài mòn, nhiệt và biến dạng. Vì thế, không thể chỉ dựa vào độ cứng để chọn vật liệu. Các lựa chọn phổ biến gồm carbon graphite, ceramic, silicon carbide (SiC) và tungsten carbide (TC).
Silicon carbide thiêu kết cho môi chất ăn mòn
Silicon carbide thiêu kết thường là phương án khởi đầu đáng cân nhắc trong môi trường ăn mòn nhờ độ cứng cao, khả năng chống nhiều loại hóa chất, dẫn nhiệt tốt và chống mài mòn hiệu quả.
Với chất lỏng sạch có điều kiện bôi trơn phù hợp, cặp carbon/SiC thường có thể đáp ứng yêu cầu. Ngược lại, cặp SiC/SiC có thể thích hợp hơn khi môi chất chứa hạt mài mòn, kết tinh hoặc lẫn tạp chất rắn.
Không phải mọi loại SiC đều giống nhau. SiC liên kết phản ứng có pha silicon tự do, còn SiC thiêu kết có thành phần khác. Vì vậy, với ứng dụng khắc nghiệt cần xác nhận cấp vật liệu cụ thể thay vì chỉ ghi chung “SiC”.
Để so sánh kỹ hơn các vật liệu mặt chà thông dụng, tham khảo hướng dẫn vật liệu phớt cơ khí.
Mặt chà carbon graphite
Carbon graphite có hệ số ma sát thấp và đặc tính vận hành tốt. Vì thế, cặp carbon/SiC được sử dụng rộng rãi trong nhiều loại bơm hóa chất.
Tuy nhiên, cấp carbon và chất tẩm phải tương thích với môi chất. Chất oxy hóa mạnh, dung môi có tính xâm thực cao hoặc chu kỳ biến đổi áp suất nhanh có thể làm hỏng một số loại carbon. Chất lỏng thấm vào vật liệu cũng có thể giãn nở và gây phồng rộp.
Trước khi chọn carbon, hãy xác nhận cấp vật liệu, chất tẩm, nhiệt độ làm việc, chu kỳ áp suất và hàm lượng hạt rắn. Khi chưa chắc chắn về tính tương thích, cần cân nhắc cấp carbon chuyên dụng hoặc cặp mặt chà cứng/cứng sau khi đánh giá ứng dụng.
Mặt chà ceramic
Ceramic alumina có khả năng chống ăn mòn tương đối tốt với chi phí hợp lý. Do đó, vật liệu này có thể phù hợp với bơm hóa chất tải nhẹ ở áp suất và tốc độ vừa phải.
Tuy nhiên, ceramic giòn hơn SiC và dẫn nhiệt kém hơn. Vì vậy, nó có thể không phù hợp bằng SiC trong điều kiện sốc nhiệt lớn, tốc độ cao hoặc môi chất mài mòn.
Mặt chà tungsten carbide (TC)
Tungsten carbide có độ bền cơ học và khả năng chịu va đập tốt, nên thường được cân nhắc cho bơm tải nặng, bơm bùn và những ứng dụng có yêu cầu cơ học cao.
Dù vậy, khả năng chống hóa chất phụ thuộc vào vật liệu chất kết dính của từng cấp TC. Một số loại có thể chịu axit mạnh kém. Do đó, không nên mặc nhiên thay SiC bằng TC khi bơm chất lỏng ăn mòn.
Chọn vòng O, vòng nêm và ống xếp tương thích
Các chi tiết làm kín phụ là vị trí dễ phát sinh sự cố khi phớt làm việc với axit. Vòng O không phù hợp có thể trương nở, mềm đi, nứt, co ngót hoặc mất đàn hồi sau khi tiếp xúc. Vì vậy, phải kiểm tra hợp chất vật liệu với hóa chất và nhiệt độ thực tế.
Chi tiết làm kín phụ bằng PTFE
PTFE có khả năng kháng nhiều loại hóa chất và thường được dùng với axit mạnh, dung môi cùng các hỗn hợp hóa chất. Vật liệu này có thể làm vòng nêm, vòng V, ống xếp, lớp bọc phớt, gioăng hoặc lớp bảo vệ.
Tuy nhiên, PTFE không phải elastomer, có độ đàn hồi hạn chế và có thể biến dạng từ từ dưới tải lâu dài. Vì thế, kết cấu phớt phải đảm bảo khả năng đỡ và độ nén thích hợp.
Phớt ống xếp PTFE đặc biệt hữu ích khi không nên để môi chất tiếp xúc với elastomer thông thường. Kết cấu ống xếp PTFE bố trí phía ngoài cũng có thể giảm số lượng chi tiết kim loại tiếp xúc với hóa chất.
Vòng O bằng FFKM
FFKM kết hợp khả năng kháng nhiều hóa chất với tính chất làm kín đàn hồi. Vật liệu này thường được cân nhắc cho môi trường hóa chất khắc nghiệt, nhiệt độ cao hoặc nơi elastomer tiêu chuẩn không đáp ứng.
Tuy nhiên, FFKM đắt hơn các vật liệu vòng O thông dụng. Giới hạn kháng hóa chất giữa các hợp chất FFKM cũng khác nhau. tài liệu hướng dẫn thiết kế phớt DuPont Kalrez giải thích vì sao cần xem xét đồng thời độ ổn định hóa học, nhiệt độ, độ trương nở, tính chất cơ học và thiết kế rãnh lắp.
Vòng O bằng FKM
FKM chịu được nhiều loại dầu, nhiên liệu, axit và hydrocarbon, đồng thời có thể làm việc tốt ở nhiệt độ tương đối cao.
Tuy nhiên, FKM không kháng được mọi môi chất ăn mòn. Bazơ mạnh, amin, xeton và một số axit hữu cơ có thể gây hư hỏng với một số hợp chất. Vì vậy, phải xác nhận đúng cấp FKM.
Vòng O bằng EPDM
EPDM có thể phù hợp với nước nóng, hơi nước, nhiều axit loãng, dung dịch kiềm và môi chất phân cực. Ngược lại, vật liệu này thường không thích hợp với dầu khoáng, nhiên liệu và nhiều chất lỏng gốc hydrocarbon.
Với dung dịch hóa chất gốc nước, EPDM có thể là lựa chọn thực tế. Dù vậy, vẫn phải xác nhận nồng độ và nhiệt độ tối đa.
Vòng O bằng NBR
NBR được dùng phổ biến trong môi trường nước, dầu và các ứng dụng công nghiệp thông thường. Tuy nhiên, đây thường không phải lựa chọn ưu tiên cho axit mạnh, chất oxy hóa hoặc điều kiện ăn mòn nặng.
Chọn NBR chỉ vì giá thấp có thể dẫn tới trương nở, hóa cứng hoặc rò rỉ sớm. Chỉ nên sử dụng sau khi đã kiểm tra tương thích đầy đủ.
Kiểm tra tất cả chi tiết kim loại tiếp xúc với môi chất
Phớt cơ khí dùng với axit vẫn có thể hỏng dù mặt chà và vòng O tương thích. Lò xo, chốt truyền động, ống lót trục, nắp phớt và chi tiết siết có thể bị ăn mòn trước tiên.
Những lựa chọn kim loại có thể cân nhắc gồm:
- Thép không gỉ 304
- Thép không gỉ 316 hoặc 316L
- Hợp kim Alloy 20
- Hợp kim nền niken chống ăn mòn
- Titan
- Các hợp kim chuyên dụng theo điều kiện ứng dụng
Thép không gỉ không chịu được mọi loại axit. Ví dụ, axit clohydric và dung dịch giàu clorua có thể gây ăn mòn nhanh hoặc rỗ bề mặt cục bộ trên các mác thép không gỉ thông dụng. Vì thế, không được chọn kim loại chỉ vì có nhãn “stainless” hay “chống ăn mòn”.
Với ứng dụng khắc nghiệt, nên cân nhắc kết cấu đặt lò xo ngoài vùng tiếp xúc với môi chất. Các chi tiết tiếp xúc bằng vật liệu phi kim cũng có thể giảm ăn mòn và hạn chế kẹt lò xo.
Chọn cách bố trí phớt phù hợp với chất lỏng ăn mòn
Chọn đúng vật liệu không thể khắc phục một cách bố trí phớt không phù hợp. Mức độ nguy hiểm của môi chất, khả năng bôi trơn, xu hướng kết tinh và giới hạn phát thải phải quyết định bơm nên dùng phớt đơn, phớt ngoài, phớt cartridge hay phớt kép.
Phớt cơ khí đơn bố trí trong
Phớt đơn bố trí trong có kết cấu gọn và chi phí hợp lý. Nó có thể đáp ứng khi chất lỏng sạch, mọi vật liệu tiếp xúc đều tương thích, khả năng bôi trơn đầy đủ và rò rỉ nhỏ không gây hậu quả nghiêm trọng.
Tuy nhiên, kết cấu bên trong khiến nhiều chi tiết tiếp xúc trực tiếp với môi chất hơn, do đó có thể không thích hợp với hóa chất ăn mòn rất mạnh hoặc dễ kết tinh.
Phớt cơ khí bố trí ngoài
Phớt bố trí ngoài giữ nhiều bộ phận làm việc quan trọng ở phía ngoài vùng chất lỏng công nghệ. Vì vậy, đây có thể là lựa chọn cho những môi chất ăn mòn mạnh.
Ống xếp PTFE và chi tiết tiếp xúc bằng phi kim thường xuất hiện trong kết cấu này. Tuy nhiên, cần kiểm tra kỹ giới hạn áp suất và kích thước lắp đặt.
Phớt cơ khí cartridge (dạng cụm lắp sẵn)
Phớt cartridge được cung cấp dưới dạng cụm lắp ráp sẵn, giúp giảm sai sót khi lắp đặt và kiểm soát chiều dài làm việc chính xác hơn.
Kết cấu cartridge có thể tích hợp hợp kim chống ăn mòn, chi tiết làm kín phụ PTFE, vật liệu mặt chà chuyên dụng và các cổng flush. Do đó, loại này hữu ích khi cần độ tin cậy và khả năng lặp lại chất lượng lắp đặt.
Phớt cơ khí kép
Phớt kép có thể cần thiết với chất lỏng độc hại, nguy hiểm, bôi trơn kém, dễ bay hơi hoặc dễ kết tinh. Chất lỏng buffer hoặc barrier tương thích giúp ngăn cách môi chất với khí quyển và bôi trơn các cặp mặt chà.
Tuy nhiên, hệ thống hỗ trợ phải duy trì đúng áp suất, nhiệt độ, lưu lượng tuần hoàn và chất lượng chất lỏng. hướng dẫn giải pháp làm kín cho ngành hóa chất của John Crane cung cấp thêm ví dụ về các hệ thống phớt dùng trong quy trình ăn mòn và nguy hiểm.
Xem xét hiện tượng kết tinh và hạt rắn lơ lửng
Một số axit, muối và hỗn hợp hóa chất tạo tinh thể hoặc cặn khi chất lỏng bay hơi tại mặt chà. Kết quả là lò xo có thể bị kẹt, vòng O mất khả năng dịch chuyển và mặt chà không còn khép kín đúng cách.
Với chất lỏng dễ kết tinh, nên đặt lò xo ngoài môi chất khi kết cấu cho phép. Đồng thời, thiết kế phương án flush hoặc quench phù hợp và tránh những khe hẹp dễ tích tụ cặn.
Khi môi chất có hạt rắn, cặp mặt chà cứng/cứng có thể chống mài mòn tốt hơn so với mặt carbon mềm. Tuy nhiên, vật liệu mặt chà không thể tự giải quyết mọi vấn đề do hạt rắn. Buồng phớt, phương án flush và quy trình vận hành cũng phải kiểm soát sự tích tụ của chúng.
Kiểm tra bôi trơn, áp suất hơi và nguy cơ chạy khô
Cặp mặt chà cần một màng chất lỏng ổn định để vận hành. Tuy nhiên, hóa chất dễ bay hơi có thể hóa hơi giữa các mặt chà do giảm áp suất hoặc nhiệt ma sát.
Khi màng chất lỏng biến mất, phớt có thể tiếp xúc khô, tăng nhiệt nhanh, làm carbon phồng rộp, gây nứt mặt chà hoặc biến dạng nhiệt. Vì vậy, cần so sánh áp suất buồng phớt với áp suất hơi của chất lỏng tại nhiệt độ vận hành thực tế.
Đồng thời phải kiểm tra nguy cơ bơm mất hút, bị kẹt khí hoặc khởi động khi chưa có chất lỏng. Với môi chất bôi trơn kém hoặc dễ bay hơi, phớt kép kết hợp hệ thống barrier phù hợp có thể giúp tăng độ tin cậy.
Các cấu hình tham khảo cho phớt cơ khí dùng với axit và hóa chất ăn mòn
Những tổ hợp dưới đây chỉ là định hướng ban đầu, không phải thông số kỹ thuật cuối cùng.
| Điều kiện môi chất | Cấu hình khởi đầu có thể cân nhắc | Nội dung cần kiểm tra |
|---|---|---|
| Axit loãng, sạch | Carbon/SiC thiêu kết cùng EPDM, FKM hoặc PTFE tương thích | Nồng độ, nhiệt độ và chất tẩm carbon |
| Axit mạnh hoặc axit đậm đặc | Cặp mặt chà SiC thiêu kết với PTFE hoặc FFKM phù hợp ứng dụng | Hợp kim kim loại, tính oxy hóa và nguy cơ chạy khô |
| Axit clohydric hoặc dung dịch giàu clorua | Chi tiết tiếp xúc phi kim, ống xếp PTFE hoặc hợp kim đã được xác nhận | Không mặc nhiên coi thép không gỉ 316 là phù hợp |
| Bùn ăn mòn có hạt mài | Cặp mặt chà SiC thiêu kết/SiC thiêu kết | Hàm lượng hạt rắn, flush và nhiệt sinh ra |
| Dung môi có tính ăn mòn | Carbon/SiC hoặc SiC/SiC với PTFE hay FFKM tương thích | Độ bay hơi, tính tương thích elastomer và cấp carbon |
| Hóa chất dễ kết tinh | Phớt ngoài hoặc cartridge, lò xo bố trí ngoài môi chất | Flush, quench, kiểm soát nhiệt độ và cặn bám |
| Hóa chất độc hại hoặc nguy hiểm | Phớt kép cartridge kết hợp hệ thống barrier tương thích | Giới hạn phát thải, áp suất barrier và phương án hỗ trợ |
Những cấu hình này cung cấp điểm xuất phát hữu ích. Tuy nhiên, việc phê duyệt cuối cùng luôn phải căn cứ vào thành phần môi chất chính xác và dữ liệu vận hành thực tế.
Thông tin cần gửi cho nhà cung cấp phớt cơ khí
Nhà cung cấp không thể xác nhận phớt cơ khí dùng với axit chỉ từ đường kính trục. Vì vậy, hãy cung cấp đầy đủ dữ liệu bơm và quy trình vận hành khi có thể.
Thông tin nên bao gồm:
- Nhà sản xuất và model bơm
- Ảnh nhãn thông số của bơm
- Đường kính trục hoặc ống lót trục
- Kích thước buồng phớt
- Ảnh rõ từng chi tiết của bộ phớt cũ
- Vật liệu mặt chà và vòng O đang sử dụng
- Tên hóa chất và nồng độ
- Nhiệt độ bình thường và tối đa
- Áp suất bình thường và tối đa
- Tốc độ quay của bơm
- Hạt rắn hoặc tinh thể trong môi chất
- Dấu hiệu hư hỏng đã gặp
- Kiểu bố trí phớt cần sử dụng
- Chứng chỉ vật liệu cần cung cấp
Nếu chưa biết model phớt cũ, hãy tham khảo hướng dẫn nhận dạng phớt cơ khí qua hình ảnh, kích thước và thông tin bơm. Ngoài ra, có thể xem các loại phớt cơ khí cho bơm hóa chất CNP để đánh giá những phương án thay thế tương thích.
Những sai lầm thường gặp khi chọn phớt cơ khí
Chỉ chọn theo model bơm
Cùng một model bơm có thể dùng những vật liệu khác nhau khi bơm nước, axit, dung môi hoặc chất lỏng nhiệt độ cao. Vì vậy, model bơm giúp đối chiếu kích thước nhưng không xác nhận được khả năng tương thích hóa học.
Cho rằng mọi loại FKM đều kháng hóa chất
FKM là một nhóm hợp chất. Một cấp FKM tiêu chuẩn có thể không đáp ứng được ứng dụng cần FKM chuyên dụng, FEPM, PTFE hoặc FFKM.
Bỏ qua vật liệu lò xo kim loại
Một bộ phớt có thể sử dụng chi tiết làm kín phụ PTFE và mặt chà SiC nhưng vẫn hỏng do lò xo bị ăn mòn. Vì vậy, phải đánh giá cả các chi tiết kim loại tiếp xúc với môi chất.
Coi mọi loại silicon carbide đều giống nhau
SiC thiêu kết và SiC liên kết phản ứng có thành phần khác nhau. Do đó, chọn đúng cấp vật liệu đặc biệt quan trọng với axit mạnh và dung dịch kiềm ăn da.
Không kiểm tra chất tẩm carbon
Môi chất có thể ăn mòn nhựa hoặc kim loại dùng để tẩm mặt chà carbon. Vì vậy, đánh giá tương thích của carbon phải bao gồm cả vật liệu tẩm.
Chọn vật liệu khi chưa có dữ liệu nhiệt độ
Khả năng tương thích hóa học thường chịu yêu cầu khắt khe hơn khi nhiệt độ tăng. Do đó, luôn cung cấp nhiệt độ vận hành và nhiệt độ vệ sinh cao nhất.
Tiếp tục dùng vật liệu cũ dù phớt hỏng nhiều lần
Bộ phớt đang sử dụng chưa chắc có thông số phù hợp. Nếu liên tục rò rỉ, hãy kiểm tra các chi tiết hỏng và đánh giá lại vật liệu, cách bố trí phớt, chất lượng lắp đặt cùng quy trình vận hành.
Danh sách kiểm tra cuối cùng trước khi đặt hàng
Trước khi đặt phớt cơ khí cho axit và chất lỏng ăn mòn, hãy xác nhận các nội dung sau:
- Đã biết chính xác môi chất và nồng độ.
- Có dữ liệu nhiệt độ và áp suất tối đa.
- Đã xác định cấp vật liệu mặt chà.
- Chất tẩm carbon tương thích với môi chất.
- Đã xác nhận hợp chất vật liệu làm kín phụ.
- Tất cả chi tiết kim loại tiếp xúc với môi chất đều tương thích.
- Kiểu bố trí phớt phù hợp với mức độ nguy hiểm của môi chất.
- Đã đánh giá hạt rắn, kết tinh và nguy cơ chạy khô.
- Đã kiểm tra kích thước bơm và phớt.
- Đã hiểu yêu cầu lắp đặt và hệ thống hỗ trợ phớt.
Không có một loại vật liệu phớt nào phù hợp với mọi chất lỏng ăn mòn. Vì vậy, lựa chọn đáng tin cậy đòi hỏi đánh giá đầy đủ môi chất, điều kiện vận hành, kết cấu phớt và từng chi tiết tiếp xúc với chất lỏng.
Để xác nhận cấu hình thay thế hoặc sản phẩm tùy chỉnh, hãy liên hệ đội ngũ tư vấn phớt cơ khí của chúng tôi và gửi model bơm, ảnh phớt cũ, kích thước, nồng độ hóa chất, nhiệt độ, áp suất cùng tốc độ vận hành.
