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技術文章
化工行業負責將原材料轉化為有價值的產品，被廣泛視為最重要的經濟部門之一。這些工藝所涉及的化學品具有侵蝕性和危險性，因此需要堅固可靠的工程解決方案。密封解決方案是確保化工廠安全、高效和環保的重要組成部分之一。
化學工業是利用化學制造各種產品的工藝和操作的復雜組合。這些過程中使用的原材料種類繁多，生產出各種初級、二級和三級產品。初級制品與重點用戶的距離最遠，需求往往是不明顯的，因為每一種產品都要經過一道工序到下一道工序，然后才出現在市場上。
一般來說，化工行業分為如下幾個領域：
基礎化學品
精細化學品
特種化學品
無機化學品
有機化學品
每個領域的生產流程都需要特別的資產和應用程序，以便在原材料從一種狀態轉移到另一種狀態時，能夠承受原材料的侵蝕性（見圖 1），因此需要專門開發密封解決方案。
聚四氟乙烯墊片通常是化學加工中密封的可靠選擇。
密封的重要性
密封件在化學加工中起著舉足輕重的作用。通過防止液體、氣體和其他材料泄漏，密封件可確保不會有任何有害物質滲入生產過程或對周圍環境造成負面影響。
除了安全之外，密封件對于保障工藝效率也至關重要。它們有助于調節壓力、溫度和流速等關鍵參數，直接影響生產過程的一致性和質量。密封件可確保最佳運行條件，提高生產效率，降低運營成本。此外，作為一道保護屏障，密封解決方案還能顯著延長設備的使用壽命，最大限度地減少磨損，降低頻繁維護或更換的需要，最終實現長期節省成本并提高運行可靠性。
密封類型和材料選擇
因此，密封件與系統流體的化學兼容性對于實現可靠耐用的密封性能至關重要。由于密封件中使用的聚合物和其他原材料與流體中的化學物質發生反應的方式差異很大，因此選擇過程具有挑戰性，尤其是在僅依賴化學兼容性圖表的情況下。
例如，當特定化學品與某些材料發生作用時，化學品會 “攻擊 "聚合物鍵，從而降低聚合物的性能。在某些情況下，化學物質會從聚合物中析出成分，從而削弱聚合物的性能或剝奪其基本的機械性能。其他化學品可能會滲透到聚合物中，導致聚合物膨脹。根據不同的應用，這種膨脹可能是有益的，也可能是有害的。在某些情況下，介質可能根本不會對聚合物產生影響。而是可能對密封材料中使用的其他原材料之一產生負面影響，導致機械性能下降和潛在故障。
化學工業中使用的工藝和化學介質種類繁多，這意味著在密封方面沒有 “放之四海皆準 "的選擇。大多數化工廠都采用多種密封解決方案。其中包括:
彈性體 ：由各種不同的聚合物制成，如丁腈橡膠（NBR）、三元乙丙橡膠（EPDM）、硅樹脂、氯丁橡膠、氟橡膠（FKM）等；這些密封件可以墊片、O形圈和特種模制密封件的形式用于各種應用中。
壓縮纖維：這些材料由彈性粘合劑、合成纖維、有機纖維和/或無機纖維以及其他成分組合而成，通常用于各種通用服務。
柔性石墨 ：石墨密封件經化學膨脹后制成卷材或片材，具有良好的耐化學性，同時可承受比橡膠密封件更高的溫度。許多石墨密封材料還具有金屬加固層，使其更加堅固，可承受更高的工作壓力。
聚四氟乙烯（PTFE）：聚四氟乙烯可能是化學加工密封解決方案中常用的材料，即使在具有侵蝕性的介質中也能提供出色的耐化學性。
金屬 ：基于金屬的密封解決方案在溫度和壓力較高的應用中更為常見，但在化學加工廠中仍有其一席之地。這些密封件由金屬制成，或由金屬載體元件與較軟的密封元件（如石墨或聚四氟乙烯）組合而成，在某種程度上幾乎用于全球所有的工業制造工廠。
優點和缺點
密封解決方案有很多選擇，選擇適合特定應用的解決方案可能具有挑戰性。由于化學加工設施中使用的許多原材料都具有侵蝕性，容錯低，因此安全至關重要。理想的解決方案應能在整個工藝流程中提供安全可靠的密封性能，直至下一次定期維護。與經驗豐富的密封產品制造商或供應商密切合作，對任何化工廠來說都是一筆寶貴的財富。
一般來說，重要的是要記住每種密封解決方案都有自己的優缺點。例如，與大多數其他密封件相比，彈性密封件可以在較低負荷下形成密封。它們的價格也相對便宜。這很好，對嗎？嗯，也別著急下結論。與其他密封件相比，它們在更低的載荷下也能被壓潰，隨著時間的推移降解得更快（尤其是在溫度升高的情況下），并且表現出很高的松弛度，這意味著它們不能很好地保持載荷。根據聚合物的不同，它們與各種介質的兼容性也大不相同。
另一方面，基于聚四氟乙烯密封件可以承受地球上具有侵蝕性的化學物質。它們通常被認為是柔性材料，可以很好地適應法蘭缺陷，并且具有無限期的保質期。這些都是很好的品質和特性。聚四氟乙烯密封件的主要缺點是成本較高，而且原始形態的聚四氟乙烯極易發生蠕變松弛。
為某項應用選擇正確的密封解決方案，需要仔細考慮其中的許多變量。有時，橡膠密封件是正確的選擇。有時，石墨板、壓縮纖維板或聚四氟乙烯板可能是正確的選擇。
密封解決方案是確保化工加工廠安全、高效和環保的最關鍵組成部分之一。
氫氟酸的生產洞察– 案例研究
氟化氫的產生可能是化學加工中最危險、具有侵蝕性的過程之一。如果不相容的材料發生反應，就會導致腐蝕、機械性能削弱和其他不良的相互作用。因此，不僅要花大量時間研究密封材料，還要研究密封件本身。例如，決定在氟化氫生產中使用哪種類型的密封墊片就需要仔細考慮。
雖然對氫氟酸生產工藝裝置進行了嚴格的監控，但還是會出現意想不到的問題。在清潔或維護活動中引入并殘留在系統中的水，或生產過程中其他部分的泄漏侵入，都可能導致氫氟酸的形成，進而導致腐蝕，最終導致危險的泄漏。工藝中可能出現匯集的區域最容易受到酸腐蝕。因此，不填補縫隙的密封件會導致法蘭和密封面腐蝕。
為了準確和充分應對氫氟酸應用中密封的挑戰，制造商設計了特殊的密封技術。利用半金屬技術用不同的填料和面層制作串聯密封，以利用它們的不同優勢。在這種應用中，主密封件所使用的金屬結構類型（螺旋纏繞、帶鋸齒的實心金屬、波紋金屬等）之間存在設計差異。無論選擇哪種結構形式，都強烈建議高溫、抗氧化等級的柔性石墨作為主密封材料，因為它具有嚴密的密封性能。
工程解決方案（如本案例中用于氫氟酸服務的Echelon墊片）可充分利用不同材料和密封技術的優勢。
用于氫氟酸服務的專用墊片通常采用膨體聚四氟乙烯（ePTFE）輔助密封元件。由于聚四氟乙烯幾乎具有普遍的耐化學性，因此在惡劣環境中備受青睞。ePTFE具有良好的可壓縮性，使其能夠輕松貼合可能已磨損或腐蝕的法蘭表面，從而填充并消除縫隙。用于輔助密封的設計有多種變化，包括厚度、芯材類型和粘附方法。在選擇用于輔助密封的膨脹聚四氟乙烯時，密度均勻的低蠕變材料至關重要。
密封解決方案的挑戰
了解哪種密封解決方案能夠提供最佳密封效果，可以避免代價高昂的停機時間，減少維護需求，并延長設備的使用壽命，使其成為任何化學加工設施的一項重要投資。應對這些挑戰需要將材料科學、工程專業知識和定期維護實踐相結合：
材料選擇：選擇合適的材料至關重要。聚四氟乙烯或其他特殊彈性體制成的密封件通常具有化學兼容性，可耐受多種化學物質。高溫應用可能需要石墨或金屬密封件等材料。
先進的設計：現代密封件的設計可適應化學加工環境的特殊條件。這包括使用復合材料、特殊涂層和先進的幾何形狀，以提高密封性能和耐用性。
定期維護和監測：實施積極主動的維護計劃有助于在磨損導致故障前加以識別。作為日常維護計劃的一部分，可包括定期檢查、性能監控和更換密封件等。
定制解決方案：在某些情況下，如氫氟酸的生產的案例，標準密封件可能無法滿足要求。定制設計的密封件可以滿足化學工藝的特定要求，確保最佳性能和使用壽命。
培訓和教育：確保工廠人員充分接受過安裝、維護和更換密封件的培訓，可以避免許多常見問題。經驗豐富的操作人員可以及早發現潛在問題，并在密封件失效前采取糾正措施。
在復雜嚴苛的化學加工環境中，密封解決方案非常重要，它們對生產作業的安全、效率和成功非常關鍵。化工廠通過了解其面臨的挑戰并采用適合的材料、設計和維護方法，可確保密封件的有效性能，從而保護其生產作業和環境。
作者：TEADIT泰迪集團 Angelica Pajkovic 與 Chris Morris
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