Kompensatory teflonowe (PTFE)Zastosowanie i dobór

Kiedy stosuje się kompensatory PTFE

PTFE wyróżnia się bardzo szeroką odpornością chemiczną, dlatego kompensatory z mieszkiem z tego materiału stosuje się przede wszystkim w rurociągach transportujących media agresywne: kwasy, ługi, rozpuszczalniki, roztwory technologiczne i inne substancje, dla których typowe mieszanki elastomerowe byłyby ograniczeniem. W praktyce są to m.in. instalacje chemiczne i petrochemiczne, galwanizernie, instalacje dozowania i przesyłu reagentów oraz wybrane procesy wysokoczyste.

Odporność chemiczna PTFE jest szeroka, ale nie zwalnia z określenia rzeczywistego składu medium. Znaczenie ma jego stężenie, temperatura, obecność dodatków oraz warunki występujące podczas rozruchu, postoju, płukania czy mycia instalacji. W wielu układach to właśnie stan przejściowy, a nie nominalny punkt pracy, okazuje się najbardziej wymagający dla materiału.

W przypadku medium zawierającego cząstki stałe trzeba dodatkowo ocenić charakter przepływu i możliwość oddziaływania abrazyjnego. PTFE zapewnia wysoką odporność chemiczną, ale nie powinien być automatycznie traktowany jako materiał odporny na intensywne ścieranie.

Budowa kompensatora PTFE i znaczenie geometrii mieszka

Częścią elastyczną kompensatora jest profilowany mieszek z PTFE. To jego geometria – średnica, liczba i kształt garbów, grubość oraz długość zabudowy – decyduje o charakterystyce mechanicznej wykonania. W kompensatorach Metal-Gum dostępne są warianty od jednego do pięciu garbów, z luźnymi kołnierzami obrotowymi ze stali węglowej lub nierdzewnej.

Większa liczba garbów może umożliwić uzyskanie większego zakresu ruchu przy niższej sztywności, ale nie jest parametrem, który dobiera się w oderwaniu od reszty konstrukcji. Ten sam wymóg przemieszczenia może prowadzić do innego wykonania w zależności od DN, długości zabudowy, ciśnienia, temperatury i sposobu pracy rurociągu.

Luźne kołnierze ułatwiają ustawienie otworów śrubowych podczas montażu. Ich obrót względem mieszka nie oznacza natomiast, że kompensator jest przeznaczony do pracy przy skręcaniu rurociągu. Obciążenia skrętne należy ograniczać konstrukcyjnie lub uwzględnić już na etapie uzgadniania wykonania.

Ciśnienie i temperatura nie są niezależnymi parametrami

W przypadku kompensatorów fluoropolimerowych szczególnie istotna jest zależność pomiędzy temperaturą a dopuszczalnym ciśnieniem. Wraz ze wzrostem temperatury zmienia się zachowanie mechaniczne PTFE, dlatego wartości granicznych nie należy zestawiać jako jednego, automatycznie dopuszczalnego punktu pracy.

Zakres temperatur publikowany dla rodziny kompensatorów określa możliwości materiałowe i konstrukcyjne oferty, ale dobór konkretnego wykonania wymaga sprawdzenia ciśnienia roboczego i maksymalnego, temperatury roboczej i skrajnej, DN, geometrii mieszka oraz wymaganych przemieszczeń. Dotyczy to również krótkotrwałych stanów procesu, jeżeli występują przy podwyższonej temperaturze lub ciśnieniu.

PTFE wykazuje również pełzanie pod obciążeniem, nasilające się wraz z temperaturą i czasem. Z tego względu parametry mechaniczne gotowego kompensatora wynikają z jego konstrukcji, a nie wyłącznie z właściwości materiału zastosowanego na mieszek.

Przemieszczenia osiowe, poprzeczne i kątowe

Kompensator PTFE może przejmować przemieszczenia osiowe, poprzeczne i kątowe w zakresie przewidzianym dla konkretnego wykonania. Jeżeli w układzie występuje więcej niż jeden rodzaj ruchu, wartości nie powinny być traktowane niezależnie. Ruchy złożone wykorzystują wspólną rezerwę odkształcenia mieszka i wymagają oceny jako jeden przypadek pracy.

Do doboru potrzebne są rzeczywiste wartości skrócenia i wydłużenia, przesunięcia poprzecznego oraz wychylenia kątowego. Warto rozróżnić ruch wynikający z rozszerzalności cieplnej od przemieszczeń montażowych, osiadania konstrukcji, pracy urządzeń lub tolerancji ustawienia. Jeżeli kompensator zostanie wykorzystany do skorygowania błędu osiowania podczas montażu, część jego zakresu roboczego zostaje zużyta jeszcze przed uruchomieniem instalacji.

Podciśnienie wymaga osobnego sprawdzenia

Warunki podciśnienia należy podawać niezależnie od parametrów pracy przy nadciśnieniu. Przy spadku ciśnienia wewnętrznego zmienia się sposób obciążenia mieszka i jego stateczność, dlatego dopuszczalnego podciśnienia nie można wyprowadzić wyłącznie z klasy PN.

Znaczenie mają temperatura, DN, liczba i geometria garbów oraz konstrukcja całego kompensatora. Jeżeli w instalacji występuje pełne lub okresowe podciśnienie – np. podczas opróżniania, chłodzenia medium albo pracy strony ssawnej układu – warunek ten powinien zostać wskazany przy zapytaniu technicznym.

Kompensator jako element układu rurociągowego

Nawet prawidłowo dobrany mieszek nie zastępuje właściwego prowadzenia rurociągu. Punkty stałe i prowadnice wyznaczają kierunek ruchu oraz przejmują obciążenia wynikające z pracy instalacji. W układzie ciśnieniowym trzeba dodatkowo uwzględnić siłę rozporową wynikającą z ciśnienia wewnętrznego oraz efektywnej powierzchni kompensatora.

Szczególnej uwagi wymagają połączenia z pompami, wymiennikami, zbiornikami i armaturą. Kompensator nie powinien być traktowany jako element, który automatycznie usuwa obciążenia działające na króćce urządzeń. O tym, jakie siły zostaną do nich przekazane, decyduje geometria całego układu, sztywność kompensatora i sposób kotwienia rurociągu.

Zakres kompensatorów PTFE Metal-Gum

Aktualny zakres rodziny kompensatorów PTFE Metal-Gum obejmuje poniższe wykonania. Wartości graniczne opisują rodzinę produktową i nie oznaczają, że wszystkie mogą występować jednocześnie w jednym punkcie pracy.

PTFE a wykonanie gumowo-teflonowe

Kompensator z mieszkiem PTFE i kompensator gumowo-teflonowy należy traktować jako odrębne konstrukcje. Wykorzystanie PTFE w obu rozwiązaniach nie oznacza identycznej charakterystyki mechanicznej ani takiego samego zakresu ciśnienia, temperatury czy przemieszczeń.

Przy porównaniu istotna jest budowa elementu elastycznego, materiały mające kontakt z medium oraz sposób, w jaki poszczególne warstwy przenoszą obciążenia. Parametrów jednego wykonania nie powinno się więc przenosić na drugie tylko na podstawie obecności PTFE w konstrukcji.

Jakie dane są potrzebne do doboru kompensatora PTFE

Do jednoznacznego określenia wykonania potrzebny jest komplet danych opisujących proces i zachowanie rurociągu. W praktyce są to:

• medium, jego skład i stężenie;
• temperatura robocza oraz wartości minimalne i maksymalne;
• ciśnienie robocze i maksymalne;
• wartość podciśnienia, jeżeli występuje;
• DN i PN przyłączy oraz wymagany standard owiercenia;
• materiał kołnierzy i ewentualne wymagania dotyczące odporności korozyjnej;
• długość zabudowy;
• wymagane przemieszczenia osiowe, poprzeczne i kątowe;
• informacja o ruchach złożonych i ewentualnych odchyleniach montażowych;
• rozmieszczenie punktów stałych i prowadnic;
• liczba cykli lub charakter pracy cyklicznej, jeżeli jest istotny dla aplikacji.

W przypadku modernizacji istniejącej instalacji warto dołączyć rysunek lub schemat rurociągu z wymiarami i kierunkami przemieszczeń. Zdjęcia obecnego połączenia mogą pomóc w ocenie warunków zabudowy, ale nie zastępują danych procesowych i wartości ruchów.

Dobór kompensatora PTFE do konkretnej instalacji

Prawidłowy dobór kompensatora PTFE zaczyna się od warunków procesu, ale nie kończy na sprawdzeniu odporności chemicznej. Medium, ciśnienie i temperatura określają warunki pracy materiału, natomiast geometria rurociągu i wymagane przemieszczenia decydują o obciążeniu mechanicznym mieszka.

W instalacjach o złożonym przebiegu najlepiej analizować kompensator razem z układem punktów stałych i prowadnic. Pozwala to dobrać wykonanie do rzeczywistego ruchu rurociągu, zamiast pozostawiać elementowi elastycznemu kompensowanie niekontrolowanych odchyłek montażowych lub obciążeń, których nie przewidziano w założeniach pracy.