Těsnění pro kryogenní aplikace – Výzvy při teplotách pod -150 °C

Kryogenní procesy, jako je transport zkapalněného zemního plynu (LNG) při teplotě −162 °C nebo práce s kapalným dusíkem, představují pro těsnicí techniku extrémní výzvu. Hlavním nepřítelem v těchto podmínkách je teplotní křehnutí materiálů.

Většina standardních průmyslových materiálů, zejména elastomery používané ve vláknitopryžových deskách, při velmi nízkých teplotách přechází do skelného stavu a ztrácí schopnost deformace.

Chování materiálů při kryogenních teplotách

Při teplotách pod −150 °C dochází u běžných těsnicích materiálů k výraznému snížení pružnosti a houževnatosti.

V praxi si elasticitu i při extrémním ochlazení zachovávají pouze:

• vysoce čistý grafit
• PTFE, zejména ve formě ePTFE

Grafit je v kryogenních aplikacích často preferován také díky své požární odolnosti (Fire Safe).

Chování přírubového spoje při ochlazení

Skutečným problémem v kryogenice není pouze samotný materiál těsnění, ale chování celého přírubového spoje.

Při ochlazení na velmi nízké teploty dochází k:

• výraznému smrštění šroubů
• smrštění přírub
• změně vzájemných rozměrů materiálů

Pokud jsou materiály šroubů a přírub odlišné, může dojít k nerovnoměrnému smrštění a v krajním případě k úplné ztrátě předpětí ve spoji.

Systém Live Loading jako řešení

Pro kompenzaci těchto změn se používá systém Live Loading.

Jedná se o sady talířových pružin umístěných pod maticemi šroubů, které fungují jako mechanický akumulátor energie.

Jejich funkce spočívá v tom, že:

• při smrštění spoje se pružiny roztahují
• vyrovnávají změny délky šroubů
• udržují konstantní měrný tlak na těsnění

Díky tomu je zachována funkčnost spoje i při výrazných teplotních výkyvech.

Význam vrubové houževnatosti

Kritickým parametrem pro většinu materiálů spojovacích součástí je vrubová houževnatost.

Tato vlastnost musí být ověřena zkouškami dle příslušných norem při teplotách odpovídajících reálnému provozu.

Nedostatečná houževnatost může vést k:

• vzniku trhlin
• křehkému lomu
• selhání spojovacích prvků

Skladování těsnění pro kryogenní aplikace

U těsnění určených pro kryogenní provozy hrají významnou roli také skladovací podmínky.

Je nutné zajistit, aby:

• nebyla vystavena vlhkosti
• byla chráněna před kondenzací
• byla skladována v suchém prostředí

Vlhkost může negativně ovlivnit jejich vlastnosti při nízkých teplotách.

Shrnutí

Kryogenní aplikace kladou na těsnicí techniku mimořádné nároky, zejména z hlediska mechanických vlastností a stability spoje.

Klíčové faktory úspěšného návrhu zahrnují:

✔ vhodnou volbu materiálu (grafit, ePTFE)
✔ zohlednění smrštění konstrukčních prvků
✔ použití systému Live Loading
✔ ověření houževnatosti spojovacích prvků
✔ správné skladování těsnění

Pouze komplexní přístup umožňuje zajistit dlouhodobě bezpečný a spolehlivý provoz při teplotách hluboko pod bodem mrazu.

Galerie