化工行業(yè)負責將原材料轉(zhuǎn)化為有價值的產(chǎn)品，被廣泛視為最重要的經(jīng)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(huán)保的重要組成部分之一。

化學工業(yè)是利用化學制造各種產(chǎn)品的工藝和操作的復(fù)雜組合。這些過程中使用的原材料種類繁多，生產(chǎn)出各種初級、二級和三級產(chǎn)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(chǎn)品都要經(jīng)過一道工序到下一道工序，然后才出現(xiàn)在市場上。
一般來說，化工行業(yè)分為如下幾個領(lǐng)域：

• 基礎(chǔ)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(lǐng)域的生產(chǎn)流程都需要獨特的資產(chǎn)和應(yīng)用程序，以便在原材料從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一種狀態(tài)時，能夠承受原材料的侵蝕性（見圖 1），因此需要專門開發(fā)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(zhì)滲入生產(chǎn)過程或?qū)χ車h(huán)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(guān)重要。它們有助于調(diào)節(jié)壓力、溫度和流速等關(guān)鍵參數(shù)，直接影響生產(chǎn)過程的一致性和質(zhì)量。密封件可確保最佳運行條件，提高生產(chǎn)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(shè)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(xiàn)長期節(jié)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(tǒng)流體的化學兼容性對于實現(xiàn)可靠耐用的密封性能至關(guān)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(zhì)發(fā)生反應(yīng)的方式差異很大，因此選擇過程極具挑戰(zhàn)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(fā)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(zhì)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(jù)不同的應(yīng)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(zhì)可能根本不會對聚合物產(chǎn)生影響。而是可能對密封材料中使用的其他原材料之一產(chǎn)生負面影響，導致機械性能下降和潛在故障。
化學工業(yè)中使用的工藝和化學介質(zhì)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(shù)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(yīng)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(wù)。
• 柔性石墨 ：石墨密封件經(jīng)化學膨脹后制成卷材或片材，具有極佳的耐化學性，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最常用的材料，即使在最具侵蝕性的介質(zhì)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極高的應(yīng)用中更為常見，但在化學加工廠中仍有其一席之地。這些密封件完全由金屬制成，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(yè)制造工廠。

優(yōu)點和缺點

密封解決方案有很多選擇，選擇最適合特定應(yīng)用的解決方案可能具有挑戰(zhàn)性。由于化學加工設(shè)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(guān)重要。理想的解決方案應(yīng)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(jīng)驗豐富的密封產(chǎn)品制造商或供應(yīng)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(yōu)缺點。例如，與大多數(shù)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(jié)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(xiàn)出很高的松弛度，這意味著它們不能很好地保持載荷。根據(jù)聚合物的不同，它們與各種介質(zhì)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最具侵蝕性的化學物質(zhì)。它們通常被認為是柔性材料，可以很好地適應(yīng)法蘭缺陷，并且具有無限期的保質(zhì)期。這些都是很好的品質(zhì)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(tài)的聚四氟乙烯極易發(fā)生蠕變松弛。
為某項應(yīng)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。

氫氟酸的生產(chǎn)洞察– 案例研究

氟化氫的產(chǎn)生可能是化學加工中最危險、最具侵蝕性的過程之一。如果不相容的材料發(fā)生反應(yīng)，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(chǎn)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(chǎn)工藝裝置進行了嚴格的監(jiān)控，但還是會出現(xiàn)意想不到的問題。在清潔或維護活動中引入并殘留在系統(tǒng)中的水，或生產(chǎn)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(xiàn)匯集的區(qū)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(yīng)對氫氟酸應(yīng)用中密封的挑戰(zhàn)，制造商設(shè)計了獨特的密封技術(shù)。利用半金屬技術(shù)用不同的填料和面層制作串聯(lián)密封，以利用它們的不同優(yōu)勢。在這種應(yīng)用中，主密封件所使用的金屬結(jié)構(gòu)類型（螺旋纏繞、帶鋸齒的實心金屬、波紋金屬等）之間存在設(shè)計差異。無論選擇哪種結(jié)構(gòu)形式，都強烈建議指定高溫、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。

用于氫氟酸服務(wù)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(huán)境中備受青睞。ePTFE具有極佳的可壓縮性，使其能夠輕松貼合可能已磨損或腐蝕的法蘭表面，從而完全填充并消除縫隙。用于輔助密封的設(shè)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，指定密度均勻的低蠕變材料至關(guān)重要。

密封解決方案的挑戰(zhàn)

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(shè)備的使用壽命，使其成為任何化學加工設(shè)施的一項重要投資。應(yīng)對這些挑戰(zhàn)需要將材料科學、工程專業(yè)知識和定期維護實踐相結(jié)合：

1. 材料選擇：選擇合適的材料至關(guān)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(zhì)。高溫應(yīng)用可能需要石墨或金屬密封件等材料。
2. 先進的設(shè)計：現(xiàn)代密封件的設(shè)計可適應(yīng)化學加工環(huán)境的特殊條件。這包括使用復(fù)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。
3. 定期維護和監(jiān)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(jiān)控和更換密封件等。
4. 定制解決方案：在某些情況下，如氫氟酸的生產(chǎn)的案例，標準密封件可能無法滿足要求。定制設(shè)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。
5. 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(jīng)驗豐富的操作人員可以及早發(fā)現(xiàn)潛在問題，并在密封件失效前采取糾正措施。

在復(fù)雜嚴苛的化學加工環(huán)境中，密封解決方案非常重要，它們對生產(chǎn)作業(yè)的安全、效率和成功非常關(guān)鍵。化工廠通過了解其面臨的挑戰(zhàn)并采用適合的材料、設(shè)計和維護方法，可確保密封件的有效性能，從而保護其生產(chǎn)作業(yè)和環(huán)境。

作者：TEADIT泰迪集團 Angelica Pajkovic 與 Chris Morris

原文鏈接：

https://teadit.com/us/article/the-crucial-role-of-sealing-solutions-in-preventing-chemical-leaks/