Uszczelki grafitowe – do pary, wysokich temperatur i kołnierzy

Czym jest grafit ekspandowany

Płyty grafitowe do uszczelek nie mają wiele wspólnego z twardym grafitem znanym z elektrod czy ołówków. Produkuje się je z grafitu naturalnego, który po obróbce chemicznej i termicznej gwałtownie zwiększa objętość – płatki rozdzielają się i tworzą lekką, „robakowatą” strukturę. Ten materiał walcuje się następnie w folię i płyty bez dodatku spoiwa. W efekcie powstaje miękka, plastyczna warstwa, która pod naciskiem śrub dobrze wypełnia rysy i nierówności przylgi kołnierza.

Brak spoiwa elastomerowego to najważniejsza różnica wobec klasycznych płyt z włókien wiązanych kauczukiem NBR. Nie ma tu gumy, która w wysokiej temperaturze twardnieje, kruszeje i traci sprężystość. Dlatego uszczelka grafitowa jest naturalnym kolejnym krokiem, gdy płyta bezazbestowa przestaje wystarczać – o budowie takich płyt piszemy w poradniku Płyty bezazbestowe – z czego są zrobione.

Po co płycie grafitowej wkładka z blachy

Sam grafit ekspandowany jest miękki i ma niewielką wytrzymałość na rozciąganie. Czysta folia łatwo się łamie przy wycinaniu, transporcie i zakładaniu, a większa uszczelka potrafi pęknąć w rękach montera. Dlatego do zastosowań przemysłowych stosuje się płyty warstwowe, w których grafit łączy się z wkładką metalową – gładką blachą, blachą perforowaną albo blachą z wypustkami (tzw. tanged), które wbijają się w grafit i trzymają go mechanicznie.

Przykładem jest PLASTCAR GWM: dwie warstwy grafitu ekspandowanego o czystości co najmniej 99,5 %, zbrojone perforowaną blachą ze stali nierdzewnej AISI 316L o grubości 0,1 mm. Według karty technicznej płyta pracuje w temperaturze od −250 do 450 °C w sposób ciągły, chwilowo do 550 °C, przy ciśnieniu do 12 MPa. Oznaczenie wg DIN 28091-4 to GR-1M-Cr. Płyty są dostępne w grubościach 1,0, 1,5, 2,0 i 3,0 mm. Pamiętaj, że maksymalne ciśnienie i maksymalna temperatura nie występują jednocześnie.

Temperatura: powietrze to nie to samo co para

Grafit sam w sobie znosi bardzo wysokie temperatury, ale ma jedną słabość – w obecności tlenu zaczyna się utleniać, czyli powoli „wypalać”. Proces przyspiesza wraz z temperaturą i zaczyna się od krawędzi uszczelki, które mają kontakt z powietrzem lub medium utleniającym. Uszczelka nie rozsypuje się od razu, ale z czasem traci masę, grubość i nacisk, aż połączenie zaczyna przeciekać.

Dlatego dla grafitu zawsze trzeba pytać nie tylko o temperaturę, ale też o środowisko:

• Para wodna i media beztlenowe – tu grafit czuje się najlepiej i to z myślą o nich najczęściej się go dobiera.
• Powietrze, spaliny, gorące gazy z tlenem – dopuszczalna temperatura jest wyraźnie niższa niż w parze, a uszczelka zużywa się od zewnętrznej krawędzi.
• Silne utleniacze (np. stężony kwas azotowy, kwas chromowy) – grafit nie jest dla nich odpowiedni niezależnie od temperatury.

Na znaczenie ma też metal wkładki. Przy bardzo wysokiej temperaturze o trwałości uszczelki może decydować nie grafit, lecz blacha i jej zachowanie w danym medium. Ostateczną granicę zawsze wyznacza karta techniczna konkretnej płyty.

Grafit na tle innych materiałów

Tabela pokazuje tendencje, a nie wartości katalogowe. Do mediów chemicznie agresywnych w umiarkowanej temperaturze zwykle lepiej sprawdza się PTFE – zob. poradnik Uszczelki PTFE – zalety i wady.

Do jakich instalacji wybrać uszczelkę grafitową

Typowe miejsca pracy uszczelek grafitowych to kołnierze rurociągów parowych i kondensatu, armatura w ciepłowniach, kotłowniach i elektrociepłowniach, wymienniki ciepła, instalacje oleju termalnego oraz rurociągi węglowodorów w rafineriach i zakładach chemicznych. Grafit dobrze znosi też zmienne obciążenia cieplne, przy których płyty ze spoiwem gumowym szybko się starzeją.

Przy kołnierzach i armaturze ze stali nierdzewnej warto zwrócić uwagę na czystość grafitu. Karty dobrych płyt podają zawartość popiołu, siarki i chlorków – im mniej zanieczyszczeń, tym mniejsze ryzyko korozji przylgi pod uszczelką. Dla PLASTCAR GWM karta podaje popiół do 0,5 %, siarkę do 300 ppm i chlorki do 50 ppm. Ogólne zasady doboru materiału do pary opisaliśmy w poradniku Płyta uszczelkarska do pary – jak dobrać?.

Montaż uszczelki grafitowej

Grafit wybacza nierówności kołnierza, ale nie wybacza nieostrożnego obchodzenia się z uszczelką przed montażem. Kilka zasad, które oszczędzają reklamacji:

• Przenoś uszczelkę płasko, najlepiej na sztywnej podkładce. Zgięcie lub złamanie zostawia rysę, przez którą medium znajdzie drogę.
• Nie dotykaj powierzchni uszczelniającej narzędziami i nie podważaj uszczelki śrubokrętem – grafit łatwo się wgniata i rysuje.
• Oczyść przylgi kołnierzy ze starej uszczelki, rdzy i resztek past. Grafit wypełni drobne rysy, ale nie głębokie wżery.
• Nie smaruj uszczelki pastami i smarami, chyba że dopuszcza to producent płyty – mogą one obniżyć tarcie i spowodować wyciskanie uszczelki.
• Dokręcaj śruby na krzyż, w kilku przejściach, do nacisku zalecanego dla danej płyty. Grafit ma mały powrót sprężysty, więc za słaby docisk trudno później nadrobić.
• Nie używaj uszczelki ponownie. Po rozkręceniu połączenia grafit jest trwale odkształcony.

Kiedy płyta grafitowa nie wystarczy

Przy wysokich klasach ciśnienia, dużych średnicach, silnych drganiach albo częstym rozruchu instalacji płaska uszczelka z płyty może okazać się zbyt słaba. Wtedy stosuje się rozwiązania łączące metal i grafit w inny sposób – przede wszystkim uszczelki spiralne z wypełnieniem grafitowym, a w skrajnych przypadkach uszczelki metalowe. O tym, czy wystarczy płyta, decydują parametry pracy, typ i klasa kołnierza oraz wymagania zakładu lub projektanta instalacji.

Uszczelki grafitowe wycięte na wymiar

W PLASTCAR wycinamy uszczelki z płyt grafitowych, płyt uszczelkarskich i ponad 50 innych materiałów z magazynu nożem oscylacyjnym CNC – od jednej sztuki do wielotysięcznych serii, według rysunku, pliku DXF lub starej uszczelki. Wymiary możesz wpisać w konfiguratorze uszczelek albo przesłać w zapytaniu. Podaj medium, temperaturę, ciśnienie i typ kołnierza, a pomożemy wybrać między płytą grafitową, bezazbestową i uszczelką spiralną oraz przygotujemy wycenę.