Poradnik
Gdy płyta z włóknami i spoiwem gumowym przestaje wytrzymywać temperaturę, w kołnierzach parowych i gorących rurociągach pojawia się grafit. Uszczelka grafitowa dobrze znosi parę, wysoką temperaturę i cykle grzania, ale ma też swoje ograniczenia – przede wszystkim utlenianie w powietrzu i wrażliwość na uszkodzenia przy montażu. Wyjaśniamy, jak jest zbudowana i kiedy warto ją wybrać.
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
| Cecha | Płyta grafitowa zbrojona | Płyta z włókien i NBR | PTFE |
|---|---|---|---|
| Wysoka temperatura | bardzo dobrze | średnio, ogranicza spoiwo | słabo, rośnie pełzanie |
| Para wodna | bardzo dobrze | dobrze w umiarkowanych parametrach | ograniczone |
| Cykle grzania i chłodzenia | dobrze | średnio | słabo |
| Silne utleniacze | nie | zwykle nie | bardzo dobrze |
| Odporność na uszkodzenia przy montażu | niska, wymaga ostrożności | dobra | dobra |
| Powrót sprężysty | mały | średni | bardzo mały |
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.
Dobierzemy uszczelkę do pary
Opisz medium, temperaturę i ciśnienie – dobierzemy materiał i przygotujemy wycenę.
Uszczelki wycięte na wymiar
Z płyt uszczelkarskich, gumy, silikonu, pianek i PTFE wycinamy uszczelki według rysunku, pliku DXF lub wzoru – już od jednej sztuki.