Behälteröffnungen, Handlöcher stellen besondere Herausforderungen bei der Abdichtung

Es gibt viele Arten von Flanschöffnungen, die als Mann- und Handlöcher dienen und den Zugang zu Tanks und anderen Arten von geschlossenen Behältern ermöglichen. Einige verwenden Standard-ASME-Typ-Flansche und werden ähnlich wie Flanschrohrverbindungen verschraubt. Interne Mannlöcher und Handlöcher haben Abdeckungen oder Platten, die in einen Behälter passen und gegen eine Dichtung und einen externen Flansch zurückgezogen werden.

Diese Konstruktionen stellen eine Reihe von Dichtungsherausforderungen. Zum Beispiel sind Flanschoberflächen oft nicht perfekt. Außerdem passt eine runde Abdeckung nicht durch eine runde Öffnung, da sie größer als die Öffnung sein muss, um ihre Funktion zu erfüllen. Daher sind die Dichtungen für diese Flansche normalerweise oval oder rund, sodass die Abdeckungen seitlich gedreht werden können, um durch die Öffnungen zu passen.

Ovale Dichtungen behalten eine glatte Krümmung bei und bieten ausreichende Ringfestigkeit für die Herstellung und Installation. Im Gegensatz dazu enthalten runde Dichtungen einen geraden Abschnitt, der ihre radiale Festigkeit begrenzt. Diese Dichtungen werden nach OEM-Spezifikationen in einer Vielzahl von Größen hergestellt und werden normalerweise vom Innendurchmesser (ID) bemessen. Sowohl die Haupt- als auch die Nebenachse werden zusammen mit der Flanschbreite der Dichtung abgegrenzt. Bei Dichtungen mit Innenring muss auch die Breite des Rings angegeben werden.

Abbildung 1. Der einzelne Stehbolzen an dieser Mannlochabdeckung übt eine geringe, ungleichmäßige Druckkraft auf die Dichtung aus und dichtet den geflanschten Zugang zum Behälter ab.

Innenliegende Mannlochdeckel, die mit diesen Dichtungen abgedichtet werden, haben normalerweise nur einen oder zwei Stehbolzen, die in der Mitte des Deckels angeschweißt sind (Abbildung 1). Diese werden durch ein Joch montiert, das die Öffnung überbrückt, damit die Schrauben den Deckel zurück gegen die Dichtung ziehen können. Diese Begrenzung der Verschraubung führt in Kombination mit dem Abstand zwischen den Schrauben und der Dichtung zu einer geringen und oft ungleichmäßigen Druckkraft.

Da sich das Mannloch in einem Tank oder Behälter befindet, wirkt der Innendruck anders auf die Baugruppe als bei einer herkömmlichen Schraubflanschverbindung. Bei letzterem wirkt der Innendruck, um die Flansche zu trennen und die Dichtung zu entlasten. Bei einem Mannloch drückt der Innendruck den Flansch tatsächlich in Position, belastet die Dichtung und erzeugt in vielen Fällen eine höhere Druckkraft als die Schrauben (Abbildung 2). Trotzdem erreicht diese dynamische Druckbelastung selten die empfohlenen Werte.

Abbildung 2. Der Innendruck auf den Schachtabdeckungen kann die Druckkraft der Schrauben überschreiten und dient zum Sitzen und Laden der Dichtung.

Druckbehälter verwenden üblicherweise Innensitze und manchmal Flügeltüren für den Zugang zum Inneren. Solche Türen müssen so ausgerichtet sein, dass der interne Systemdruck eine ausreichende Spannung erzeugt, um die Mannlochdichtungen zu befestigen. Mit steigendem Innendruck steigt auch die Belastung der Dichtungen, ein Faktor, der berücksichtigt werden muss, um die Dichtungen optimal an die Behälterauslegungsdrücke anzupassen. Systeme mit niedrigerem Druck erfordern weichere, leichter verformbare Dichtungen, die jedoch an den Enden, an denen die Kompression gering ist, ausblasen können. Umgekehrt erfordern Behälter mit höherem Druck steifere Dichtungen mit höherer Dichte, wie z. B. metallverstärkte Dichtungen, die schwer abzudichten sein können.

Für die Zwecke dieser Diskussion ist es hilfreich zu verstehen, dass eine Dichtfläche normalerweise bis zur Innenkante der Dichtung gemessen wird. Eine ovale Form wird also als Innenbreite x Innenlänge x Breite der Dichtungsoberfläche ausgedrückt – z. Eine Dichtung, die als 12 Zoll x 16 Zoll x 1 Zoll x 1/8 Zoll aufgeführt ist, hat Innenmaße von 12″x 16″, mit einer 1″ Flanschbreite und ⅛″ Dicke.

Dichtung

Es gibt verschiedene Arten von Dichtungen, die zum Abdichten von Mann- und Handlöchern in Druckbehältern geeignet sind. Spiralgewickelte Dichtungen sind sowohl für Anwendungen mit niedrigerem Druck (weniger als 999 psi) als auch für höhere Drücke (größer oder gleich 1.000 psi) erhältlich. Obwohl ihre Druckbelastungen normalerweise unter den empfohlenen Werten liegen, dichten sie normalerweise effektiv ab. Hergestellt aus langen dünnen Metallstreifen, gewickelt und mit einem weichen Material zwischen den Wicklungen oder Umwicklungen gefüllt, sind diese Dichtungen in zwei Konfigurationen erhältlich – nur Wicklungen und Wicklungen mit inneren Kompressionsringen.

Systeme mit niedrigerem Druck erfordern die Verwendung eines dickeren Füllstoffs, um die Dichtung weicher zu machen, während Behälter mit höherem Druck Dichtungen mit einer dünneren Füllmenge erfordern. Dies erhöht nicht nur die Anzahl der Metalllagen in der Dichtung, sondern macht sie auch dichter und widerstandsfähiger gegen höhere Druckbelastungen. Der Systemdruck wird auf den Außendurchmesser (AD) der Dichtung ausgeübt, die an der Schnittstelle zwischen Tür und Behälter sitzt. Dadurch werden Dichtungsfehler leicht sichtbar, wenn die Dichtung zum Innendurchmesser der Verbindung vorsteht. Wo diese Art von Versagen beobachtet wurde und bei Anwendungen mit Hochdruckzyklen, kann ein Vollmetall-Innenring für die Dichtung konstruiert werden.

Die erste Wahl für Mannlöcher mit Innendrücken unter 1.000 psig sind gewellte Metallkerndichtungen mit Graphitbeschichtung (Abbildung 3). Diese Dichtungen bestehen aus einem relativ dicken Metallkern, der gewellt ist, um konzentrische oder parallele Rippen zu erzeugen, und mit Graphitplattenmaterial beschichtet ist. Sie funktionieren am besten, wenn die Flanschbreite der Dichtung einen halben Zoll oder mehr beträgt. Bei Flanschbreiten von weniger als einem halben Zoll sollte der Dichtungslieferant konsultiert werden.

Abbildung 3. Gewellte Metallkerndichtungen mit Graphitbeschichtung werden für Mannlöcher mit Innendrücken von weniger als 1.000 psig und einer Flanschbreite von einem halben Zoll oder mehr empfohlen.

Flexible Graphitplatten können verwendet werden, um Kesselschächte und Handlöcher wirksam abzudichten, solange die Dichtung mindestens einen halben Zoll breit ist und vorzugsweise dreiviertel Zoll oder mehr. Für Verbindungen, die eine Dichtungsbreite von weniger als einem halben Zoll erfordern, sollten spiralförmig gewickelte Dichtungen verwendet werden, da eine ungleichmäßige Druckbelastung die Graphitplattendichtung beeinträchtigen kann. Die meisten Graphitplattendichtungen enthalten einen Metalleinsatz und in einigen Fällen mehrere Einsätze, um die Handhabung zu erleichtern, ohne die Dichtung zu beschädigen.

Abbildung 4. Kammprofile-Dichtungen dichten unvollkommene Flansche ab und halten extremen Temperatur- und Druckschwankungen stand.

Kammprofil-Dichtungen (Bild 4) sind eine hervorragende Alternative für Anwendungen, bei denen die verfügbare Sitzspannung für eine Spiraldichtung zu gering ist, aber Dichtungsquerschnitt, Systemdrücke, Oberflächenunebenheiten und andere Bedingungen dem Einsatz von flexiblem Graphit nicht förderlich sind oder nichtmetallische Dichtungsmaterialien. Diese Art von Dichtungen bestehen aus einem Metallring mit tiefen Rillen, der mit einem weichen Material wie expandiertem Graphit, mikrozelligem PTFE oder expandiertem PTFE beschichtet ist.

PTFE-Dichtungen mit hoher Kompressibilität und geringem Kriechen sind biaxial orientiert, entweder mit einer mikrozellularen Struktur oder mit Mikroballons gefüllt. Sie wurden erfolgreich zum Abdichten von Mannloch- und Handlochflanschen für chemische Anwendungen verwendet, werden jedoch normalerweise nicht für Dampf-/Kesselanwendungen empfohlen. Die folgende Tabelle bietet eine schnelle Referenz für die Anpassung von Dichtungen an die Betriebsbedingungen.

Installation

Da Mannloch- und Handlochdichtungen im Inneren eines Behälters installiert werden, werden manchmal druckempfindliche Klebstoffe verwendet, um sie an den Deckeln anzubringen. Diese Klebstoffe werden jedoch bei Dampftemperaturen weich oder schmelzen und können im chemischen Betrieb zerfallen.

Nichtmetallische Dichtungen sollten ohne Klebstoff montiert werden, aber mit ein paar kleinen Spritzern von Kontaktklebstoff können sie in Position gehalten werden. Metalldichtungen sind mit Haltelaschen erhältlich, um sie während der Installation in Position zu halten.

Das Abdichten von Inneneinstiegen und Handlöchern kann aufgrund der Druckunterschiede und anderer Bedingungen, denen sie ausgesetzt sind, schwierig sein. Die meisten Baugruppen erzeugen beim Verschrauben eine geringe Druckbelastung, und einige erzeugen hohe Druckspannungen, wenn Innendruck aufgebracht wird. Es sind verschiedene Arten von Dichtungen erhältlich, um diese Öffnungen abzudichten, aber ihre Wirksamkeit hängt von der Auswahl der richtigen Dichtungsart ab, die für die jeweilige Anwendung richtig dimensioniert ist.