Dịch vụ hút chân không tạo ra ứng suất đặc biệt cho phớt làm nóng PFA. Sự chênh lệch áp suất-áp suất khí quyển bên ngoài bể (1 bar) so với gần-chân không bên trong (xuống tới 0,01 bar tuyệt đối)-tạo ra một lực thực từ bên ngoài lên cụm phốt. Đối với sự thâm nhập của lò sưởi có đường kính 50 mm điển hình, tổng lực đạt tới 200–400 N (20–40 kg) khi cố gắng kéo lò sưởi ra khỏi thành bể. Đồng thời, chân không hút bất kỳ chất dễ bay hơi nào (nước, dung môi, hơi axit) ra khỏi các khoảng trống cực nhỏ trong vòng đệm, có khả năng làm suy giảm PFA hoặc bề mặt bịt kín. Trong số các vòng đệm khớp nối có ren, mặt bích và nén, kết nối mặt bích với miếng đệm đàn hồi bị kẹt (FKM hoặc FFKM) bảo vệ tốt nhất tính toàn vẹn của bộ gia nhiệt PFA trong chân không. Đầu nối nén (loại ống sắt) hoạt động ở mức chấp nhận được đối với chân không vừa phải (xuống tới 0,1 bar) nhưng không hoạt động ở chân không cao hơn do hiện tượng rão PFA. Kết nối ren (NPT hoặc BSP) không phù hợp với bất kỳ dịch vụ chân không nào vì ren PFA không thể duy trì độ kín khí-dưới áp suất âm.
Hành vi bịt kín trong chân không: Cơ chế thất bại
Trong chân không, cơ chế bịt kín đảo ngược với dịch vụ áp suất. Trong dịch vụ áp suất dương, áp suất bên trong đẩy bộ gia nhiệt PFA ra ngoài so với vòng đệm, tăng cường tiếp xúc. Trong chân không, áp suất khí quyển bên ngoài đẩy bộ gia nhiệt vào trong, nhưng chênh lệch áp suất nhỏ hơn nhiều (có thể có tối đa 1 bar so với . 10 bar trong dịch vụ áp suất). Chế độ hư hỏng nghiêm trọng không phải là-bị thổi bay mà là rò rỉ qua các kênh cực nhỏ. Khi chân không hút không khí từ bên trong bể, bất kỳ đường rò rỉ nào từ bên ngoài sẽ gây ra rò rỉ vào bên trong (không khí vào trong bể), điều này không thể chấp nhận được trong các quy trình chân không đòi hỏi khí quyển trơ hoặc độ tinh khiết hóa học.
Đối với các kết nối PFA có ren (NPT hoặc BSP), việc bịt kín phụ thuộc vào sự can thiệp của ren. PFA có tính đàn hồi nhớt và sẽ bị dão dưới tải trọng kéo dài. Trong điều kiện chân không, việc thiếu áp suất bên trong để tạo áp lực lên các sợi ren trên bề mặt tiếp xúc làm cho các sợi này giãn ra sự phù hợp với sự giao thoa của chúng. Sau 24–72 giờ trong điều kiện chân không, kết nối PFA dạng ren thường có tốc độ rò rỉ từ 10⁻² đến 10⁻¹ mbar·L/s-không thể chấp nhận được đối với hầu hết các ứng dụng chân không. Chất bịt kín ren (băng hoặc bột nhão PTFE) mang lại sự cải thiện tạm thời nhưng băng sẽ bò trong chân không và dán các hợp chất dễ bay hơi ra ngoài làm ô nhiễm buồng chân không.
Các phụ kiện nén (loại ống nối, tương tự như Swagelok nhưng có ống nối PFA) bịt kín bằng cách nén ống nối polyme vào ống PFA và thân phụ kiện. Trong điều kiện chân không, lớp bịt ban đầu có thể giữ được. Tuy nhiên, PFA bị biến dạng dưới sức ép kéo dài của ống sắt. Sau 500–2.000 giờ trong điều kiện chân không, ống sắt mất 20–40% lực nén. Tỷ lệ rò rỉ thu được tăng từ<10⁻⁵ mbar·L/s (acceptable for high vacuum) to 10⁻³–10⁻² mbar·L/s (unacceptable). Re-tightening the compression nut can restore the seal, but each re-tightening reduces the remaining PFA wall thickness under the ferrule, limiting the number of cycles.
So sánh phương pháp niêm phong trong chân không
| Phương pháp niêm phong | Độ chân không tối đa có thể đạt được (áp suất tuyệt đối) | Tốc độ rò rỉ ban đầu (mbar·L/s) | Tỷ lệ rò rỉ sau 1.000 giờ ở 0,01 bar | Leo dốc-Thất bại liên quan? | Tỷ lệ thoát khí (nước, chất hữu cơ) | Ứng dụng tốt nhất |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Ren NPT (PFA với kim loại) | 0,5 bar (chân không kém) | 10⁻¹–10⁰ | 10⁰–10¹ (xấu đi) | Có, chủ đề thư giãn trong vài ngày | Cao (khí thoát ra từ keo dán ren) | Không nên dùng cho chân không |
| Ren bằng băng PTFE | 0,2 thanh | 10⁻²–10⁻¹ | 10⁻¹–10⁰ | Vâng, băng leo | Rất cao (băng thoát khí) | Chỉ tạm thời |
| Phụ kiện nén (ống nối đơn, PFA) | 0,05 thanh | 10⁻⁴–10⁻³ | 10⁻³–10⁻² (sau 1.000 giờ) | Vâng, ferrule leo | Trung bình (khí thải từ polymer ferrule) | Chân không thấp, chân không không liên tục |
| Phụ kiện nén (ống kim loại trên PFA) | 0,01 thanh | 10⁻⁵–10⁻⁴ | 10⁻⁴–10⁻³ (sau 1.000 giờ) | Có, PFA dưới dây sắt | Thấp (ống kim loại, lượng khí thoát ra tối thiểu) | Chân không trung bình; kiểm tra hàng năm |
| Mặt bích với miếng đệm đàn hồi (FKM) | 10⁻⁵ bar (chân không cao) | <10⁻⁶ | <10⁻⁶ | Không, miếng đệm duy trì lực nén | Thấp (Tốc độ thoát khí FKM 10⁻⁷–10⁻⁶ mbar·L/s·cm²) | Quy trình sạch, chân không cao |
| Mặt bích với miếng đệm đàn hồi (FFKM, perfluoroelastomer) | 10⁻⁷ bar (chân không cực cao) | <10⁻⁸ | <10⁻⁸ | Không, FFKM ổn định | Rất thấp (FFKM thoát khí tối thiểu sau khi nướng-) | -Chân không cực cao, hóa chất mạnh |
| Mặt bích bằng gioăng kim loại (đồng hoặc nhôm) | thanh 10⁻⁹ | <10⁻¹⁰ | <10⁻¹⁰ | Không, kim loại không bò | Không có (kim loại thải khí không đáng kể sau khi nướng) | Chân không cực cao (lò chân không, nghiên cứu) |
| Rãnh vòng O{0}}trong mặt bích PFA (phớt liền) | thanh 10⁻³ | 10⁻⁵–10⁻⁴ | 10⁻⁴–10⁻³ | Có, PFA leo dưới vòng O{0}} | Thấp | Độ chân không thấp,-nhạy cảm với chi phí |
Thiết kế kết nối mặt bích cho dịch vụ chân không
Đối với các ứng dụng chân không xuống tới 0,01 bar (10 mbar tuyệt đối), nên sử dụng kết nối mặt bích với miếng đệm FKM bị kẹt. Mặt bích nén miếng đệm giữa mặt bích dự phòng bằng kim loại và thành bể. Bộ gia nhiệt PFA có một mặt bích tích hợp (đúc hoặc hàn). Các đặc điểm thiết kế chính để đảm bảo tính toàn vẹn của chân không: (1) miếng đệm phải được giữ hoàn toàn trong rãnh để tránh bị đùn; (2) lực nén phải được tác dụng bằng bu lông và vòng đệm kim loại, không chỉ thông qua PFA; (3) mặt bích PFA phải có vòng chèn kim loại hoặc vòng dự phòng để phân phối tải trọng bu lông mà không bị dịch chuyển. Đối với chân không dưới 0,01 bar (chân không cao, 10⁻⁵ mbar hoặc thấp hơn), cần có miếng đệm FFKM (Kalrez hoặc Chemraz) do lượng khí thoát ra thấp hơn. Các bu lông mặt bích phải được vặn đến một giá trị xác định (thường là 5–10 N·m đối với bu lông M8) và -được vặn lại sau 24 giờ để bù cho độ biến dạng PFA ban đầu. Sau khi vặn lại, phốt mặt bích vẫn ổn định trong nhiều năm trong điều kiện chân không liên tục.
Đối với các ứng dụng chân không cực cao (10⁻⁶ mbar trở xuống), miếng đệm kim loại (đồng hoặc nhôm) được nén giữa bộ gia nhiệt mặt bích PFA- và cổng bình chứa kim loại là phương pháp đáng tin cậy duy nhất. Tuy nhiên, miếng đệm kim loại yêu cầu mô-men xoắn bu-lông cao (20–30 N·m) có thể làm hỏng mặt bích PFA. Trong những trường hợp như vậy, bộ sưởi phải có mặt bích kim loại được bao bọc hoàn toàn (PFA được đúc trên vòng thép không gỉ) để vòng đệm kim loại-đến-kim loại không sử dụng lực nén PFA.
Xác minh hiện trường cho việc lắp đặt chân không hiện có
Đối với lò sưởi hiện có được lắp đặt trong chân không có dấu hiệu rò rỉ (áp suất tăng trong buồng chân không, nhiễm bẩn từ hơi nước), hãy thực hiện kiểm tra rò rỉ khí heli. Kết nối máy dò rò rỉ khí heli với đường chân không của bể và phun khí heli xung quanh vòng đệm lò sưởi. Tốc độ rò rỉ vượt quá 10⁻⁵ mbar·L/s cần phải hàn lại. Đối với các phụ kiện nén, lần thử đầu tiên phải là -xoay lại đai ốc (tăng mô-men xoắn thêm 20% so với giá trị ban đầu). Nếu rò rỉ vẫn tiếp tục, hãy thay vòng đệm. Đối với các kết nối mặt bích có gioăng đàn hồi, việc vặn lại-bu lông theo thông số kỹ thuật ban đầu thường khôi phục lại tính toàn vẹn của vòng đệm. Nếu vẫn tiếp tục rò rỉ sau khi{10} vặn lại, hãy thay miếng đệm. Các kết nối mặt bích có thể tồn tại sau 5–10 lần thay thế miếng đệm trong suốt vòng đời của lò sưởi. Các kết nối ren trong chân không bị rò rỉ không thể sửa chữa được một cách đáng tin cậy; toàn bộ cụm xuyên thấu nên được thay thế bằng thiết kế có mặt bích.
Kết luận: Mặt bích có miếng đệm bị mắc kẹt Tốt nhất cho chân không
Để duy trì tính toàn vẹn của bộ gia nhiệt PFA trong chân không, kết nối mặt bích với miếng đệm đàn hồi bị kẹt (FKM cho chân không vừa phải, FFKM cho chân không cao) tốt hơn so với các phụ kiện có ren hoặc nén. Các kết nối PFA có ren bò dưới chân không và rò rỉ trong vòng vài giờ đến vài ngày. Các phụ kiện nén ban đầu giữ chân không ở mức vừa phải (xuống tới 0,05 bar) nhưng kéo dài hàng trăm giờ, cần phải -siết chặt lại định kỳ và cuối cùng là thay thế. Các kết nối mặt bích với vòng đệm kín thích hợp và vòng dự phòng bằng kim loại duy trì tốc độ rò rỉ dưới 10⁻⁶ mbar·L/s trong nhiều năm trong điều kiện chân không liên tục xuống tới 10⁻⁵ bar. Các kỹ sư chỉ định bộ gia nhiệt PFA cho dịch vụ chân không nên yêu cầu các kết nối mặt bích có thông số mô-men xoắn và quy trình tái tạo mô-men xoắn. Đối với bất kỳ độ chân không nào dưới 0,1 bar tuyệt đối, các kết nối PFA có ren phải bị cấm theo thông số kỹ thuật. Chi phí bổ sung của kết nối mặt bích (thường cao hơn 20–40% so với kết nối ren) được thu hồi thông qua tính toàn vẹn chân không đáng tin cậy và loại bỏ thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến để bảo trì vòng đệm. Khi mức chân không yêu cầu áp suất dưới 0,01 bar, các miếng đệm FFKM và vòng dự phòng bằng kim loại không phải là tùy chọn-chúng bắt buộc phải có để đạt được và duy trì thời gian giữ chân không cần thiết.
