Korrosionsbeständig bergborrtätning: Hållbar i hårda förhållanden

Tätningens fel i en bergborrmaskin som arbetar i en aggressiv miljö börjar sällan med synlig korrosion på elastomerytan. Den börjar med svullnad. Tätningsmaterialet absorberar vätska eller ånga från miljön – surt gruvvatten, emulgerad skärvätska, hydraulolja förorenad av vattentillträde – och elastomeren expanderar bortom den designade spårets spelrum. Läppens geometri förvrängs. Kontaktrycket mot borrhålsväggen ändras från den designade tätkraften till oförutsägbar punktbelastning. Inom några hundratal drifttimmar börjar den tätning som såg bra ut vid visuell inspektion att släppa igenom läckage.

Designen för anti-korrosionsförsegling tar itu med den initiala svällningsmekanismen, inte med den efterföljande felmodellen. Valet av en elastomersammansättning med låg vätskeabsorption i den specifika miljön – oavsett om det gäller saltvatten från grundvatten i en kustnära gruva, svavelsyrlig dräneringsvatten i en kopparverksamhet eller högpH-spolvatten i ett cementtunnelprojekt – avgör om förseglingen håller 200 timmar eller 600 timmar mellan utbyten. Geometrin och installationen är sekundära jämfört med valet av sammansättning.

Kemin bakom korrosionsbeständighet hos elastomerer

Nitrilkautschuk (NBR) är den mest använda elastomeren i hydrauliska tätningsringar på grund av dess god motstånd mot mineraloljor och de flesta hydraulvätskor. Dess svaghet är att de omättade kol-kol-dubbelbindningarna i butadienryggraden är känsliga för angrepp av ozon, högre temperaturer och vissa kemiska ämnen. I en gruvmiljö med temperaturer under 60 °C och ren hydraulolja fungerar NBR tillfredsställande. Om surt vatten tränger in, om omgivningstemperaturen stiger eller om en syntetisk hydraulvätska som innehåller esterbaserade tillsatser används, minskar NBR:s livslängd markant.

HNBR – hydrogeniserad nitrilkautschuk – innebär att väteatomer läggs till över de osättade bindningarna i polymerkedjan under syntesen, vilket ersätter de reaktiva dubbelbindningarna med stabila enkelbindningar. Nitrilgrupperna, som ger oljetålig egenskap, bevaras; känsligheten för ozon och värme minskar kraftigt. HNBR behåller användbara elastiska egenskaper upp till 150 °C vid kontinuerlig belastning och motstår angrepp från borrvätskor, emulgerade oljor och saltvatten som skulle försämra standard-NBR inom loppet av några veckor. Den kommercialiserades första gången 1984 och har sedan dess blivit standardvalet för dynamiska tätningsringar i hydraulsystem som används i extremt krävande miljöer.

PTFE använder en helt annan metod. Dess kol-fluor-ryggrad – med den starkaste bindningen inom organisk kemi – är inaktiv mot nästan alla kemikalier som påträffas inom gruvdrift och byggsektorn. Den sväller inte upp i syror, baser, lösningsmedel eller saltvatten. Begränsningen är mekanisk: PTFE är ett styvt polymermaterial med låg elasticitet och kräver en fjäderdriven förstärkning eller stödelement för att bibehålla tätningen vid slitage. För statiska tätningssystem, O-ring-säten i ventilblock och statiska gränssnitt i spolboxar överträffar PTFE-komponenter elastomerbaserade alternativ avsevärt när det gäller livslängd i kemiskt aggressiva miljöer.

Kategorier för hårda förhållanden och matchande tätningmaterial

Valet av tätningsmaterial för de statiska kretsarna – O-ringar i ventilblocket, ackumulatoranslutningstätningsringar, tätningsringar för spolvatteninmatning – påverkar ofta underhållsintervallet mer än den dynamiska slagtätningsringen. Statiska tätningsringar som utsätts för aggressivt spolvatten står stilla mellan borrningscykler och är doppade i den kemiska blandning som spolvattenkretsen innehåller. En NBR O-ring i en hög-pH-tunnelvattenkrets kan misslyckas genom kompressionsdeformation inom 100 timmar efter första våtningen, även om borrningen endast har varit i drift i 20 slagtimmar under samma period.

Identifiera felmoder i aggressiva miljöer innan de eskalerar

Tre mönster indikerar miljöangrepp på tätningsringar snarare än normal cyklisk slitage. För det första: asymmetrisk förslitning av tätningsytan – normalt slitage ger jämn kontaktflätytets erosion över läppens omkrets. Kemisk svullnad förvränger läppens geometri asymmetriskt, vilket ger ett slitemönster som följer riktningen för maximal svullnad. För det andra: ovanlig färgförändring i återförda hydrauloljan – en grönaktig eller mjölkaktig nyans i den hydrauliska returkretsen indikerar vattemulsion, ofta orsakad av en skadad spolboxtätning som tillåter vattentillträde till slagkretsen. För det tredje: gelbildning – vissa kemiska angreppsserier får elastomerfragment att delvis lösa upp sig i hydraulvätskan, vilket ger en gelartad förorening som täpper filterelement snabbare än vanligt och kan orsaka skavskador på de precisionsbestämda spelen i ventilblocket.

Någon av dessa tecken kräver en fullständig inspektion av tätningssatsen innan nästa schemalagda serviceintervall, inte vid det tillfället. Att använda en kemiskt nedbruten tätning fram till den schemalagda utbytespunkten gör att felet kan sprida sig till bockytan, vilket ökar omfattningen av reparationen från en tätningssatsbyte till en nygrinding av bocken eller utbyte av huset.

HOVOO korrosionskyddande tätningssatser för gruv- och tunnelapplikationer

HOVOO levererar packningsset för bergborrning med alternativ av HNBR och PTFE för de vanligaste driftarmodellerna i applikationer med aggressiva miljöer. Standard-PU-setet är lämpligt för de flesta tempererade klimatområden och rengöringsoperationer med rent vatten. HNBR-set är att rekommendera för operationer där omgivningstemperaturen vid borransiktet överskrider 40 °C under längre tid, där surt grundvatten används som rengöringsmedium eller där hydrauloljan i returledningen överstiger 80 °C. PTFE-stödpackningar för statiska kretsar finns separat tillgängliga för installationer i alkaliska tunnelprojekt eller kustnära operationer med saltvattensinträring.

Att specificera felaktig materialblandning i en känd aggressiv miljö och sedan byta ut packningssetet med dubbel frekvens är dyrare än att beställa rätt materialblandning en gång. HOVOOs modellspecifika referenser, inklusive materialbeteckning för varje driftarapplikation, finns listade på hovooseal.com.