Уплотнительные прокладки, основные материалы для производства щелочного водорода

Уплотнительная прокладка является одним из ключевых материалов щелочной электролизер. Как основной компонент герметизации электролизера, качество его герметизации во многом определяет качество герметизации и изоляционных характеристик камеры электролизера и напрямую влияет на безопасность и надежность всей системы производства водорода электролизом щелочной воды.

1. Функция уплотнительной прокладки

(1) Функция уплотнения

Рабочее давление обычных щелочных электролизеров напорного типа обычно не превышает 1,6 МПа. Электролизер обычно имеет конструкцию фильтр-пресса. Система уплотнений представляет собой плоскую прокладку. Линия затворной воды открыта на краю рамы пластины, и модифицированный материал уплотнительной прокладки используется для обеспечения герметизации всего электролизера. Текущая среда внутри электролизера включает циркулирующий электролит и образующиеся водород и кислород. Функция уплотнительной прокладки – предотвратить утечку раствора электролита, водорода и кислорода из электролизера в условиях эксплуатации 30% раствор КОН, 90°С и 1,6 МПа.

(2) Функция изоляции

Помимо герметизирующих свойств, уплотнительная прокладка также должна обладать изоляционными свойствами, чтобы обеспечить изоляцию между двумя полюсными рамами электролизной камеры и избежать коротких замыканий внутри камеры.

2. Строение уплотнительной прокладки и ее положение в электролизере.

Уплотнительная прокладка имеет форму кольца. В прокладке необходимо просверлить отверстия, чтобы обеспечить пространство для потока электролита внутри электролизера. В то же время необходимо обработать установочные отверстия уплотнительной прокладки, чтобы облегчить установку уплотнительной прокладки.

В камере электролизера имеется только одна уплотнительная прокладка, которая расположена между пластиной и диафрагмой в области анода. Внешний край уплотнительной прокладки совпадает с внешним краем опорной рамы, а положение внутреннего кольца и края обычно превышает край диафрагмы примерно на 10 мм. Следовательно, ширина уплотнительной прокладки включает в себя ширину прокладки, перекрывающей ватерлинию уплотнения, ширину отверстия канала потока на прокладке и ширину перекрытия между прокладкой и диафрагмой.

3. Материал уплотнительной прокладки

Поскольку уплотнительная прокладка должна играть изолирующую роль, ее характеристики улучшаются главным образом за счет модификации изолирующего уплотнительного материала. Модифицированные фторопласты — это тип уплотнительного материала, наиболее интенсивно и глубоко изученный при электролизе щелочной воды. В настоящее время большинство отечественных электролизных щелочноводных герметизирующих материалов представляют собой углеродные волокна, дисульфид молибдена и др. в качестве армирующих наполнителей, наполненных политетрафторэтиленом, которые получают путем формования и спекания. Используемые в настоящее время уплотнительные материалы по-прежнему склонны к хладотекучести и ползучести при высокой температуре и высоком давлении, а также при периодическом отключении щелочных электролизеров, что приводит к утечкам из электролизера, что влияет на срок службы электролизера.

При исследовании характеристик материалов уплотнительных прокладок мы обычно рассматриваем три основных параметра: твердость по Виккерсу, характеристики отскока при сжатии и характеристики релаксации при ползучести.

Твердость по Виккерсу: Твердость является одним из комплексных показателей эффективности, состоящим из ряда механических свойств, таких как эластичность, пластичность и прочность уплотнительных материалов. С его помощью можно измерить способность поверхности уплотнительного материала противостоять механическому давлению, а также в определенной степени охарактеризовать степень сцепления между армирующим наполнителем и телом из политетрафторэтилена. Твердость уплотнительного материала может в определенной степени повысить способность поверхности материала противостоять механическому давлению и является эффективным средством повышения прочности материала на сжатие.

Упругость при сжатии: Упругость при сжатии отражает упругую или пластическую деформацию уплотнительного материала, заполняет дефекты на уплотнительной поверхности и выполняет упругую компенсацию для сохранения уплотняющей способности. Это важный показатель для измерения эффективности герметизирующего материала.

Характеристики релаксации при ползучести. Характеристики релаксации при ползучести являются одним из наиболее важных свойств, характеризующих уплотнительный материал, отражая способность материала прокладки противостоять релаксации напряжений и деформации. Для модифицированных уплотнительных прокладок из ПТФЭ релаксация ползучести является основной причиной протечек в системе болт-фланцев в течение срока службы и играет решающую роль в герметизирующей способности поверхности соединения и сроке службы прокладки. Как правило, чем меньше скорость релаксации ползучести, тем больше остаточная нагрузка сжатия и тем лучше долговременные характеристики уплотнения.

4. Процесс изготовления уплотнительной прокладки

В настоящее время процесс производства уплотнительных прокладок обычно основан на использовании углеродного волокна, полифениленсульфида (PPS) и дисульфида молибдена (MoS2) в качестве армирующих наполнителей и производится методом компрессионного спекания в форме.

Предварительно обработанный политетрафторэтилен (ПТФЭ) и смешанный наполнитель взвешивают согласно соотношению, заливают в высокоскоростной смеситель с охлаждающей водой для смешивания, затем смесь помещают в форму и формуют таблетпрессом. После извлечения из формы получают предварительно отформованный образец толщиной 3 мм. Предварительно отформованный образец спекают и охлаждают в коробчатой печи сопротивления по определенной методике для получения готовой уплотнительной прокладки.