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8大類密封圈墊片的選用解析

工業(yè)橡膠板

 

天然橡膠適用于水、海水、空氣、惰性氣體、堿類、鹽類水溶液等介質(zhì),但不耐礦物油和非極性溶劑,長(zhǎng)期使用溫度不超過(guò)90℃,低溫性能優(yōu)異,可在-60℃以上使用。

丁腈橡膠適用于石油類產(chǎn)品,如石油、潤(rùn)滑油、燃料油等,長(zhǎng)期使用溫度為120℃,如在熱油中可耐150℃,低溫為-10~-20℃。

 
 

氯丁橡膠適用于海水、弱酸、弱堿、鹽溶液,耐氧和臭氧老化性能優(yōu)異,耐油性次于丁腈橡膠而優(yōu)于其他通用橡膠,長(zhǎng)期使用溫度低于90℃,最高使用溫度不超過(guò)130℃,低溫為-30~-50℃。

 

氟橡膠有多個(gè)品種,它們分別具有良好的耐酸、耐氧化性能以及耐油、耐溶劑性能。可以在幾乎所有的酸類介質(zhì)以及一些油和溶劑中使用,長(zhǎng)期使用溫度低于200℃。

 
 

橡膠板材作為法蘭墊片,多用于管道或經(jīng)常拆卸的人孔、手孔,壓力不超過(guò)1.568MPa。因在各類墊片中,橡膠墊片最軟,貼合性能好,在較小的預(yù)緊力下就能發(fā)揮密封效果。正因如此,在承受內(nèi)壓時(shí),因墊片偏厚或硬度偏低而容易被擠出。

 
 
 

橡膠板材在苯、酮、醚等有機(jī)溶劑中使用,易出現(xiàn)溶脹、增重、變軟、發(fā)粘現(xiàn)象,導(dǎo)致密封失效。一般溶脹度超過(guò)30%就不能使用。

在低壓(尤其是0.6MPa以下)、真空情況下,采用橡膠墊較為適宜。橡膠材料致密性好,透氣率低。例如氟橡膠,最適宜作真空容器的密封墊片,真空度最高可達(dá)1.3×10-7Pa。橡膠墊在10-1~10-7Pa真空度范圍使用時(shí),需經(jīng)烘焙和抽氣處理。

石棉橡膠板

 

 

價(jià)格較其它墊片低,使用方便;最大問(wèn)題是:墊片材料雖然加入了橡膠和一些填充劑,仍無(wú)法將那些串通的微小孔隙完全填滿,存在微量滲透。故在污染性極強(qiáng)的介質(zhì)中,即使壓力、溫度不高也不能使用。

當(dāng)用于一些高溫油類介質(zhì)時(shí),通常在使用后期,由于橡膠和填充劑碳化,強(qiáng)度降低,材質(zhì)變疏松,便在界面和墊片內(nèi)部產(chǎn)生滲透,出現(xiàn)結(jié)焦和發(fā)煙現(xiàn)象。另外,石棉橡膠板在高溫下易粘結(jié)在法蘭密封面上,給更換墊片帶來(lái)了許多麻煩。

在受熱狀態(tài)下,墊片在各種介質(zhì)中的使用壓力取決于墊片材料的強(qiáng)度保持率。石棉纖維材料中存在著結(jié)晶水和吸附水。

  • 110℃時(shí),纖維之間的吸附水已有2/3析出,纖維的抗拉強(qiáng)度約降低10%;

  • 368℃時(shí),吸附水全部析出,纖維的抗拉強(qiáng)度約降低20%;

  • 超過(guò)500℃,結(jié)晶水開(kāi)始析出,強(qiáng)度則更低。介質(zhì)對(duì)石棉橡膠板的強(qiáng)度影響也很大。

例如,在航空潤(rùn)滑油和航空燃油中,400號(hào)耐油石棉橡膠板橫向抗拉強(qiáng)度相差80%,這是由于航空燃油對(duì)板材中橡膠的溶脹比航空潤(rùn)滑油嚴(yán)重之故??紤]到上述因素,國(guó)產(chǎn)石棉橡膠板XB450的推薦安全使用范圍:溫度250℃~300℃,壓力3~3.5MPa;400號(hào)耐油石棉橡膠板使用溫度不宜超過(guò)350℃。

石棉橡膠板含有氯離子和硫化物,吸水后容易與金屬法蘭形成腐蝕原電池,尤其是耐油石棉橡膠板中硫磺含量高出普通石棉橡膠板好幾倍,故在非油性介質(zhì)中不宜使用。墊片在油品和溶劑類介質(zhì)中會(huì)發(fā)生溶脹現(xiàn)象,但在一定范圍內(nèi),對(duì)密封性能基本沒(méi)有什么影響。

例如,400號(hào)耐油石棉橡膠板在常溫航空燃油中作24小時(shí)浸泡試驗(yàn),要求因吸油重量增加不得超過(guò)15%。

國(guó)產(chǎn)石棉橡膠板與國(guó)外名牌產(chǎn)品相比尚有一定差距。某單位的統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明,在超過(guò)350℃的油介質(zhì)中,凡使用石棉橡膠板不漏的大多為進(jìn)口產(chǎn)品。日本石油工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JPI-7S-71《石油工業(yè)用石棉橡膠板使用標(biāo)準(zhǔn)》,使用期限約為一年。

聚四氟乙烯

聚四氟乙烯在受壓及高溫下易冷流及蠕變,故一般用于低壓、中溫、強(qiáng)腐蝕以及不允許污染的介質(zhì),如強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、鹵素、藥品等。安全使用溫度在150℃,壓力1MPa以下。填充聚四氟乙烯雖然強(qiáng)度高些,但使用溫度也不超過(guò)200℃,且耐腐蝕能力下降。聚四氟乙烯包墊最高使用壓力一般不超過(guò)2MPa。

 
 

由于溫度升高,材料發(fā)生蠕變,致使密封壓力明顯下降。即使不升溫,隨著時(shí)間的延長(zhǎng),密封面的壓緊應(yīng)力也會(huì)下降,產(chǎn)生“應(yīng)力松弛現(xiàn)象。該現(xiàn)象在各種墊片中都會(huì)產(chǎn)生,只是聚四氟乙烯墊的應(yīng)力松弛現(xiàn)象較為嚴(yán)重,應(yīng)予注意。

 

聚四氟乙烯的摩擦系數(shù)較小(壓緊應(yīng)力大于4MPa,摩擦系數(shù)為0.035~0.04),預(yù)緊時(shí)墊片易向外滑移,所以最好采用凹凸式法蘭面。當(dāng)采用平面法蘭時(shí),可將墊片外徑接觸螺栓,利用螺栓阻止墊片外滑。

由于搪玻璃設(shè)備是在金屬表面噴涂了一層瓷釉后燒結(jié)而成的,釉層很脆,加之噴涂不均勻和釉層流動(dòng),法蘭表面平面度較差。采用金屬?gòu)?fù)合型墊片易損壞釉層,所以推薦使用芯材由石棉板加橡膠的聚四氟乙烯包墊。這種包墊既容易與法蘭面貼合又耐腐蝕,使用效果良好。

有許多廠在溫度、壓力不高的強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中,采用石棉橡膠板外纏聚四氟乙烯生料帶,用于經(jīng)常拆卸的人孔、管道上。由于制作、使用方便,頗受歡迎。

石棉樹(shù)脂板和浸漬石棉板墊片

 

多用于各種酸性介質(zhì)的管道、泵、閥、進(jìn)出口法蘭,其使用溫度在80℃、壓力在0.6MPa以下。

石棉編制墊片適用于壓力0.1MPa以下,溫度不超過(guò)800℃的低壓、高溫工況。并可根據(jù)設(shè)備的具體要求,編織成不通寬度、厚度、直徑的墊片。

或?qū)⑹迬Ъ粝潞笾苯臃笤诜ㄌm表面。它用于大型硫酸、硝酸氧化爐以及一些未經(jīng)加工的設(shè)備接口處,效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)原來(lái)的石棉繩。

金屬包石棉墊

 

由金屬薄板包覆石棉板或石棉橡膠板,使其不與介質(zhì)直接接觸,避免了石棉纖維強(qiáng)度下降,克服了滲漏現(xiàn)象,從而擴(kuò)大了石棉橡膠板的使用范圍。

 
 

一般金屬包石棉墊使用溫度為450℃(個(gè)別也有達(dá)600~700℃,如在常壓~0.16MPa的煙道氣中),使用壓力為4MPa,最高可達(dá)6MPa。如壓力再增高,墊片易產(chǎn)生橫流現(xiàn)象,芯材從搭接處擠出。

 
 
 

由于金屬包石棉墊需要較大的螺栓擰緊力,即使當(dāng)使用壓力低于2.45MPa,也不能采用pg25公斤級(jí)以下的法蘭。否則,法蘭、螺栓的剛度就顯得不夠,產(chǎn)生變形而導(dǎo)致密封失效。有人認(rèn)為,若將芯材改為彈性較好的合成橡膠,其緊固力就會(huì)下降。

其實(shí)不然,因?yàn)樾静母能浐?,緊固力被芯材吸收,不能提供金屬板在法蘭面上貼合所需的緊固力,包墊反容易被極壞。另外,在含氯離子較多的介質(zhì)以及酸性介質(zhì)中,不銹鋼包墊及鐵皮包墊的搭接處易產(chǎn)生縫隙腐蝕。

溫度高于450℃,芯材可使用陶瓷纖維或碳纖維。某鋼鐵廠采用金屬包陶瓷纖維墊片用于1100℃的高溫,使用二年尚未損壞。柔性石墨作芯材是最合適的。目前,國(guó)內(nèi)已批量生產(chǎn)金屬包柔性石墨墊。其使用效果優(yōu)于金屬包石棉墊。

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金屬包墊能制成各種形狀,大量用于各種熱交換器、反應(yīng)器的大蓋、裝卸孔、人孔法蘭等。國(guó)內(nèi)曾制作過(guò)直徑為2m的鐵包墊,使用情況良好。

 
”

在金屬包墊的表面貼覆一層柔性石墨薄板,這種墊片與表面未包覆的同類金屬包墊相比,預(yù)緊比壓較小,密封性能更佳。

目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)此產(chǎn)品,故有的單位將現(xiàn)有的柔性石墨皺紋帶貼在金屬包墊以及金屬平墊、齒形墊甚至石棉橡膠墊表面,解決了許多泄漏難題。例如某廠的熱交換器,壓力為5.88MPa、溫度450℃,介質(zhì)為氫/油氣。

曾用過(guò)金屬平墊、齒形墊,均有泄漏。后在平墊上貼了柔性石墨皺紋帶,解決了這一問(wèn)題。應(yīng)該指出,這種墊片形式是一種解決法蘭墊片泄漏的簡(jiǎn)便措施,貼覆柔性石墨帶的工作性質(zhì)量直接影響設(shè)備能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)。若在帶材背面涂刷一層膠水,可提高貼覆質(zhì)量。

金屬纏繞墊

金屬纏繞墊巧妙地利用金屬的耐熱性、回彈性和強(qiáng)度以及非金屬材料的柔軟性,所以密封性能較好,其中又以不銹鋼帶纏繞柔性石墨墊的性能為最佳。其預(yù)緊比壓較石棉纏繞墊小,不存在石棉纖維毛細(xì)孔滲漏的缺點(diǎn)。

在油介質(zhì)中,金屬帶材多使用0Cr13,而其它介質(zhì)則推薦使用1Cr18Ni9Ti。

不銹鋼帶柔性石墨纏繞墊在氣體介質(zhì)中,使用壓力為14.7MPa(國(guó)內(nèi)有高達(dá)19.6MPa),在液體中可用至30MPa。溫度-190~+600℃(在無(wú)氧、低壓情況下可用至1000℃)。

 
 

聚四氟乙烯的耐低溫性能良好,它在低溫下的屈服強(qiáng)度大大高于常溫時(shí)的強(qiáng)度。所以聚四氟乙烯纏繞墊可用于低溫介質(zhì),如液態(tài)烴等。同時(shí),因加入金屬帶提高了導(dǎo)熱性,聚四氟乙烯纏繞墊使用溫度可達(dá)250℃,在酸性介質(zhì)中可用至9MPa、200℃。

 
 

纏繞墊用于壓力和溫度波動(dòng)較大的換熱器、反應(yīng)器、管道、閥門、泵進(jìn)出口法蘭較為合適。對(duì)于中等以上壓力、溫度超過(guò)300℃者,應(yīng)考慮使用帶內(nèi)環(huán)、外環(huán)或內(nèi)外環(huán)。若使用凹凸面法蘭,配帶內(nèi)環(huán)的纏繞墊效果更好些。

在柔性石墨纏繞墊兩面貼覆柔性石墨板也能取得好的密封效果。某大型化肥廠廢熱鍋爐屬高溫高壓關(guān)鍵設(shè)備,用帶外環(huán)的柔性石墨纏繞墊,滿負(fù)荷時(shí)不漏,減負(fù)荷時(shí)則漏。在墊片兩面增加了0.5mm厚的柔性石墨板,剪成圓弧狀,接頭部分采用斜口搭接,使用情況良好。

金屬平墊、波形墊

齒形墊金屬平墊、金屬波形墊

 

一般用于中、高壓閥門、管道和直徑較小的設(shè)備法蘭上。使用壓力則根據(jù)溫度的不同,前者為1.568~31.36MPa,后者為1.568~3.92MPa。墊片材質(zhì)根據(jù)介質(zhì)和溫度選取。

八角墊和橢圓墊

用于梯形槽面法蘭的八角墊和橢圓墊(煉油行業(yè)俗稱“土鋼圈”)密封性能均好。在溝槽的錐面上,八角墊為面接觸而橢圓墊是線接觸。

因此,橢圓墊在低緊固力下貼合性好,但需進(jìn)行二次緊固;而八角墊一般一次緊固后,不易出現(xiàn)泄漏。它們的不足之處為要求較大的螺栓擰緊力,當(dāng)用于低壓高溫情況時(shí),法蘭等級(jí)須在pg25公斤級(jí)以上。