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如何選擇墊片
發(fā)布時(shí)間：2017-01-11
墊片的選擇
1、選擇時(shí)的注意事項(xiàng)
正確選用密封墊片是保證設(shè)備無(wú)泄漏之關(guān)鍵。對(duì)于同一種工況，一般有若干種墊片可供選擇。必須根據(jù)介質(zhì)的物性、壓力、溫度和設(shè)備大小、操作條件、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)短等情況，合理地選擇墊片，揚(yáng)長(zhǎng)避短，充分發(fā)揮各種墊片的特點(diǎn)。
選擇墊片時(shí)，應(yīng)充分考慮下列因素：
(1)有良好的彈性和恢復(fù)性，能適應(yīng)壓力變化和溫度波動(dòng);
(2)有適當(dāng)?shù)娜彳浶?，能與接觸面很好地貼合;
(3)不污染工藝介質(zhì);
(4)有足夠的韌性而不因壓力和緊固力造成破環(huán);
(5)低溫時(shí)不硬化，收縮量小;
(6)加工性能好，安裝、壓緊方便;
(7)不粘結(jié)密封面、拆卸容易;
(8)價(jià)格便宜，使用壽命長(zhǎng)。
在墊片的使用中，壓力和溫度二者是相互制約的，隨著溫度的升高，在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，墊片材料發(fā)生軟化、蠕變、應(yīng)力松弛現(xiàn)象，機(jī)械強(qiáng)度也會(huì)下降，密封的壓力降低。反之亦然。例如，手冊(cè)上列舉高壓石棉橡膠板XB450在水、蒸汽介質(zhì)中，使用溫度450℃、壓力<6MPa(該材料作密封性能試驗(yàn)時(shí)，在440℃~450℃、12MPa的蒸汽中保壓30分鐘)。但在長(zhǎng)期實(shí)際使用中，溫度若達(dá)到450℃，所能密封的壓力僅0.3~0.4MPa。對(duì)于滲透性強(qiáng)的氣體介質(zhì)則僅有0.1~0.2MPa。
上述情況，在選用時(shí)應(yīng)予以充分考慮。
2、國(guó)產(chǎn)墊片的選用
(1)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?？梢栽趲缀跛械乃犷惤橘|(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。
（2）石棉橡膠板價(jià)格較其它墊片低，使用方便;最大問題是：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500℃，結(jié)晶水開始析出，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。
(3)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。
(4)石棉樹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?；?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)超過原來(lái)的石棉繩。
(5)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，客服了滲漏現(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)樾静母能浐螅o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。
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。圖2-9為兩者壓緊應(yīng)力與泄漏量的關(guān)系曲線。
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。
(6)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)。圖2-10為兩者預(yù)緊比壓與泄漏量的關(guān)系曲線。
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。
(7)金屬平墊、波形墊和齒形墊 金屬平墊和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。
(8)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。
下一條：如何選擇墊片的材料