如何选择密封垫片?这有8大类垫片的选用解析

如何选择密封垫⽚?这有8⼤类垫⽚的选⽤解析
密封垫⽚的种类有很多,不同材料、不同形状的垫⽚有不同的作⽤。如果选错了垫⽚,不仅不能很好的密封,还可能变为安全隐患,随时有发⽣危险的可能。你知道密封垫⽚有哪些吗,他们有什么特点?
⼯业橡胶板
天然橡胶适⽤于⽔、海⽔、空⽓、惰性⽓体、碱类、盐类⽔溶液等介质,但不耐矿物油和⾮极性溶剂,长期使⽤温度不超过90℃,低温性能优异,可在-60℃以上使⽤。
橡胶适⽤于⽯油类产品,如⽯油、润滑油、燃料油等,长期使⽤温度为120℃,如在热油中可耐150℃,低温为-10~-20℃。
氯丁橡胶适⽤于海⽔、弱酸、弱碱、盐溶液,耐氧和臭氧⽼化性能优异,耐油性次于橡胶⽽优于其他通⽤橡胶,长期使⽤温度低于90℃,最⾼使⽤温度不超过130℃,低温为-30~-50℃。
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氟橡胶有多个品种,它们分别具有良好的耐酸、耐氧化性能以及耐油、耐溶剂性能。可以在⼏乎所有的酸类介质以及⼀些油和溶剂中使⽤,长期使⽤温度低于200℃。
橡胶板材作为法兰垫⽚,多⽤于管道或经常拆卸的⼈孔、⼿孔,压⼒不超过1.568MPa。因在各类垫⽚中,橡胶垫⽚最软,贴合性能好,在较⼩的预紧⼒下就能发挥密封效果。正因如此,在承受内压时,因垫⽚偏厚或硬度偏低⽽容易被挤出。
橡胶板材在苯、酮、醚等有机溶剂中使⽤,易出现溶胀、增重、变软、发粘现象,导致密封失效。⼀般溶胀度超过30%
橡胶板材在苯、酮、醚等有机溶剂中使⽤,易出现溶胀、增重、变软、发粘现象,导致密封失效。⼀般溶胀度超过30%就不能使⽤。
在低压(尤其是0.6MPa以下)、真空情况下,采⽤橡胶垫较为适宜。橡胶材料致密性好,透⽓率低。例如氟橡胶,最适宜作真空容器的密封垫⽚,真空度最⾼可达1.3×10-7Pa。橡胶垫在10-1~10-7Pa真空度范围使⽤时,需经烘焙和抽⽓处理。
⽯棉橡胶板
价格较其它垫⽚低,使⽤⽅便;最⼤问题是:垫⽚材料虽然加⼊了橡胶和⼀些填充剂,仍⽆法将那些串通的微⼩孔隙完全填满,存在微量渗透。故在污染性极强的介质中,即使压⼒、温度不⾼也不能使⽤。
防静电监控当⽤于⼀些⾼温油类介质时,通常在使⽤后期,由于橡胶和填充剂碳化,强度降低,材质变疏松,便在界⾯和垫⽚内部产⽣渗透,出现结焦和发烟现象。另外,⽯棉橡胶板在⾼温下易粘结在法兰密封⾯上,给更换垫⽚带来了许多⿇烦。
在受热状态下,垫⽚在各种介质中的使⽤压⼒取决于垫⽚材料的强度保持率。⽯棉纤维材料中存在着结晶⽔和吸附⽔。110℃时,纤维之间的吸附⽔已有2/3析出,纤维的抗拉强度约降低10%;368℃时,艾盒
吸附⽔全部析出,纤维的抗拉强度约降低20%;超过500℃,结晶⽔开始析出,强度则更低。介质对⽯棉橡胶板的强度影响也很⼤。
例如,在航空润滑油和航空燃油中,400号耐油⽯棉橡胶板横向抗拉强度相差80%,这是由于航空燃油对板材中橡胶的溶胀⽐航空润滑油严重之故。考虑到上述因素,国产⽯棉橡胶板XB450的推荐安全使⽤范围:温度250℃~300℃,压⼒3~3.5MPa;400号耐油⽯棉橡胶板使⽤温度不宜超过350℃。对接接头
⽯棉橡胶板含有氯离⼦和硫化物,吸⽔后容易与⾦属法兰形成腐蚀原电池,尤其是耐油⽯棉橡胶板中硫磺含量⾼出普通⽯棉橡胶板好⼏倍,故在⾮油性介质中不宜使⽤。垫⽚在油品和溶剂类介质中会发⽣溶胀现象,但在⼀定范围内,对密封性能基本没有什么影响。
例如,400号耐油⽯棉橡胶板在常温航空燃油中作24⼩时浸泡试验,要求因吸油重量增加不得超过15%。
国产⽯棉橡胶板与国外名牌产品相⽐尚有⼀定差距。某单位的统计数字表明,在超过350℃的油介质中,凡使⽤⽯棉橡胶板不漏的⼤多为进⼝产品。⽇本⽯油⼯业标准JPI-7S-71《⽯油⼯业⽤⽯棉橡胶板使⽤标准》,使⽤期限约为⼀年。
聚四氟⼄烯
聚四氟⼄烯在受压及⾼温下易冷流及蠕变,故⼀般⽤于低压、中温、强腐蚀以及不允许污染的介质,如强酸、强碱、卤素、药品等。安全使⽤温度在150℃,压⼒1MPa以下。填充聚四氟⼄烯虽然强度⾼些,但使⽤温度也不超过200℃,且耐腐蚀能⼒下降。聚四氟⼄烯包垫最⾼使⽤压⼒⼀般不超过2MPa。
由于温度升⾼,材料发⽣蠕变,致使密封压⼒明显下降。即使不升温,随着时间的延长,密封⾯的压紧应⼒也会下降,产⽣“应⼒松弛现象。该现象在各种垫⽚中都会产⽣,只是聚四氟⼄烯垫的应⼒松弛现象较为严重,应予注意。
聚四氟⼄烯的摩擦系数较⼩(压紧应⼒⼤于4MPa,摩擦系数为0.035~0.04),预紧时垫⽚易向外滑移,所以最好采⽤凹凸式法兰⾯。当采⽤平⾯法兰时,可将垫⽚外径接触螺栓,利⽤螺栓阻⽌垫⽚外滑。
由于搪玻璃设备是在⾦属表⾯喷涂了⼀层瓷釉后烧结⽽成的,釉层很脆,加之喷涂不均匀和釉层流动,法兰表⾯平⾯度较差。采⽤⾦属复合型垫⽚易损坏釉层,所以推荐使⽤芯材由⽯棉板加橡胶的聚四氟⼄烯包垫。这种包垫既容易与法兰⾯贴合⼜耐腐蚀,使⽤效果良好。
有许多⼚在温度、压⼒不⾼的强腐蚀介质中,采⽤⽯棉橡胶板外缠聚四氟⼄烯⽣料带,⽤于经常拆卸的⼈孔、管道上。由于制作、使⽤⽅便,颇受欢迎。
⽯棉树脂板和浸渍⽯棉板垫⽚
多⽤于各种酸性介质的管道、泵、阀、进出⼝法兰,其使⽤温度在80℃、压⼒在0.6MPa以下。
⽯棉编制垫⽚适⽤于压⼒0.1MPa以下,温度不超过800℃的低压、⾼温⼯况。并可根据设备的具体要求,编织成不通宽度、厚度、直径的垫⽚。
或将⽯棉带剪下后直接敷在法兰表⾯。它⽤于⼤型硫酸、硝酸氧化炉以及⼀些未经加⼯的设备接⼝处,效果远远超过原来的⽯棉绳。
由⾦属薄板包覆⽯棉板或⽯棉橡胶板,使其不与介质直接接触,避免了⽯棉纤维强度下降,克服了渗漏现象,从⽽扩⼤了⽯棉橡胶板的使⽤范围。
⼀般⾦属包⽯棉垫使⽤温度为450℃(个别也有达600~700℃,如在常压~0.16MPa的烟道⽓中),使⽤压⼒为4MPa,最⾼可达6MPa。如压⼒再增⾼,垫⽚易产⽣横流现象,芯材从搭接处挤出。
由于⾦属包⽯棉垫需要较⼤的螺栓拧紧⼒,即使当使⽤压⼒低于2.45MPa,也不能采⽤pg25公⽄级以下的法兰。否则,法兰、螺栓的刚度就显得不够,产⽣变形⽽导致密封失效。有⼈认为,若将芯材改为弹性较好的合成橡胶,其紧固⼒就会下降。
其实不然,因为芯材改软后,紧固⼒被芯材吸收,不能提供⾦属板在法兰⾯上贴合所需的紧固⼒,包
垫反容易被极坏。另外,在含氯离⼦较多的介质以及酸性介质中,不锈钢包垫及铁⽪包垫的搭接处易产⽣缝隙腐蚀。
温度⾼于450℃,芯材可使⽤陶瓷纤维或碳纤维。某钢铁⼚采⽤⾦属包陶瓷纤维垫⽚⽤于1100℃的⾼温,使⽤⼆年尚未损坏。柔性⽯墨作芯材是最合适的。⽬前,国内已批量⽣产⾦属包柔性⽯墨垫。其使⽤效果优于⾦属包⽯棉垫。
⾦属包垫能制成各种形状,⼤量⽤于各种热交换器、反应器的⼤盖、装卸孔、⼈孔法兰等。国内曾制作过直径为2m的铁包垫,使⽤情况良好。
铁包垫,使⽤情况良好。
在⾦属包垫的表⾯贴覆⼀层柔性⽯墨薄板,这种垫⽚与表⾯未包覆的同类⾦属包垫相⽐,预紧⽐压较⼩,密封性能更佳。
⽬前国内尚⽆此产品,故有的单位将现有的柔性⽯墨皱纹带贴在⾦属包垫以及⾦属平垫、齿形垫甚⾄⽯棉橡胶垫表⾯,解决了许多泄漏难题。例如某⼚的热交换器,压⼒为5.88MPa、温度450℃,介质为氢/油⽓。
曾⽤过⾦属平垫、齿形垫,均有泄漏。后在平垫上贴了柔性⽯墨皱纹带,解决了这⼀问题。应该指出,
这种垫⽚形式是⼀种解决法兰垫⽚泄漏的简便措施,贴覆柔性⽯墨带的⼯作性质量直接影响设备能否正常运转。若在带材背⾯涂刷⼀层胶⽔,可提⾼贴覆质量。
⾦属缠绕垫
⾦属缠绕垫巧妙地利⽤⾦属的耐热性、回弹性和强度以及⾮⾦属材料的柔软性,所以密封性能较好,其中⼜以不锈钢带缠绕柔性⽯墨垫的性能为最佳。其预紧⽐压较⽯棉缠绕垫⼩,不存在⽯棉纤维⽑细孔渗漏的缺点。
在油介质中,⾦属带材多使⽤0Cr13,⽽其它介质则推荐使⽤1Cr18Ni9Ti。
不锈钢带柔性⽯墨缠绕垫在⽓体介质中,使⽤压⼒为14.7MPa(国内有⾼达19.6MPa),在液体中可⽤⾄30MPa。温度-190~+600℃(在⽆氧、低压情况下可⽤⾄1000℃)。
聚四氟⼄烯的耐低温性能良好,它在低温下的屈服强度⼤⼤⾼于常温时的强度。所以聚四氟⼄烯缠绕垫可⽤于低温介质,如液态烃等。同时,因加⼊⾦属带提⾼了导热性,聚四氟⼄烯缠绕垫使⽤温度可达250℃,在酸性介质中可⽤⾄
9MPa、200℃。
缠绕垫⽤于压⼒和温度波动较⼤的换热器、反应器、管道、阀门、泵进出⼝法兰较为合适。对于中等以上压⼒、温度超过300℃者,应考虑使⽤带内环、外环或内外环。若使⽤凹凸⾯法兰,配带内环的缠绕垫效果更好些。
在柔性⽯墨缠绕垫两⾯贴覆柔性⽯墨板也能取得好的密封效果。某⼤型化肥⼚废热锅炉属⾼温⾼压关键设备,⽤带外环的柔性⽯墨缠绕垫,满负荷时不漏,减负荷时则漏。在垫⽚两⾯增加了0.5mm厚的柔性⽯墨板,剪成圆弧状,接头部分采⽤斜⼝搭接,使⽤情况良好。
齿形垫⾦属平垫、⾦属波形垫
⼀般⽤于中、⾼压阀门、管道和直径较⼩的设备法兰上。使⽤压⼒则根据温度的不同,前者为1.568~
31.36MPa,后者为1.568~3.92MPa。垫⽚材质根据介质和温度选取。
⼋⾓垫和椭圆垫
⽤于梯形槽⾯法兰的⼋⾓垫和椭圆垫(炼油⾏业俗称“⼟钢圈”)密封性能均好。在沟槽的锥⾯上,⼋⾓垫为⾯接触⽽椭圆垫是线接触。
精细雾化喷嘴
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因此,椭圆垫在低紧固⼒下贴合性好,但需进⾏⼆次紧固;⽽⼋⾓垫⼀般⼀次紧固后,不易出现泄漏。它们的不⾜之处为要求较⼤的螺栓拧紧⼒,当⽤于低压⾼温情况时,法兰等级须在pg25公⽄级以上。
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