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一篇文章道尽了法兰密封的所有垫片性能

作者: 来源: 日期:2018/3/29 16:52:20 人气:30 评论:0
各类压力容器、管道法兰和阀门等广泛使用垫片密封结构。最简单的垫片为平垫片,整个垫片为同一材料组成,作机械设备一般接合面的静密封,如减速箱的密封等。理想的垫片结构应表层为塑性层,而内层为弹性体,塑性表面层保证密封而相互紧贴甚至嵌合,而内层允许补偿密封面的少许分离并在密封而上经常保持一定大小的压缩应力。许多组合垫片的出现都是基于这一思路或稍有改型,但原理是一样的。例如聚四氟乙烯(PTFE)具有塑性好,有优异的抗化学腐蚀性和较宽的工作温度范围(-190~250℃),广泛用于静密封平垫,但由于某种原因回弹性较差以及冷流倾向,限制了单纯的使用,采用组合结构可以克服这一弊端,一方面可以保护垫片免遭流体介质的腐蚀或者避免食品、医药工业产品接触污染,另一方面改善了单纯用PTFE带来的回弹差及冷流问题。
非金属密封垫的种类、材料及适用范围垫片种类 
材料 压力 MPa 温度℃ 适用介质 
聚四氟乙烯垫片 聚四氟乙烯板 ≤3.0 -108~250 浓酸,碱,溶剂,油类 
橡胶石棉垫片 
高压橡胶石棉板 ≤6.0 ≤450
中压橡胶石棉板 ≤4.0 ≤350
低压橡胶石棉板 ≤1.5 ≤200 浓酸,碱,溶剂,油类 
耐油橡胶石棉板 ≤4.0 -180~250 空气,压缩空气,惰性气体,蒸汽,氨,变换气,焦炉气,裂解气,水,海水,液态氨,冷凝水,≤90%硫酸(质量分数),盐类,硝氨液,硫氨液,甲胺液,烧碱,氟里昂,氢氰酸,卡普隆生产介质,聚苯乙烯生产介质 

组合密封垫的种类、材料及适用范围垫片
种类 材料 压力MPa 温度℃ 适用介质 
缠绕垫片 金属带:不锈钢非金属带:石棉带,聚四氟乙烯带,柔性石墨带 ≤6.4 ≈600 内燃机用 
金属包平垫片波形垫 金属:软钢,铝,不锈钢,合金钢
非金属:石棉板,橡胶石棉板,聚四氟乙烯板,陶瓷纤维 ≤6.4 ≈600 蒸汽,氢气,压缩空气,天然气,裂解气,变换气,油品,溶剂,渣油,蜡油,油浆,重油,丙烯,烧碱,熔融盐载热体,酸,碱、盐溶液,液化气,水 


金属密封垫的种类、材料及适用范围垫片种类 
材料 压力MPa 温度℃ 适用介质 
金属平垫片金属齿形垫 软钢,不锈钢,合金钢 ≥4.0 ≈600 蒸汽,氢气,压缩空气,天然气,裂解气,变换气,油品,溶剂,渣油,蜡油,油浆,重油,丙烯,烧碱,熔融盐载热爱体,酸、碱、碱溶液,液化气,水 
金属八角垫 金属透镜垫 金属椭圆垫
10钢,1Cr13,合金钢,不锈钢等 ≥6.4 ≈600 蒸汽,氢气,压缩空气,天然气,裂解气,变换气,油品,溶剂,渣油,蜡油,油浆,重油,丙烯,烧碱,熔融盐载热爱体,酸、碱、碱溶液,液化气,水 
石棉橡胶密封制品
我国石棉资源丰富,石棉经机械或化学处理可使其松解,充分松解的石棉纤维,抗拉强度较高表面积较大,吸附性能良好,不能燃烧,耐热性能好,最高安全使用温度为500~550℃,这个温度范围基本能满足工业工的需要,而且石棉价廉,其缺点是石棉粉尘对环境污染,对人体有危害,要注意环境保护。
石棉橡胶密封制品可分成以下3类:
①垫片类—使用在管道法兰和容器法兰上的板状和片状密封制品;
②垫圈类—使用在泵、阀、釜上的模压成型、密封制品;
③盘根类—使用在泵、阀、釜上的绳状和绒状密封制品。
石棉橡胶板是用石棉、橡胶、配合剂经辊压而成的管法兰、高压容器法兰及各种接触面所用的密封材料。
耐油石棉橡胶板是以石棉、耐油橡胶和配合剂为主要原料经辊压而成的管法兰、高压容器法兰及各种接触面所用的密封材料。
增强石棉橡胶板是由石棉橡胶板和一层或多层镀锌钢丝网(或不绣钢丝网)组成的。一般分耐油增强板和高压增强板两。钢丝网的层数与制品的厚度有关,一般地说凡制品厚度每增加1mm就应增加一层钢丝网、钢丝网应夹在石棉橡胶相应的二等分、三等分处,以增加拉伸强度,使之能耐高温和高压。在温度和压力高的场合宜采用薄垫片。薄垫片能起到金属垫片的作用,也可以说能起到“平面与平面”直接密封的作用,这时密封面的粗糙度和平整度应该很高。增强石棉橡胶板厚度一般不超过3mm。现在石棉橡胶板已不能满足需要,应具有耐高温、耐高压、耐油类、不燃、弹性好、能适应温度、压力的的较大波动等特征,并应具有较长的使用寿命和优良的密封性能。因此,只有增强石棉橡胶板和下述的石棉钢片,缠绕式垫片等才能满足这些要求。按其构造的主题材料分为非金属、半金属和金属垫片三大类。
⑴非金属垫片。非金属垫片质地柔软、耐腐蚀、价格便宜,但耐温和耐压性能差。多用于常温和中温的中、低压容器或管道的法兰密封。
非金属垫片包括橡胶垫、石棉垫、石棉橡胶垫、柔性石墨垫和聚四氟乙烯垫等。
①橡胶板。制作橡胶板垫片的主要材料有天然橡胶,丁腈橡胶、氯丁橡胶等,另外,氟橡胶等特种橡胶也开始应用。橡胶因具有组织致密,质地柔软,回弹性好,容易剪切成各种形状,且便宜、易购等特点而被广泛使用于容器和管道的密封中,但它不耐高压,容易在矿物油中溶解和膨胀且不乃腐蚀,在高温下容易老化,失去回弹性。
②石棉。石棉材料有湿石棉和蓝石棉两种。湿石棉耐热、耐碱性好,抗拉强度高,耐酸性能较差,大多数石棉橡胶板由它制造;蓝石棉不仅耐热性能好,而且耐酸性能也很好,故多被用于制造耐酸石棉橡胶板。石棉板正常使用温度在550℃以下。直径较大的低压容器可以使用石棉带或石棉绳。在使用石棉绳时,通常浸渍水玻璃。酸,碱溶剂等介质也可使用此类垫片。
③石棉橡胶板。石棉橡胶板是由石棉、橡胶和填料竟压制而成的。一般石棉纤维占60%-85%。根据其配工艺、性能及用途不同,主要有高压石棉橡胶板、中、低压石棉橡胶板和耐油石棉橡胶板。
石棉橡胶板有适宜的强度、弹性、柔软性等性能,用它制作垫片,既方便又便宜,因此在化工企业中得到迅速的推广和应用。
④柔性石墨。柔性石墨是一种新颖的密封材料,良好的回弹性、柔软性、耐温性,在化工企业得到迅速的推广和应用。
⑤聚四氟乙烯(简称PTFE)。聚四氟乙烯以其耐化学性、耐热性、耐寒性、耐油性优越于现在任何塑料而有“塑料之王”之称,它不易老化,不燃烧,吸水新近乎为零。其组织致密,分子结构无极性,用作垫片,接触面可以做到平整光滑,对金属法兰不粘着。除受熔融碱金属以及含氟元素气体侵蚀外,它能耐多种酸、碱、盐、油脂类溶液介质的腐蚀。
聚四氟乙烯垫片包括纯聚四氟乙烯、填充聚四氟乙烯或膨胀聚四氟乙烯等。
⑵半金属垫片(又称金属复合垫片)。非金属材料虽具有很好的柔软性、压缩性和螺栓载荷能力低等优点。但它的主要确定是强度不高,回弹性差,不适合高压高温场合。所以结合金属材料强度高、回弹性好。经受得起高温的特点。形成将两者组合结构的垫片。即为半金属垫片。
半金属垫片主要有金属包覆垫片、金属缠绕垫片、金属波纹符合垫片、金属齿形符合垫片等。
①金属包垫(金属复合垫片)。该垫片以非金属为材芯、外包厚度为0.25-0.5mm的金属薄板。按包覆状态可分为全包覆、半包覆、波形包覆和双层包覆等。
金属薄板根据材料的弹塑性、耐热性、耐蚀性选取。主要有铜、镀锌铁皮、不锈钢、钛、蒙乃尔合金等。使用较多的是铜、镀锌铁皮、不锈钢。
作为金属包垫的芯材,耐热性是主要考核指标。一般采用石棉板或低橡胶石棉板、耐高温性能好的碳纤维或瓷制纤维及柔性石墨板材。
金属包覆垫的另一特点是能制成各式型垫片。可以满足各种热交换器管箱和非圆形压力容器密封的需要,而其他复合垫片却不能。
②金属缠绕垫片。金属缠绕垫片是由薄金属波形带与石棉或柔性石墨等非金属地交替绕成螺旋状,将金属带的始末端点焊接制成。国外也称作螺旋垫片。
⑶金属垫片。在高温高压以及载荷循环频繁等苛刻操作条件下,各种金属材料仍是密封垫片的首选材料,常用的材料有铜、铝、低碳钢、不锈钢、铬镍合金钢、钛蒙乃尔合金等。为了减少螺栓载荷和保证结构紧凑,除了金属平垫尽量采用窄宽度外,各种具有线接触特征的环垫结构则其优选的形式。
①平形金属垫片。平形使用时分宽垫片和窄垫片两种。宽垫片因预紧力要求大,易引起螺栓法兰变形,压力超过1.96MPa时在光滑面的法兰上很少使用。窄垫片容易预紧,可在压力6.27-9.8MPa的管道上使用。
②波形金属垫片。波形金属垫片的金属板厚度一般为0.25-0.8mm。垫片厚度一般为波长的40%-50%。适宜于光滑密封面,压力3.34MPa的管道上使用。
③齿形金属垫。齿形金属垫片多用于6.77-9.8MPa的管道上。齿顶距约1.5mm,齿顶、齿根角均为90°。其
其密封性能比平形密封垫好,压紧力也比平形垫小。 
所说的软垫片,应该是非金属垫片;而硬垫片应该是复合垫片和金属垫片

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