選用墊片時,必須綜合考慮法蘭密封面形式、工作介質、操作條件和墊片本身性能等諸多因素,一般應考慮溫度、介質適應性、壓縮率、回彈率、蠕變性,密封比壓等因素。合理正確選用墊片的材質、結構型式是保證管道系統連續安全生產,無跑、冒、泄漏的根本原則。首先,所選墊片的密封壓力必須能滿足使用壓力的要求;其次,所選墊片材料的物理化學性能要適應被密封介質的性質,并滿足抗腐蝕性和抗氧化性等要求;再次,所選墊片要和法蘭密封面的型式相匹配。此外,還需要符合相應的標準和規定,參考同行業的使用經驗,考慮墊片的經濟性等。


  墊片的材質選用,應使所需的密封負荷與法蘭的設計壓力、密封面、法蘭強度及其螺栓連接相適應。通常在高溫高壓工況多采用金屬墊片,常壓、低壓、中溫工況多采用非金屬墊片,介于兩者之間用半金屬墊片。墊片與介質相接觸,直接受到工作介質、溫度和壓力的影響,因而必須用能滿足以下要求的材料制作:


   ①. 具有良好的彈性和復原性,較少應力松弛現象;


   ②. 有適當的柔軟性,能與密封面很好吻合,有較大的抗裂強度,壓縮變形適當;


   ③. 有良好的物理性能,不因低溫硬化脆變,不因高溫軟化塑流,也不會因與介質接觸而產生膨脹和收縮;


   ④. 材料本身能耐工作介質的腐蝕,不污染工作介質和不腐蝕法蘭密封面;


   ⑤. 有良好的加工性,制作容易且成本低廉,易于在市場上購買。


   ⑥. 用于不銹鋼法蘭的非金屬墊片,其氯離子的含量不得>50×10-6



一、墊片規格的確定


   ①. 墊片厚度的確定。當密封面加工良好,壓力不太高時,宜選用薄墊片。在壓力較高時,對應于螺栓的伸長,薄墊片的回彈太小,不能達到必要的復原量而易產生泄漏,因而壓力較高時,應選用較厚的墊片。


   ②. 墊片寬度,太窄不能起密封作用,太寬必須相應地增大預緊力。預緊力不夠會影響密封效果,且太寬必將增加生產成本。


  如果采用國內標準,纏繞式墊片可按SH/T3407,金屬環墊可按SH/T 3403,復合墊可按HG/T 20629,特殊墊片按制造廠標準。



二、凹凸面法蘭所用纏繞式墊片應帶內定位環


  凸臺面法蘭所用纏繞式墊片應帶外定位環,下列情況凸臺面法蘭所用纏繞式墊片應帶內外定位環:


   ①. 壓力等級≥CL600的法蘭;


   ②. 壓力等級<CL600且DN>600的法蘭;


   ③. 聚四氟乙烯纏繞墊。


  外定位環材質一般為碳鋼;內定位環材質根據設計條件決定,一般情況下,其耐蝕性應相當或優于金屬帶材質。


  石棉墊片或含有石棉的墊片均不允許使用。


  管法蘭用螺栓和螺母。<M36的螺栓、螺母宜選用粗牙螺紋,≥M36的螺栓、螺母應選用細牙螺紋。管法蘭用螺栓應選用全螺紋螺柱,螺母應為II型(m=1.0d),國內標準技術要求可按SH/T 3404的規定。


  在滿足使用要求前提下,應盡量歸并材料品種,切忌不必要的多樣化。事實上各種墊片已有各自的系列尺寸和材質,只需根據工作介質和操作條件正確選用與法蘭密封面相匹配的墊片。



三、墊片材料的選用


 1. 非金屬墊片(non-metallic gasket)


   適用范圍:T≤260℃,PN≤2.0MPa(S(SH 3401);T≤400℃,PN≤4.0MPa(CGB標準);用于水、空氣、氮氣、酸、堿、油品等介質工況下。其中聚四氟乙烯(PTFE)包覆墊片(PTFE impregnated asbestos gasket):適用范圍:T=-180~200℃, PN≤4.0MPa;常用于低溫或者要求干凈的場合下。


   非金屬墊片的特點:適用溫度較低;介質適應性好;min小,m小,密封預緊力小,密封面粗糙度大;但有時有滲透性,有一定泄漏率;壓潰強度Ym也小,不適用于高壓;密封面粗糙度不宜太低(摩擦力小,易吹出);墊片寬度大,可降低泄漏率,防壓潰。


  常用非金屬墊片:


  ①. 天然橡膠(NR)


    對弱酸和堿,鹽和氯化物溶液具有良好的耐蝕性能,對油和溶劑耐蝕性能是差的,并不推薦用于臭氧介質。推薦工作溫度-57~93℃。


  ②. 氯丁橡膠(CR)


    氯丁橡膠是一種合成橡膠,適應于耐中等腐蝕的酸、堿和鹽溶液的腐蝕。對商業用油和燃料具有良好的耐腐蝕作用。但對強氧化性酸、芳香烴和氯化碳氫化合物其耐腐蝕性能是差的。推薦工作溫度-51~121℃。


  ③. 氟橡膠


    對油、燃料、氯化物溶液、芳香烴和脂類碳氫化合物和強酸具有良好的耐腐蝕性能,但不適應用于胺類、脂類、酮類和蒸汽,推薦工作溫度-40~232℃。


  ④. 氯磺酰化聚乙烯合成橡膠


    對酸、堿和鹽物溶液具有良好的耐蝕性能,同時不受氣候、光照、臭氧、商業燃料(如柴油和煤油等)影響。但不適應用于芳香烴、氯化碳氫化合物、鉻酸和硝酸。推薦工作溫度-45~135℃。


 ⑤. 硅橡膠


    對熱空氣具有良好的耐蝕性能。硅橡膠不受陽光和臭氧影響。但不適應用于蒸汽、酮類、芳香烴和脂類碳氫化合物。


 ⑥. 乙丙橡膠


    對強酸、強堿、鹽和氯化物溶液具有良好的耐蝕性能。但不適應用于油類、溶劑、芳香烴和碳氫化合物。推薦工作溫度-57~176℃。


  ⑦. 石墨


    該材料為不含樹脂或無機物的全石墨材料,可分為摻入金屬或不摻入金屬元素石墨材料。該材料可黏接以至可制造直徑超過600mm管道墊片。對許多酸、堿、鹽和有機合物和傳熱溶液,甚至高溫溶液具有非常優異的耐蝕性能。它不能熔化,但超過3316℃時將升華。在高溫條件下,在強氧化性介質中使用該材料應慎重。除用于墊片外,該材料也可制作填料和纏繞墊片中的非金屬纏繞帶。


  ⑧. 陶瓷纖維


    成型于帶材的陶瓷纖維是一種適用于高溫和低壓工況及輕型法蘭條件下的優異墊片材料,推薦工作溫度1093℃,可制作纏繞墊片中的非金屬纏繞帶。


  ⑨. 聚四氟乙烯(PTFE)


    集中了大多數塑料墊片材料的優點,包括耐溫從-180~200℃。除游離氟和堿金屬外,對化學物品、溶劑、氫氧化物和酸具有優異的耐蝕性能。PTFE材料能充填玻璃,其目的是降低PTFE的冷流性和蠕變性。


  ⑩. 石棉橡膠墊片(as-bestos rubber gasket)


    它是通過向石棉中加入不同的添加劑壓制而成。在美國,很多標準中都將石棉制品列為致癌物質而禁用。但在世界范圍內,石棉仍以其彈性好、強度高、耐油性好、耐高溫、易獲得等優點而得到廣泛應用。石棉橡膠墊片,最高使用溫度應根據墊片牌號決定(一般用于溫度低于250℃的場合),最低使用溫度不應低于-50℃。其最高公稱壓力不應超過5.0MPa。根據工藝需要可選用耐酸、耐油或耐堿型石棉橡膠板。耐高溫的石棉橡膠板,最高使用溫度可達400℃。墊片標準為SH 3401或ASME B16.21。



 2. 半金屬墊片


   半金屬墊片有纏繞式墊片、金屬包覆墊片和柔性石墨纏繞墊三大類。纏繞式墊片:是半金屬墊片中最理想、也是應用最普遍的墊片。特點:壓縮回彈性好、強度高,有利于適應壓力和溫度的變化,能在高溫、低溫、沖擊、振動及交變載荷下保持良好的密封性能。纏繞鋼帶:20、1Cr13、0Cr19Ni9、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni12Mo2等材料。


  常用半金屬墊片:


  ①. 聚四氟乙烯包覆墊片,一般用于耐腐蝕介質、防黏結或介質要求純度高的情況。其最高公稱壓力為PN5.0,最高工作溫度為150℃。金屬包覆墊片的最高使用溫度見表5.3.2。墊片標準為SH/T 3402、HG/T 20609和HG/T 20630等。


  ②. 纏繞式墊片的使用溫度與金屬帶材料和非金屬帶材料種類有關,金屬帶材料的使用溫度范圍見表5.3.3,非金屬帶材料的使用溫度范圍見表5.3.4,纏繞式墊片的型式及代號見表5.3.5。纏繞墊片的結構見圖5.3.2。


圖 2.jpg


  纏繞式墊片適用于極度危害介質、高度危害介質、可燃介質或溫度高、溫差大、受機械振動或壓力脈動的工藝介質管道,適用于溫度≥450℃或壓力大于PN2.0MPa的蒸汽管道;纏繞式墊片選用應符合下列規定;


   凸臺面法蘭應采用帶外環型纏繞式墊片;


   凹凸面法蘭應采用帶內環型纏繞式墊片;


   榫槽面法蘭應采用基本型纏繞式墊片。


   公稱壓力等于或大于15.0MPa的凸臺面法蘭應采用帶內外環型纏繞式墊片。纏繞式墊片選用標準為SH/T 3407、ASME B16.20、HG/T 20610、HG/T 20631等。柔性石墨復合墊片的最高公稱壓力為10.0MPa,最高使用溫度取決于金屬芯板材料;


  ③. 鐵包式墊片:密封性能不如纏繞式墊片,故壓力管道中用得不多,它常用在換熱器封頭等大直徑的法蘭連接密封副上。


  ④. 柔性石墨復合墊由沖齒或沖孔金屬芯板與膨脹石墨粒子復合而成。鋼制管法蘭用齒形組合墊見標準HG/T 20611和HG/T 20632,適用于突面、凹凸面和榫槽面法蘭。齒形組合墊的最高使用溫度見表5.3.6。





 3. 金屬墊片


  金屬墊片常用在高壓力等級法蘭上,以承受比較高的密封比壓。常用的金屬墊片有平墊、八角形墊和橢圓形墊三種。金屬平墊片:常與凸臺面、凹凸面、榫槽面法蘭使用。八角形金屬墊片和橢圓形金屬墊片:常與環槽面法蘭使用。與橢圓形金屬墊片相比八角形金屬墊片容易加工,故其應用比較多。


  金屬墊片的材料應配合法蘭材料選用,且要求金屬環墊材料硬度值應比法蘭材料硬度值低30~40HB。特點:適用溫度較高;介質適應性較好;Ymi較大,m較大,密封預緊力較大,密封面粗糙度要求較光滑;泄漏率低;壓潰強度大,適用于高壓;墊片寬度小,可降低預緊力。


  金屬環墊,一般使用在溫度≥450℃或壓力PN≥25.0MPMPa的工藝和公用系統介質的管道上。選用標準為SH3403或ASME B16.20。在下列情況下,纏繞式墊片需加內環:PN≤5.0MPa,DN≥600mm的管道;PN≥10.0MPa,DN≥250mmm的管道;真空管道;壓縮機入DN≥600m口的管道。


  金屬墊片材料:


  ①. 碳鋼


    推薦最大工作溫度不超過538℃,特別當介質具有氧化性時。優質薄碳鋼板不適合應用于制造無機酸、中性或酸性鹽溶液的設備,如果碳鋼受到在的應力,用于熱水工況條件下的設備事故率非常高。碳鋼墊片通常用于高濃度的酸和許多堿溶液。布氏硬度約120。


  ②. 304不銹鋼


    18-8(鉻18%~20%、鎳8%~10%),推薦最大工作溫度不超過760℃。在溫度-196~538℃區間內,易發生應力腐蝕和晶界腐蝕。布氏硬度160。


  ③. 304L不銹鋼


    含碳量不超過0.03%。推薦最大工作溫度不超過760℃。耐腐蝕性能類似304不銹鋼。低的含碳量減少了碳從晶格的析出,耐晶界腐蝕性能高于304不銹鋼。布氏硬度約140。


  ④. 316不銹鋼


    18-12(鉻18%、鎳12%),在304不銹鋼中增加約2%鉬,提高其強度和耐腐蝕性能。當溫度提高時比其他普通不銹鋼具有更高抗蠕變性能。推薦最大工作溫度不超過760℃。布氏硬度約160。


  ⑤. 316L不銹鋼


    推薦最大連續工作溫度不超過760~815℃。316不銹鋼更具在更優秀的耐應力和晶界腐蝕。布氏硬度約140。


  ⑥. 20合金


    45%鐵、24%鎳、20%鉻和少量鉬和銅。推薦最大工作溫度不超過760~815℃。特別適用于制造耐硫酸腐蝕的設備,布氏硬度約160。


  ⑦. 鋁


    鋁含量不低于99%。鋁具有優秀耐腐蝕性能和加工性能,適用于制造雙夾墊片。布氏硬度約35。推薦最大連續工作溫度不超過426℃。


  ⑧. 紫銅


    紫銅的成分接近于純銅,其含有微量的銀以增加其連續工作溫度。推薦最大連續工作溫度不超過260℃。布氏硬度約80。


  ⑨. 黃銅(銅66%、鋅34%)


    在大多數工況條件下,具有良好耐腐蝕性能,但不適應醋酸、氨、鹽和乙炔。推薦最大連續工作溫度不超過260℃。布氏硬度約58。


  ⑩. 哈氏B-2(26%~30%鉬、62%鎳和4%~6%鐵)


    推薦最大工作溫度不超過1093℃。具有優異的耐熱濃度鹽酸腐蝕性能。也具有優異的耐濕氯化氫氣體腐蝕和硫酸、磷酸和還原性鹽溶液腐蝕的性能。在高溫條件下具有高的強度。布氏硬度約230。


  ?. 哈氏C-276(16%~18%鉬、13%~17.5%鉻、3.7%~5.3%鎢、4.5%~7%鐵、其余均為鎳)


    推薦最大工作溫度不超過1093℃。具有優異的耐腐蝕性能。對各種濃度的冷硝酸或濃度達到70%的沸騰硝酸具有優異的耐腐蝕性能,具有良好的耐鹽酸和硫酸腐蝕性能及優異的耐應力腐蝕性能。布氏硬度約210。


  ?. 英科耐爾600。鎳基合金(77%鎳、15%鉻和7%鐵)


    推薦最大工作溫度不超過1093℃。在高溫條件下具有高的強度,通常用于需解決應力腐蝕問題的設備。在低溫條件下,具有優異的同加工性能。布氏硬度約150。


  ?. 蒙乃爾400(銅30%、鎳60%)


    推薦最大連續工作溫度不超過815℃。除強氧化性酸外,對大多數酸和堿具有優異耐腐蝕性能。在氟酸、氯化汞、汞介質中易產生應力腐蝕裂紋,因而,不適應用于上述介質。被廣泛用于制造氫氟酸的設備。布氏硬度約120。


  ?. 鈦


    推薦最大工作溫度不超過1093℃。在高溫條件下,具有優異的耐腐蝕性能。眾所周知鈦材耐氯離子的侵蝕,在較寬的溫度和濃度區間,具有優異的耐硝酸腐蝕。鈦材在大多數堿溶液中用的很少,適應用于氧化工況條件。布氏硬度約216。



  常用金屬環墊的最高使用溫度見表5.3.7。常用墊片類型見表5.3.8,墊片材料的選用見表5.3.9。


   

  注:各種墊片適用的溫度范圍,本表數值僅供參考,應根據標準規定或制造廠推薦數值選用。按GB 150明確規定,含石棉的材料應受到法律制約。石棉制品不符合國際環保公約,已在很多國家、地區被禁用,我國尚無禁用的法規。石棉制品中的耐油、耐酸石棉橡膠板墊片,雖然在石棉材料中加入了橡膠和一些填充劑,仍無法將那些串通的微小孔隙完全填滿,存在微量泄漏。當用于較高溫油品介質時,通常在使用后期,由于橡膠和填充劑碳化,墊片強度降低而變疏松,在界面和墊片內部產生滲漏并出現結焦和發煙現象,且易黏結在法蘭密封面上;石棉墊片在油品和溶劑類介質中會發生溶脹現象;石棉橡膠板含氯離子和硫化物,吸水后容易與金屬法蘭形成腐蝕原電池,尤其耐油石棉橡膠板中硫黃含量高出普通石棉橡膠板幾倍,故在非油品介質中不宜使用。




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