石墨密封墊片選擇哪個好？

想必很多人對石墨密封墊片都不陌生，對它的功能也是如數(shù)家珍，但是石墨密封墊片的種類有很多，各種不同材質(zhì)的墊片應(yīng)用也各有不同，性能差別很大。那么哪種材質(zhì)比較好呢？具體要怎么選擇？

選擇石墨密封墊片的材料主要取決于下列三種因素：溫度、壓力、介質(zhì)。推薦d工作溫度不超過538℃，特別當(dāng)介質(zhì)具有氧化性時。薄碳鋼板地不適合應(yīng)用于制造無機(jī)酸、中性或酸性鹽溶液的設(shè)備，如果碳鋼受到在的應(yīng)力，用于熱水工況條件下的設(shè)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。含碳量不超過0.03%。推薦d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。材料不含樹脂或無機(jī)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。石墨密封墊片可粘接以至可制造直徑超過600MM管道墊片。對許多酸、堿、鹽和有機(jī)合物和傳熱溶液，甚至高溫溶液具有非常優(yōu)異的耐蝕性能。它不能熔化，但超過3316℃時將升華。鏟刮法利用鏟刀斜刃緊貼密封面，鏟除墊片及其殘渣此法特別適于膠墊片和橡膠石棉墊片。在高溫條件下，在強(qiáng)氧化性介質(zhì)中使用該材料應(yīng)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。

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?密封墊片與螺栓同法蘭的連接

墊片：

密封墊片是夾持在一對法蘭密封面之間的單個密封零件。安裝時，通過擰緊螺栓對法蘭施加一外力，該外力傳遞給墊片，使墊片發(fā)生壓縮變形。從能量的概念出發(fā)，外力作用墊片所做的功，若不考慮任何能量損失，將全部轉(zhuǎn)變?yōu)樽冃文?，貯存于墊片內(nèi)。工作時，密封流體壓力迫使法蘭密封面分離，壓縮墊片的載荷被部分卸除，貯存于墊片中的變形能以做功的方式來恢復(fù)變形，即墊片釋放其能量。若貯存的變形能尚有剩余，墊片與法蘭密封面仍保持接觸，法蘭不會發(fā)生泄漏。所以，墊片也被描述為“密封在兩個表面之間，并貯存有能量的一個裝置”。例如，手冊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<。

一、螺栓法蘭連接系統(tǒng)

如技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上可行，能夠制造出十分光滑和精細(xì)的兩被連接件的接合面，并用螺栓連接起來，使兩接合面始終保持接觸，則接合面之間就不需要放置墊片，此種螺栓連接稱為無墊螺栓接頭（non-gasketed bolt joints），常用于汽車、飛機(jī)、鋼結(jié)構(gòu)、重型設(shè)備等領(lǐng)域。但是由于設(shè)備結(jié)構(gòu)和尺寸的限制，加工和安裝很難得到理想的光滑接合面；對密封面施加壓緊載荷，以產(chǎn)生壓緊應(yīng)力，可提高密封面的接觸程度，當(dāng)應(yīng)力增大到足以引起表面產(chǎn)生明顯的塑性變形，就可填補(bǔ)密封面的間隙，堵塞泄漏通道。其次，接合面也會隨時間產(chǎn)生腐蝕或磨蝕變得不光滑。因此，需要在這些接合面中間安裝墊片作為過渡元件，以此與結(jié)合面形成緊密的接觸，提供連接必需的密封，并與無墊螺栓接頭相比，可以在較低螺栓載荷下經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)密封，該種螺栓連接稱為墊片螺栓接頭（gasketed bolt joints），是壓力管道，壓力容器和承壓設(shè)備應(yīng)用廣泛，使用頻繁的可拆式連接。由于被連接件通常采用一對法蘭，法蘭一端與殼體或管道相連，并用一組螺栓將兩法蘭緊固在一起。通常把此類螺栓連接稱為螺栓法蘭連接（bolted flanged connection,BFC）或螺栓法蘭接頭（bolted flanged joint,BFJ），如圖3.18所示。

四氟包覆石棉墊片

由此可見，BFC是一個由法蘭、螺栓和墊片等元件組成的組合件。兩個法蘭可以是同樣型式和材料的法蘭，也可以是不同型式和（或）材料的法蘭，或者其中一個是用螺栓連接的平蓋。而墊片總是比法蘭密封軟的材料制成。

二、兩種螺栓法蘭連接型式

根據(jù)密封原理，將螺栓法蘭連接分為浮動型（floating type,FL）或金屬與金屬非接觸型（nonmetal-to-metal contact）螺栓法蘭連接和金屬與金屬接觸型（metal to metal contact,MMC）螺栓法蘭連接兩大類。如圖3.19（a）所示，浮動型的螺栓法蘭連接指墊片夾持在一對法蘭的兩個接合面之間，自從預(yù)緊螺栓的安裝開始，知道法蘭連接的整個服役期內(nèi)，法蘭接合面不發(fā)生任何接觸，因此螺栓預(yù)緊載荷完全作用在墊片上，而進(jìn)入運(yùn)行后，墊片初始載荷將隨外部載荷作用增加或減少，且墊片上的載荷分布也是不均勻的。而金屬與金屬接觸型（下稱“MMC”）的螺栓法蘭連接可使用與浮動型螺栓法蘭連接同樣的法蘭，只是將某些型式的壓縮限制裝置放在螺栓中心圓內(nèi)的法蘭接合面上，次壓縮限制裝置也可以是墊片一部分貨獨(dú)立的一個部件，起限位器的作用，如圖3.19（b）所以。因此，當(dāng)螺栓預(yù)緊后，法蘭的兩接合面金屬或法蘭接合面金屬與壓縮限制器金屬之間發(fā)生機(jī)械接觸。相比浮動型，MMC型螺栓法蘭連接的主要特點(diǎn)是螺栓必須被施加到足夠高的載荷，除了達(dá)到金屬接除外，且保證在其后任何外部載荷作用下，在整個法蘭連接的全生命周期內(nèi)始終保持金屬接觸而不脫離，這樣墊片上載荷也總是保持固定，并周向均勻分布。壓縮限制裝置起了承攬外部載荷的作用，提供了法蘭接頭j的密封性能。因此，浮動型和MMC型法蘭螺栓連接的主要區(qū)別在于墊片環(huán)境的任何改變不會導(dǎo)致干擾墊片載荷大小和分布的風(fēng)險，因這些干擾，包括自重、流體壓力、外彎矩和溫度變化等載荷及其波動都被轉(zhuǎn)移到螺栓和機(jī)械接觸部件上去。其次，MMC法蘭螺栓連接也減少了螺栓因承受循環(huán)載荷，發(fā)生疲勞或松脫的危險。8mm的帶狀聚四氟乙烯薄膜，用熱密封方法將兩端熱合后包在環(huán)狀的芯材外面呈U形狀，制造簡便，適用于尺寸較大的法蘭密封。此外，它還提高了法蘭的剛性，減少了法蘭的轉(zhuǎn)角。

?關(guān)于密封墊片的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)分享及注意事項(xiàng)有哪些

01

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r劑,長期使用溫度不超過90℃,低溫性能優(yōu)異,可在-60℃以上使用。

丁q橡膠適用于石油類產(chǎn)品,如石油、潤滑油、燃料油等,長期使用溫度為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q橡膠而優(yōu)于其他通用橡膠,長期使用溫度低于90℃,g使用溫度不超過130℃,低溫為-30~-50℃。

氟橡膠有多個品種,它們分別具有良好的耐酸、耐氧化性能以及耐油、耐r劑性能?？梢栽趲缀跛械乃犷惤橘|(zhì)以及一些油和r劑中使用,長期使用溫度低于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,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)r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,適宜作真空容器的密封墊片,真空度g可達(dá)1.3×10-7Pa。橡膠墊在10-1~10-7Pa真空度范圍使用時,需經(jīng)烘焙和抽氣處理。

02

石棉橡膠板

價格較其它墊片低,使用方便;d問題是:墊片材料雖然加入了橡膠和一些填充劑,仍無法將那些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,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,給更換墊片帶來了許多麻煩。一般情況下，墊片的生產(chǎn)商會給出材料的z大PT值防腐密封墊圈廠防腐密封墊圈廠防腐密封墊圈廠防腐密封墊圈廠。

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,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,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。安裝時，通過擰緊螺栓對法蘭施加一外力，該外力傳遞給墊片，使墊片發(fā)生壓縮變形。

介質(zhì)對石棉橡膠板的強(qiáng)度影響也很大。例如,在航空潤滑油和航空燃油中,400號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板材中橡膠的溶脹比航空潤滑油嚴(yán)重之故?？紤]到上述因素,國產(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號耐油石棉橡膠板使用溫度不宜超過350℃。丁q橡膠適用于石油類產(chǎn)品,如石油、潤滑油、燃料油等,長期使用溫度為120℃,如在熱油中可耐150℃,低溫為-10~-20℃。

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)中會發(fā)生溶脹現(xiàn)象,但在一定范圍內(nèi),對密封性能基本沒有什么影響。例如,400號耐油石棉橡膠板在常溫航空燃油中作24小時浸泡試驗(yàn),要求因吸油重量增加不得超過15%。但不能說墊片越寬越好，因?yàn)閴|片越寬，墊片的表面積就越大，這樣要在墊片上產(chǎn)生同樣的壓緊應(yīng)力，寬墊片的螺栓力就要經(jīng)窄墊片大得多。

國產(chǎn)石棉橡膠板與國外m牌產(chǎn)品相比尚有一定差距。某單位的統(tǒng)計數(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。

03

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g使用壓力一般不超過2MPa。10．聚四氟乙烯集中了大多數(shù)塑料墊片材料的優(yōu)點(diǎn)，包括耐溫從-95℃~232℃。

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,隨著時間的延長,密封面的壓緊應(yīng)力也會下降,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)緊時墊片易向外滑移,所以h采用凹凸式法蘭面。當(dāng)采用平面法蘭時,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,法蘭表面平面度較差。采用金屬復(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。安裝榫槽面密封面法蘭中的基本型纏繞式墊片時，應(yīng)注意與槽壁面保持間隙一致。

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。

04  

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。或?qū)⑹迬Ъ粝潞笾苯臃笤诜ㄌm表面。它用于大型硫酸、x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)超過原來的石棉繩。所以，墊片也被描述為“密封在兩個表面之間，并貯存有能量的一個裝置”。

05

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℃(個別也有達(dá)600~700℃,如在常壓~0.16MPa的煙道氣中),使用壓力為4MPa,g可達(dá)6MPa。如壓力再,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。其次，MMC法蘭螺栓連接也減少了螺栓因承受循環(huán)載荷，發(fā)生疲勞或松脫的危險。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。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h適的。目前,國內(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。

目前國內(nèi)尚無此產(chǎn)品,故有的單位將現(xiàn)有的柔性石墨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。當(dāng)用于一些高溫油類介質(zhì)時,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。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。