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如何正確選用閥門墊片

墊片是兩個物體之間的機械密封，通常用以防止兩個物體之間受到壓力、腐蝕、和管路自然地熱脹冷縮泄漏。由于機械加工表面不可能完美，使用墊片即可填補不規(guī)則性。

　　1、選擇時的注意事項 正確選用密封墊片是保證閥門無泄漏之關鍵。對于同一種工況，一般有若干種墊..

　　選擇時的注意事項

　　正確選用閥門密封墊片是保證設備無泄漏之關鍵。對于同一種工況，一般有若干種墊片可供選擇。必須根據(jù)介質的物性、壓力、溫度和設備大小、操作條件、連續(xù)運轉周期長短等情況，合理地選擇墊片，揚長避短，充分發(fā)揮各種墊片的特點。

　　選擇墊片時，應充分考慮下列因素：

　　(1)有良好的彈性和恢復性，能適應壓力變化和溫度波動;

　　(2)有適當?shù)娜彳浶裕芘c接觸面很好地貼合;

　　(3)不污染工藝介質;

　　(4)有足夠的韌性而不因壓力和緊固力造成破環(huán);

　　(5)低溫時不硬化，收縮量小;

　　(6)加工性能好，安裝、壓緊方便;

　　(7)不粘結密封面、拆卸容易;

　　(8)價格便宜，使用壽命長。

　　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，在設備運轉一段時間后，墊片材料發(fā)生軟化、蠕變、應力松弛現(xiàn)象，機械強度也會下降，密封的壓力降低。反之亦然。例如，手冊上列舉高壓石棉橡膠板XB450在水、蒸汽介質中，使用溫度450℃、壓力<6MPa(該材料作密封性能試驗時，在440℃~450℃、12MPa的蒸汽中保壓30分鐘)。但在長期實際使用中，溫度若達到450℃，所能密封的壓力僅0.3~0.4MPa。對于滲透性強的氣體介質則僅有0.1~0.2MPa。

　　上述情況，在選用時應予以充分考慮。

　　2、國產墊片的選用

　　(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，但不耐礦物油和非極性溶劑，長期使用溫度不超過90℃，低溫性能優(yōu)異，可在-60℃以上使用。

　　丁腈橡膠適用于石油類產品，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，耐油性次于丁腈橡膠而優(yōu)于其他通用橡膠，長期使用溫度低于90℃，高使用溫度不超過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、耐溶劑性能。可以在幾乎所有的酸類介質以及一些油和溶劑中使用，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，在較小的預緊力下就能發(fā)揮密封效果。正因如此，在承受內壓時，因墊片偏厚或硬度偏低而容易被擠出。

　　橡膠板材在苯、酮、醚等有機溶劑中使用，易出現(xiàn)溶脹、增重、變軟、發(fā)粘現(xiàn)象，導致密封失效。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，真空度高可達1.3×10-7Pa。橡膠墊在10-1~10-7Pa真空度范圍使用時，需經烘焙和抽氣處理。

　　（2）石棉橡膠板

　　價格較其它墊片低，使用方便;大問題是：墊片材料雖然加入了橡膠和一些填充劑，仍無法將那些串通的微小孔隙完全填滿，存在微量滲透。故在污染性極強的介質中，即使壓力、溫度不高也不能使用。當用于一些高溫油類介質時，通常在使用后期，由于橡膠和填充劑碳化，強度降低，材質變疏松，便在界面和墊片內部產生滲透，出現(xiàn)結焦和發(fā)煙現(xiàn)象。另外，石棉橡膠板在高溫下易粘結在法蘭密封面上，給更換墊片帶來了許多麻煩。

　　在受熱狀態(tài)下，墊片在各種介質中的使用壓力取決于墊片材料的強度保持率。石棉纖維材料中存在著結晶水和吸附水。110℃時，纖維之間的吸附水已有2/3析出，纖維的抗拉強度約降低10%;368℃時，吸附水全部析出，纖維的抗拉強度約降低20%;超過500℃，結晶水開始析出，強度則更低。介質對石棉橡膠板的強度影響也很大。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重之故。考慮到上述因素，國產石棉橡膠板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℃。

　　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，故在非油性介質中不宜使用。墊片在油品和溶劑類介質中會發(fā)生溶脹現(xiàn)象，但在一定范圍內，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，要求因吸油重量增加不得超過15%。

　　國產石棉橡膠板與國外名牌產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℃的油介質中，凡使用石棉橡膠板不漏的大多為進口產品。日本石油工業(yè)標準JPI-7S-71《石油工業(yè)用石棉橡膠板使用標準》，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、強腐蝕以及不允許污染的介質，如強酸、強堿、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，隨著時間的延長，密封面的壓緊應力也會下降，產生“應力松弛現(xiàn)象。該現(xiàn)象在各種墊片中都會產生，只是聚四氟乙烯墊的應力松弛現(xiàn)象較為嚴重，應予注意。

　　聚四氟乙烯的摩擦系數(shù)較小(壓緊應力大于4MPa，摩擦系數(shù)為0.035~0.04)，預緊時墊片易向外滑移，所以好采用凹凸式法蘭面。當采用平面法蘭時，可將墊片外徑接觸螺栓，利用螺栓阻止墊片外滑。由于搪玻璃設備是在金屬表面噴涂了一層瓷釉后燒結而成的，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、壓力不高的強腐蝕介質中，采用石棉橡膠板外纏聚四氟乙烯生料帶，用于經常拆卸的人孔、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的管道、泵、閥、進出口法蘭，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)設備的具體要求，編織成不通寬度、厚度、直徑的墊片。或將石棉帶剪下后直接敷在法蘭表面。它用于大型硫酸、硝酸氧化爐以及一些未經加工的設備接口處，效果遠遠超過原來的石棉繩。

　　(5)金屬包石棉墊

　　由金屬薄板包覆石棉板或石棉橡膠板，使其不與介質直接接觸，避免了石棉纖維強度下降，客服了滲漏現(xiàn)象，從而擴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600~700℃，如在常壓~0.16MPa的煙道氣中)，使用壓力為4MPa，高可達6MPa。如壓力再增高，墊片易產生橫流現(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，產生變形而導致密封失效。有人認為，若將芯材改為彈性較好的合成橡膠，其緊固力就會下降。其實不然，因為芯材改軟后，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，包墊反容易被極壞。另外，在含氯離子較多的介質以及酸性介質中，不銹鋼包墊及鐵皮包墊的搭接處易產生縫隙腐蝕。

　　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。柔性石墨作芯材是合適的。目前，國內已批量生產金屬包柔性石墨墊。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、反應器的大蓋、裝卸孔、人孔法蘭等。國內曾制作過直徑為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，預緊比壓較小，密封性能更佳。圖2-9為兩者壓緊應力與泄漏量的關系曲線。

　　目前國內尚無此產品，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量直接影響設備能否正常運轉。若在帶材背面涂刷一層膠水，可提高貼覆質量。

　　(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佳。其預緊比壓較石棉纏繞墊小，不存在石棉纖維毛細孔滲漏的缺點。圖2-10為兩者預緊比壓與泄漏量的關系曲線。

　　在油介質中，金屬帶材多使用0Cr13，而其它介質則推薦使用1Cr18Ni9Ti。

　　不銹鋼帶柔性石墨纏繞墊在氣體介質中，使用壓力為14.7MPa(國內有高達19.6MPa)，在液體中可用至30MPa。溫度-190~+600℃(在無氧、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度大大高于常溫時的強度。所以聚四氟乙烯纏繞墊可用于低溫介質，如液態(tài)烴等。同時，因加入金屬帶提高了導熱性，聚四氟乙烯纏繞墊使用溫度可達250℃，在酸性介質中可用至9MPa、200℃。

　　纏繞墊用于壓力和溫度波動較大的換熱器、反應器、管道、閥門、泵進出口法蘭較為合適。對于中等以上壓力、溫度超過300℃者，應考慮使用帶內環(huán)、外環(huán)或內外環(huán)。若使用凹凸面法蘭，配帶內環(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鍵設備，用帶外環(huán)的柔性石墨纏繞墊，滿負荷時不漏，減負荷時則漏。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。墊片材質根據(jù)介質和溫度選取。

　　(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，當用于低壓高溫情況時，法蘭等級須在pg25公斤級以上。

總結：依據(jù)墊片材料特性及墊片選用準則有以下建議。

　　1.高危場合必須達到密封性良好，安全無危險。高危場合有高溫，高壓，蒸汽，有毒介質，易燃，易爆。墊片應選用性能優(yōu)異的金屬環(huán)墊，齒形組合墊，纏繞式墊片，波齒復合墊等。纏繞式墊片保證附帶內外加強環(huán)。波齒復合墊片可作為首選產品，因為其綜合性能好，價格適中。工況無變化的場合下選用齒形墊和金屬平墊。金屬環(huán)墊受制造成本等影響，應用后不理想需避免選用。

　　2.含石棉的密封材料應少用或不用，因為該類材料一般只能用于不重要場合的低參數(shù)工況如普通水，汽和油品。低參數(shù)場合可用高強石墨墊代替石棉橡膠板。雖然價格昂貴但性能好，是目前石棉橡膠板普通的代用材料。

　　3.壓力，溫度有變化，有振動，沖擊的場合(例如泵和壓縮機等動設備法蘭連接)要用具備良好回彈性能的纏繞式墊片及波齒復合墊。

　　4.熱媒加熱系統(tǒng)選用高強石墨復合墊等，盡量不用石棉橡膠板類作密封件。應選用不會溶脹和膨脹，防介質滲透性強的石墨為主體纏繞式墊片，波齒復合墊等。

　　5.醫(yī)藥食品等工業(yè)中，與生產物料相接觸的管道和工藝設備的密封件盡量不使用石棉橡膠板類材料密封件。主料是聚四氟乙烯的墊片比較理想，特別是包覆墊性能更好能克服聚四氟乙烯平墊易冷流，無彈性缺點，具備潔凈不污染，較好彈性。

　　6.一般性腐蝕性介質的場合可選用不銹鋼骨架的纏繞式墊片和波齒復合墊。強腐蝕工況用平墊和聚四氟包覆墊片。低壓低溫高強石墨復合墊。

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