墊片基礎(chǔ)知識

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. 墊片基礎(chǔ)知識 一、基本概念 1.墊片密封原理： 墊片密封是靠外力壓緊密封墊片，使其本身發(fā)生彈性或塑性變形，以填滿密封面上的微觀凹凸不平來實現(xiàn)。也就是利用密封面上的比壓使介質(zhì)通過密封面的阻力大于密封面兩側(cè)的介質(zhì)壓力差來實現(xiàn)密封。 2.墊片密封的泄漏有二種：滲透泄漏與界面泄漏 滲透泄漏(墊片中間泄露)：對非金屬材料而言，從材料的微觀結(jié)構(gòu)看，本身存在微小縫隙和細(xì)微的毛細(xì)管。具有一定壓力的流體自然容易通過它們泄漏出來，此泄漏稱為滲透泄漏，其泄漏量約占總泄漏量的10～20％。可以采用不同材料的復(fù)合或機(jī)械組合型式形成不滲透性的結(jié)構(gòu)?；蛘呤褂幂^大的壓緊力使材料更加密實，減少以至消除泄漏。 界面泄漏(兩連接面泄露)：兩連接表面（即密封面）從機(jī)械加工的微觀紋理來看存在粗糙度和變形，它們與墊片之間總存在泄漏通道，由此產(chǎn)生的泄漏叫界面泄漏，其泄漏量約占總泄漏量的80～90％。界面泄漏與墊片材料的性質(zhì)、接頭的機(jī)械性質(zhì)與狀態(tài)、密封流淌的特性以及緊固件的夾緊程度有關(guān)。 總結(jié):要少泄露,首先墊片要“夾緊”，同時要求墊片有一定的“回彈力”以回彈填滿空隙，否則也不行。回彈力取決于墊片本身的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)及使用條件（溫度、壓力）。墊片夾緊后（初始密封），在介質(zhì)壓力作用下（墊片內(nèi)側(cè)直接和介質(zhì)接觸）的密封叫工作密封。從理論上說，預(yù)緊應(yīng)力愈大，墊片中貯存的彈性應(yīng)變能也愈大，因而可用于補償分離或松弛的余地也就愈大，當(dāng)然要以密封材料本身最大彈性變形能力為極限。緊固件因受熱引起應(yīng)力松弛、墊片老化彈性下降，墊片長期受壓等原因都可能導(dǎo)致“昨天不漏今天漏”。 二、鋼制管法蘭用墊片標(biāo)記 根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》（HG/T 20592～20635-2009）的要求，鋼制管法蘭用墊片（PN系列）標(biāo)記規(guī)定如下： 其中： a為標(biāo)準(zhǔn)編號 1、HG/T 20606-2009 鋼制管法蘭用非金屬平墊片（PN系列）； 2、 HG/T 20607-2009 鋼制管法蘭用聚四氟乙烯包覆墊片（PN系列）； 3、HG/T 20609-2009 鋼制管法蘭用金屬包覆墊片（PN系列）； 4、HG/T 20610-2009 鋼制管法蘭用纏繞式墊片（PN系列）； 5、 HG/T 20611-2009 鋼制管法蘭具有覆蓋層的齒形組合墊（PN系列）； 6、HG/T 20612-2009 鋼制管法蘭非金屬環(huán)形墊（PN系列）。 b為墊片名稱 1、非金屬平墊片用“墊片”表示； 2、聚四氟乙烯包覆墊片用“四氟包覆墊” 表示； 3、金屬包覆墊片用“金屬包墊片”表示； 4、纏繞式墊片用“纏繞墊”表示； 5、具有覆蓋層的齒形組合墊用“齒形墊”表示。 6、非金屬環(huán)形墊用“橢圓墊/八角墊”表示。 c為密封面型式代號（與相應(yīng)的法蘭配套） 表1 非金屬平墊片密封面型式代號及公稱壓力范圍 密封面型式（代號） 公稱壓力PN 全平面（FF） 2.5～16 突面（RF） 2.5～63 凹面/凸面（FM/M） 10～63 榫面/槽面（T/G） 10～63 表2 纏繞式墊片型式及代號 類型 代號 斷面形狀 適用法蘭密封面型式 基本型 A 榫面/槽面 帶內(nèi)環(huán)型 B 凹面/凸面 帶對中環(huán)型 C 突面a 帶內(nèi)環(huán)和對中環(huán)型 D 突面a 注：1.a也適用于全平面的法蘭密封面； 2.金屬纏繞式墊片適用的公稱壓力為：PN16、PN25、PN40、PN63、PN100、PN160 圖1 B、C、D型纏繞式墊片 d為公稱尺寸（DN） e為公稱壓力（PN） f為材料代號 1、非金屬平墊片 材料代號由“墊片（主）材料代號/包邊材料代號”標(biāo)記，若無包邊材料，則省略不寫，只寫墊片材料代號。 表3 非金屬平墊片使用條件 類別 名稱 標(biāo)準(zhǔn) 代號 適用范圍 最大（pT）(MPa℃) 公稱壓力PN 工作溫度（℃） 橡膠 天然橡膠 a NR ≤16 －50～＋80 60 氯丁橡膠 CR ≤16 －20～＋100 60 丁腈橡膠 NBR ≤16 －20～＋110 60 丁苯橡膠 SBR ≤16 －20～＋90 60 三元乙丙橡膠 EPDM ≤16 －30～＋140 90 氟橡膠 FKM ≤16 －20～＋200 90 石棉橡膠 石棉橡膠板 GB/T 3985 XB350 ≤25 －40～＋300 650 XB450 耐油石棉橡膠板 GB/T 539 NY400 非石棉纖維橡膠 非石棉纖維的橡膠壓制板a 無機(jī)纖維 b NAS ≤40 －40～＋290d 960 有機(jī)纖維 －40～＋200d 聚四氟乙烯 聚四氟乙烯板 QB/T 3625 PTFE ≤16 －50～＋100 聚四氟乙烯板或帶 b，c ePTFE ≤40 －200～＋200d 填充改性聚四氟乙烯板 RPTFE 柔性石墨 增強(qiáng)柔性石墨板 JB/T 6628 JB/T 7758.2 RSB 10～63 －240～＋650(用于氧化性介質(zhì)時：－240～＋450) 1200 高溫云母 高溫云母復(fù)合板 10～63 －960～＋900 注：1 增強(qiáng)柔性石墨板是由不銹鋼沖齒或沖孔芯板與膨脹石墨粒子復(fù)合而成，不銹鋼沖齒或沖孔芯板起增強(qiáng)作用。 2 高溫云母復(fù)合板是由316不銹鋼雙向沖齒板和云母復(fù)合而成，不銹鋼沖齒板起增強(qiáng)作用。 a 除本表的規(guī)定以外，選用時還應(yīng)符合HG/T 20614的相應(yīng)規(guī)定。 b 非石棉纖維橡膠板、膨脹聚四氟乙烯板或帶、填充改性聚四氟乙烯板選用時應(yīng)注明公認(rèn)的廠商牌 號（詳見HG/T 20614附錄A），按具體使用工況，確定具體產(chǎn)品的使用壓力、使用溫度范圍及最 大（pT）值。 c 膨脹聚四氟乙烯帶一般用于管法蘭的維護(hù)和保養(yǎng)，尤其是應(yīng)急場合，也用于異形管法蘭。 d 超過此溫度范圍或飽和蒸汽壓大于1.0MPa（表壓）使用時，應(yīng)確認(rèn)具體產(chǎn)品的適用條件。 2、纏繞式墊片 首先應(yīng)該明確纏繞式墊片按其構(gòu)造的主體材料來看，是屬于半金屬墊片，所以其材料代號應(yīng)明確四個部分的材料：①對中環(huán)材料代號+②金屬帶材料代號+③填料代號+④內(nèi)環(huán)材料代號。注意：當(dāng)無內(nèi)環(huán)或無對中環(huán)時，標(biāo)記代號為“0”。 圖2 D型纏繞式墊片各部分名稱 表4 纏繞式墊片標(biāo)記代號和標(biāo)志縮寫 材料 標(biāo)記代號 標(biāo)志縮寫 材料 標(biāo)記代號 標(biāo)志縮寫 金屬材料 金屬材料 碳鋼 1 CRS Ni-Mo合金 Hastelloy B2 9 HAST B 0Cr18Ni9 2 304 Ni-Mo-Cr合金Hastelloy C-276 HAST C 00Cr19Ni10 3 304L Ni-Mo-Fe合金Incoloy 600 INC 600 0Cr17Ni12Mo2 4 316 Ni-Mo-Cr合金Incoloy 800 IN 800 00Cr17Ni14Mo2 5 316L 鋯 ZIRC 0Cr18Ni10Ti 6 321 填充材料 0Cr18Ni11Nb 7 347 溫石棉帶 1 ASB 0Cr25Ni20 8 310 柔性石墨帶 2 G.F. 鈦 9 TI 聚四氟乙烯帶 3 PTFE Ni-Cu合金 Monel 400 MON 非石棉纖維帶 4 NA 表4 常用的纏繞式墊片材料代號 序號 材料代號 墊片型式 解析 1 0220 A 金屬帶材料為0Cr18Ni9，填料為柔性石墨帶的基本型纏繞墊片。 2 0221 B 金屬帶材料為0Cr18Ni9，填料為柔性石墨帶，內(nèi)環(huán)材料為碳鋼的帶內(nèi)環(huán)型纏繞墊片。 3 1220 C 對中環(huán)材料為碳鋼，金屬帶材料為0Cr18Ni9，填料為柔性石墨帶的帶對中環(huán)型纏繞墊片。 4 1221 D 對中環(huán)材料為碳鋼，金屬帶材料為0Cr18Ni9，填料為柔性石墨帶，內(nèi)環(huán)材料為碳鋼的帶內(nèi)環(huán)和對中環(huán)型纏繞墊片。 5 1222 D 對中環(huán)材料為碳鋼，金屬帶材料為0Cr18Ni9，填料為柔性石墨帶，內(nèi)環(huán)材料為0Cr18Ni9的帶內(nèi)環(huán)和對中環(huán)型纏繞墊片。 標(biāo)記示例(非金屬平墊片) 示例1：公稱尺寸DN100、公稱壓力PN25的突面法蘭，選用厚度為1.5mm的0Cr18Ni9（304）不銹鋼包邊的XB450石棉橡膠墊片，其標(biāo)記為： HG/T 20606 墊片 RF-E 100-25 XB450/304 示例2：公稱尺寸DN200、公稱壓力PN10的突面法蘭，選用厚度為1.5mm的填充改性聚四氟乙烯墊片，其標(biāo)記為： HG/T 20606 墊片 RF 200-10 RPTFE(AAA/BBB) 注：當(dāng)用戶選定具體廠商（AAA）和牌號（BBB）時，應(yīng)予以附加標(biāo)記(AAA/BBB) 示例3：公稱尺寸DN500、公稱壓力PN6的全平面法蘭，選用厚度為5mm（非標(biāo)）的三元乙丙橡膠墊片，其標(biāo)記為： HG/T 20606 墊片 FF 500-6-T5 EPDM 示例4：公稱尺寸DN400、公稱壓力PN16，鋼外徑為B系列的凹面/凸面法蘭選用厚度為3mm的無機(jī)纖維橡膠板墊片，其標(biāo)記為： HG/T 20606 墊片 MFM 400-16(B) NAS(AAA/BBB) 注：當(dāng)用戶選定具體廠商（AAA）和牌號（BBB）時，應(yīng)予以附加標(biāo)記(AAA/BBB) 示例5：公稱尺寸DN350、公稱壓力PN63，芯板材料和包邊材料為316L的突面法蘭，選用厚度為3mm增強(qiáng)柔性石墨板墊片，其標(biāo)記為： HG/T 20606 墊片 RF-E 350-63 RSB/316L 標(biāo)記示例(纏繞式墊片) 示例1：公稱尺寸DN100、公稱壓力為PN40的鋼制管法蘭用帶內(nèi)環(huán)和對中環(huán)型的纏繞式墊片（D型），對中環(huán)材料為碳鋼，金屬帶材料為0Cr18Ni9，填料為柔性石墨帶，內(nèi)環(huán)材料為0Cr18Ni9，其標(biāo)記為： HG/T 20610 纏繞墊D100-40 1222 三、墊片的種類 墊片的種類多種多樣，按其構(gòu)造的主體材料分為非金屬墊片、半金屬墊片和金屬墊片三大類。 1、非金屬墊片 非金屬墊片質(zhì)地柔軟、耐腐蝕、價格便宜，但耐溫和耐壓性能差。多用于常溫和中溫的中、低壓容器或管道的法蘭密封。非金屬墊片包括橡膠墊、石棉墊、石棉橡膠墊、柔性石墨墊和聚四氟乙烯墊等。 ①橡膠板。制作橡膠板墊片的主要材料有天然橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠等，另外，氟橡膠等特種橡膠也開始應(yīng)用。橡膠因具有組織致密、質(zhì)地柔軟、回彈性好，容易剪切成各種形狀，且便宜、易購等特點而被廣泛使用于容器和管道密封中。但它不耐高壓，容易在礦物油中溶解和膨脹，且不耐腐蝕。在高溫下容易老化，失去回彈能力。 ②石棉。石棉材料有溫石棉和藍(lán)石棉兩種。溫石棉耐熱、耐堿性好，抗拉強(qiáng)度高，耐酸性能較差，大多數(shù)石棉橡膠板由它制造；藍(lán)石棉不僅耐熱性能好，而且耐酸性能也好，故多被用于制造耐酸石棉橡膠板。石棉板正常使用溫度在550度以下。直徑較大的低壓容器可使用石棉帶或石棉繩。在使用石棉繩時，通常浸漬水玻璃。酸、堿、溶劑等介質(zhì)也可用此類墊片。 ③石棉橡膠板。石棉橡膠板是由石棉、橡膠和填料經(jīng)壓制而成的。一般石棉纖維占60％～85％。根據(jù)其配比工藝、性能及用途不同，主要有高壓石棉橡膠板、中、低壓石棉橡膠板和耐油石棉橡膠板。石棉橡膠板有適宜的強(qiáng)度、彈性、柔軟性、耐熱性等性能，用它制作墊片，既方便又便宜，因此在化工企業(yè)中，尤其是在中小型化工企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。 ④柔性石墨。柔性石墨是一種新穎的密封材料，良好的回彈性、柔軟性、耐溫性，在化工企業(yè)中得到迅速推廣和應(yīng)用。 ⑤聚四氟乙烯（簡稱PTFE）。聚四氟乙烯以其耐化學(xué)性、耐熱性、耐寒性、耐油性優(yōu)越于現(xiàn)在任何塑料而有 “塑料之王”之稱，它不易老化，不燃燒，吸水性近乎為零。其組織致密，分子結(jié)構(gòu)無極性，用作墊片，接觸面可做到平整光滑，對金屬法蘭不粘著。除受熔融堿金屬及含氟元素氣體的侵蝕外，它能耐多種酸、堿、鹽、油脂類溶液介質(zhì)的腐蝕。聚四氟乙烯墊片包括純聚四氟乙烯、填充聚四氟乙烯或膨脹聚四氟乙烯等。 2、半金屬墊片（又稱金屬復(fù)合墊片） 非金屬材料雖具有很好的柔軟性、壓縮性和螺栓載荷低等優(yōu)點，但它的主要缺點是強(qiáng)度不高，回彈性差、不適合高壓、高溫場合，所以結(jié)合金屬材料強(qiáng)度高，回彈性好、經(jīng)受得起高溫的特點，形成將兩者組合結(jié)構(gòu)的墊片，即為半金屬墊片。半金屬墊片是用不同材料的金屬薄板把非金屬材料包裹起來壓制成型的。金屬材料在外層，可耐高溫；非金屬材料在內(nèi)層，使墊片具有良好的彈性和回彈性。這樣組合后的墊片可滿足高溫和較高壓力的使用要求。半金屬墊片主要有金屬包覆墊片、金屬纏繞墊片、金屬波紋復(fù)合墊片、金屬齒形復(fù)合墊片等。 ①金屬包墊。該墊片以非金屬為芯材、外包厚度為0.25～0.5mm的金屬薄板。按包覆狀態(tài)，可分為全包覆、半包覆、波形包覆、雙層包覆等。金屬薄板根據(jù)材料的彈塑性、耐熱性、耐蝕性選取。主要有銅、鍍鋅鐵皮、不銹鋼、鈦、蒙乃爾合金等。使用較多的是銅、鍍鋅鐵皮和不銹鋼。作為金屬包墊的芯材，耐熱性是主要考核指標(biāo)。一般采用石棉板或橡膠石棉板、耐高溫性能好的碳纖維或瓷質(zhì)纖維及柔性石墨板材等。金屬包墊的另一特點是能制成各式異型墊片?？梢詽M足各種熱交換器管箱和非圓形壓力容器密封的需要，而其他復(fù)合墊片卻不能。 ②金屬纏繞墊片。金屬纏繞墊片是由薄金屬波形帶與石棉或柔性石墨等非金屬帶交替繞成螺旋狀，將金屬帶的始末端點焊接制成。國外也稱作螺旋墊片。 3.金屬墊片 在高溫高壓及載荷循環(huán)頻繁等苛刻操作條件下，各種金屬材料仍是密封墊片的首選材料，常用的材料有銅、鋁、低碳鋼、不銹鋼、鉻鎳合金鋼、鈦、蒙乃爾合金等。為了減少螺栓載荷和保證結(jié)構(gòu)緊湊，除了金屬平墊盡量采用窄寬度外，各種具有線接觸特征的環(huán)墊結(jié)構(gòu)則是其優(yōu)選的形式。 金屬墊片的截面形狀有平形、波形、齒形、八角形、透鏡形等等。 ①平形金屬墊片。平形金屬墊片使用時分寬墊片和窄墊片兩種。寬墊片因預(yù)緊力要求大，易引起螺栓和法蘭變形，壓力超過10MPa時在光滑面的法蘭上很少使用。窄墊片容易預(yù)緊，可在壓力6.3～10MPa的管道上使用。 ②波形金屬墊片。波形金屬墊片的金屬板厚度一般為0.25～0.8mm。墊片厚度一般為波長的40％～50％。適宜于光滑密封面的管道上使用。 ③齒形金屬墊。齒頂距約15mm，齒頂、齒根角均為90。其密封性能比平形密封墊好，壓緊力也比平形墊小。 四、關(guān)于墊片需注意的幾個問題 1.理解鋼制管法蘭用非金屬平墊片是了解其它墊片的前提。特別要注意不同類別的墊片其使用壓力和使用溫度。不能亂墊！ 2. 法蘭公稱直徑、公稱壓力決定墊片的厚度。墊片推薦有二種厚度規(guī)格：分別是1.5mm和3mm。一般說來DN300(含)以下的法蘭用1.5mm的墊片。DN300以上的法蘭用3.0mm的墊片。 備注：纏繞式墊片推薦厚度4.5mm，其中環(huán)厚度為3mm。在螺絲預(yù)應(yīng)力的作業(yè)下，4.5mm的墊片壓縮到與中環(huán)厚度為3mm一致，以保證密封。 3. 非金屬墊片按密封面型式分為突面（RF）、凹凸面（MFM）、榫槽面(TG）、全平面 (FF）型。注意：全平面(FF)型式的墊片上有螺栓孔，其它型式的墊片沒有，這是由于全平面法蘭密封面決定的。我們要清楚不同的墊片分別是墊在法蘭的哪個位置。 圖3 非金屬平墊片（全平面型式） 4. 鋼制管法蘭用聚四氟乙烯包覆墊片（HG/T20607-2009）和鋼制管法蘭用金屬包覆墊片（HG/T20609-2009）均屬包覆墊片。區(qū)別是包覆材料不一樣（分別為聚四氟乙烯和金屬）。 5. 包覆墊片由包覆體和填充材料（結(jié)構(gòu)類似夾芯餅干）二部分構(gòu)成。填充材料（有時也叫芯材或嵌入層）可能是石棉橡膠板、丁腈橡膠、非石棉纖維橡膠等。如同我們的防火門（外層（包覆層）可能是木材或鐵（類似四氟乙烯包覆或金屬包覆），夾成（填充材料）可能是泡沫、石棉。 6.《液化石油氣供應(yīng)工程設(shè)計規(guī)范》（GB 51142-2015）中第9.3.4條規(guī)定：液化石油氣儲罐第一道管法蘭、墊片和緊固件的設(shè)計應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》HG/T20592～20635，并應(yīng)采用帶頸對焊法蘭、帶內(nèi)環(huán)和對中環(huán)型的金屬纏繞墊片和專用級高強(qiáng)度全螺紋螺柱與Ⅱ型六角螺母的組合。 .