【中德講堂】盤點墊片類型及其應(yīng)用范圍

中德密封

在之前的文章中小編已經(jīng)提到螺栓法蘭連接是一個機械組合系統(tǒng)，墊片是螺栓法蘭連接用得最多的密封元件。一般而言，螺栓法蘭連接泄露的主要原因在墊片。雖然墊片價格相對較低，但對工廠生產(chǎn)安全起著十分重要的作用。因此，為了保證安全運行，必須正確選擇墊片，確保墊片質(zhì)量和合適安裝墊片。今天小編會為大家盤點一下墊片的類型及其應(yīng)用范圍。


一、非金屬墊片
非金屬墊片一般用于低、中壓力和溫度工況，它的應(yīng)用主要決定于材料，而可用的材料又非常廣泛，壓力溫度、介質(zhì)和螺栓預(yù)緊載荷是選擇這些材料的主要考慮因素。對于非金屬墊片，應(yīng)從組成材料和截面結(jié)構(gòu)兩方面特征理解各種墊片的密封性能及其應(yīng)用范圍。


1、彈性體墊片
許多彈性體都可用作制造密封墊片的材料，而各種天然橡膠（NR）或合成橡膠是最通用的彈性體，常用合成橡膠如氯丁橡膠（CR）、丁腈橡膠（NBR）、丁苯橡膠（SBR）、三元乙丙橡膠（EPDM）和氟橡膠（FKM）等。各種彈性體具有不同的物理和化學特性，且通過各種彈性體復合得到不同的物理和化學特性，如抗拉強度、耐化學腐蝕性、硬度等，以滿足多種應(yīng)用的需要。


2、柔性石墨板
柔性石墨板的原料為天然晶質(zhì)石墨，其形狀如魚鱗狀，故稱鱗片石墨。柔性石墨板生產(chǎn)首先要制備可膨脹石墨，工業(yè)上制備可膨脹石墨有電化學法和化學氧化法（最常用）兩種方法。

柔性石墨不僅具有普通石墨同樣的耐酸、堿和一般化學溶劑腐蝕性，良好的導電性和導熱性、而且具有優(yōu)良的壓縮回彈性和低蠕變性，對氣體及液體IDE滲透性較低。


3、金屬增強石墨板
純?nèi)嵝允�墨板的缺點是強度低，脆性大，不容易加工和方便使用，所以為了提高它的機械強度，采用金屬芯板增強，即在其中插入金屬薄箔、沖刺孔金屬薄板或金屬絲網(wǎng)等。墊片的密封性能與柔性石墨本身結(jié)構(gòu)和純度有關(guān)，而結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的機械強度主要受原材料和生產(chǎn)工藝的影響。

為了提高其對液體的不滲透性，更好的安全性（如刺孔金屬薄板因振動發(fā)生斷裂）、防止對高純度產(chǎn)品的污染和使運輸、貯存和安裝更容易，采用在內(nèi)側(cè)或內(nèi)外側(cè)周邊用不銹鋼薄板鎖邊。


4、無石棉墊片
無石棉墊片石油不含任何石棉的礦物或合成纖維與彈性體混合制成的無石棉板切割成型的墊片。無石棉板根據(jù)制造方法不同，分為壓縮閥和抄取法，分別稱為壓縮無石棉板和抄取無石棉墊板。


（1）壓縮無石棉板
它是石棉橡膠板制造工藝發(fā)展而來，采用礦物纖維或合成纖維代替石棉，與各種彈性體混合后，經(jīng)輥軋機加熱、壓延和流化等工序而成。因在壓延機上擠壓成板材，故也稱壓縮無石棉板，以和傳統(tǒng)的壓縮石棉板區(qū)別，后者國內(nèi)俗稱石棉橡膠板，國外也有稱為It板。


（2）抄取無石棉板
抄取法，因為其工藝類似造紙，所以也稱造紙法。合成或礦物纖維、填料、膠乳、化學助劑等與水混合成懸浮液后，經(jīng)絲網(wǎng)抄取、干燥、壓延等工序制成為支板。

與壓縮法板材相比，其質(zhì)地柔軟、性能均勻，生產(chǎn)連續(xù)，產(chǎn)品成本低，能生產(chǎn)薄紙板（0.3~1.6mm），工藝靈活性大，但缺點是密封性差、使用溫度不高和抗拉強度較低，所以單獨使用時作為汽缸等耐油襯墊，通常用作半金屬墊片的填充或覆蓋層材料，如用的最多的事作為金屬纏繞墊片的填充材料，如石棉紙、云母-石墨紙、片狀蛭石紙等。


5、云母板
石墨在高于340℃長期連續(xù)試用下，由于發(fā)生氧化反應(yīng)導致應(yīng)力松弛而泄露，所以不適用于高溫場合。云母也是鱗片狀的鋁硅酸鹽材料，作為增強填料可大大提高材料耐溫和耐化學腐蝕性能。由于它需要用黏合劑進行黏結(jié)，材料強度較脆弱，因此不能用于高壓，使用高溫，低壓場合，如用作煙氣管道墊片和燃燒室密封件。也可在內(nèi)層嵌入沖刺孔的不銹鋼薄板予以增強，用于較高壓力。


6、蛭石板
蛭石板是經(jīng)過化學熱處理的蛭石和彈性體粘合而成的耐高溫密封墊片材料。具有與石墨一樣的片狀結(jié)構(gòu)，但相比石墨它具有在極端高溫下不會氧化而保持良好的密封性能，具有廣泛的化學腐蝕性，比沒有增強的石墨板更柔軟和容易加工，也可用作纏繞墊片等半金屬墊片的填充材料。


7、聚四氟乙烯（PTFE）墊片
作為墊片用的PTFE材料有幾種類型，按照制造方法分為模壓燒結(jié)PTFE板，車削PTFE板，模壓或車削填充PTFE板，改性填充PTFE板、膨脹PTFE板（帶）、PTFE包覆墊片等。


二、半金屬墊片
半金屬墊片由柔軟材料作為填充料、覆蓋層或挿入物，與金屬元件一起組成。許多人工合成材料和（或）礦物基材料，以及彈性體用于加入特殊設(shè)計的金屬部件。這些金屬部件作為纏繞或覆面的金屬層、或部分或全部包覆的金屬外殼。半金屬墊片分成一下四類。


1、纏繞式墊片
纏繞墊片早在20世紀初就出現(xiàn)在油氣工業(yè)，現(xiàn)今結(jié)合新的密封材料仍廣為多個溫度和壓力工況所接受。與平墊片相比，由于其良好的回彈特性，纏繞是墊片適用于壓力和溫度有波動、螺栓載荷有松弛、熱沖擊和振動的場合。因此，纏繞式墊片有很好的普適性，在石油化工、造紙、電力等工業(yè)部門獲得了廣泛應(yīng)用，可用于較高壓力，最高達到30MPa；根據(jù)填料，最高使用溫度為260~1000℃。


2、金屬包覆墊片
金屬包覆墊片由部分或整個包覆在金屬外殼內(nèi)的軟填充材料構(gòu)成，填充材料賦予墊片回彈性，金屬包殼提供填充材料對壓力、溫度和腐蝕的保護。這些墊片比普通的沒有覆蓋層的金屬波形墊片更容易壓縮。對泄露的密封主要靠內(nèi)側(cè)的搭接部分，在該處壓縮時墊片的密度最大。整個內(nèi)側(cè)搭接部分必須處于壓縮狀態(tài)，而外側(cè)的搭接部分，在壓縮時對密封面起二次密封作用。

3、具有覆蓋層的齒形金屬墊片
具有覆蓋層的齒形金屬墊片的密封部分是由軟質(zhì)平墊和齒形金屬墊片組合而成，實心金屬芯板的上下兩個表面加工有同心圓的鋸齒，每個鋸齒表面覆蓋一層軟質(zhì)密封材料。

4、具有覆蓋層的波形金屬墊片
預(yù)緊法蘭時，他說載荷使墊片的多個波峰與密封面接觸，波峰及其附近波谷的覆蓋層材料被密實，從而形成同心圓的躲到屏障，形成迷宮密封效應(yīng)，有效地阻隔密封流體的泄露。因此，具有覆蓋層的金屬波形墊片既有金屬波紋墊片優(yōu)良的回彈性、剛度、強度、減少密封接觸面積，又兼有覆蓋層密封材料優(yōu)良的耐火性。該墊片另一突出的有點事在低螺栓載荷下，仍能提供很好的密封性能。


三、金屬墊片
金屬墊片主要用于高壓、高溫場合，包括平形、波形、圓環(huán)形墊片形式。

1、金屬平墊片

金屬平墊片指厚度相對其寬度較小的平板狀金屬墊片，其寬度至少為1.5倍金屬厚度。比其他形式的金屬墊片有更廣泛的應(yīng)用。因此，金屬平墊片可用于寬廣的溫度范圍和高壓場合。


2、金屬波形墊片
金屬波形墊片由壓成波紋型或同心圓環(huán)的金屬薄板制成，他們也可以用石棉、玻璃或陶瓷纖維繩等填充材料黏結(jié)在波紋槽內(nèi)。金屬波紋墊用于低壓、重量和空間有限的場合，最高使用壓力為3MPa。

3、金屬環(huán)形墊
金屬環(huán)形墊廣泛應(yīng)用于高壓、高溫的采油、煉油、石化等工業(yè)，如石化裝置的高壓加氫反應(yīng)器等。根據(jù)金屬環(huán)形墊的截面形狀，最通用的結(jié)構(gòu)形式時R形（橢圓形或八角型）、RX形和BX形。環(huán)形墊和法蘭的硬度差以及安裝螺栓載荷不足是導致泄露的主要原因。

4、金屬透鏡墊
金屬透鏡墊是在前蘇聯(lián)和德國標準中采用的一種實心金屬環(huán)形墊，適用于管道、閥門和壓力容器高溫、高壓工況的密封。金屬透鏡墊在國內(nèi)的合成氨、尿素等氮肥工業(yè)的高壓工藝和儀表管路中廣為應(yīng)用。


5、焊環(huán)墊片
焊環(huán)墊片由一對環(huán)形金屬板片（焊環(huán)）組成，每個焊環(huán)分別與一個法蘭焊接。焊環(huán)墊片用于壓力、溫度高，更多密封件知識請關(guān)注微信公眾號cxzhognde。密封介質(zhì)危害性大，不允許有微量泄露以及很少需要拆卸的螺栓法蘭連接，最終目的是防止有害物質(zhì)的污染或不停車運行。