一些法兰垫片的选用

垫片密封在现代工业中占有很重要的地位，密封失效造成的跑、冒、滴、漏严重地影响生产的连续性，密封的好坏直接关系到生产安全，因此垫片的发展越来越受到人们的重视。

垫片密封技术的发展是随着压力容器的发展而发展的，应用范围越来越广，随着现代化工业特别是石油化工业、原子能工业、大型电站的兴起，压力容器向高温、高压、高真空、深冷和大型化发展，也对垫片密封提出新的要求。

在垫片密封系统中，垫片的发展速度是最快的。

本文介绍几种常用垫片的发展概况，为垫片的密封选型和正确应用提供帮助。

垫片的类型现代工业中使用的垫片按其材料可分为非金属垫片(主要包括石棉橡胶板、聚四氟乙烯垫和柔性石墨垫，垫片形式多为平垫)、组合垫片(由两种非金属材料或一种金属和一种非金属材料组合而成的，主要包括缠绕式垫片、金属包垫以及最近发明的波形活压垫片等)和金属垫片(通常是由一种金属或合金通过机械加工而成的，主要包括平垫、椭圆形、八角形垫圈等)。

1.1非金属垫片1. 1.，石棉橡胶垫片石棉橡胶垫片是过去常使用的垫片之一，价格较其他垫片便宜，使用方便，一般用于压力不超过1. 6MPa、温度不超过200℃的场合。

它存在的不足是:垫片材料虽然加人了橡胶和一些填充剂，但仍然无法将那些串通的微小空隙填满，存在微量渗漏，故对于污染性极强的介质，即使压力、温度不高也不能使用;当用于一些高温油类介质时，通常在使用后期，由于橡胶和填充剂碳化，强度降低，材料变疏松，便在界面和垫片内部产生渗漏，出现结焦和发烟现象;另外，石棉橡胶板在高温下易粘结在法兰密封面上，给更换垫片带来了许多麻烦;石棉橡胶板还含有氯离子和硫化物，吸水后容易与金属法兰形成腐蚀原电池，尤其是耐油石棉橡胶板中硫磺含量高出普通石棉橡胶板几倍，故在非油性介质中不宜使用。

需要特别指出的是由于健康和环保的原因，石棉制品不符合国际环保公约和国际标准化组织的要求，石棉垫片在国际市场上已被禁用或淘汰，建议少用或不用。

1.1.2柔性石墨垫片柔性石墨垫片是取代石棉垫片的理想选择。

柔性石墨是膨胀石墨的别称，是天然石墨经过强酸氧化处理膨胀而成的一种理想的密封材料，具有良好的回弹性、柔软性、耐蚀性和耐温性。

1963年由美国科学家率先研制成功，并用在原子能阀门上，引起世界各国的高度重视，至70年代已广泛用于工业生产。

目前石墨类垫片已发展成为一个庞大的系列，主要包括柔性石墨板材垫片、金属加强柔性石墨板材垫片、镍化石墨板材垫片、柔性石墨金属包覆垫片以及石墨带状垫片。

柔性石墨多孔、疏松而又卷曲，故柔软性极好。

加一工成形时，其厚度方向约有10％一70％的回弹性，利用其回弹性及柔软的特性，在一定的压缩下即可达到密封。

不管是柔性石墨还是天然石墨，其晶体间结合力很小，当受到外力作用产生摩擦时，层与层之间易发生滑移，碳分子转移到摩擦面上就产生自润滑性。

膨胀石墨的干摩擦系数仅为0.08一0. 15,膨胀石墨比表面积和表面能很大，其表面总吸附着大量气体或水分子，形成极薄的气膜层或液膜而阻止介质的渗透，其不渗透性较好。

柔性石墨的主要成分为碳，其化学特性呈惰性，除王水、浓硝酸、浓硫酸及高温铬酸盐、高锰酸盐和氯化铁等几种强氧化剂外，几乎对一切无机及有机介质均耐蚀。

柔性石墨具有良好的耐低温性能研究表明在超低温的液氧(-183t )、液氮(-196 cC)中，柔性石墨性能稳定，不发脆。

1.1.3聚四氟乙烯垫片聚四氟乙烯垫片也是取代石棉垫片的理想选择。

优良的耐腐蚀性能使它在绝大部分腐蚀性介质中可作为密封垫片，对于不允许有污染的场合下尤为适宜。

但是聚四氟乙烯受压后易冷流，受热后易蠕变而影响其密封能。

通常加人部分玻璃纤维、石墨及二硫化铂等，以提高抗蠕变和导热性能，但同时硬度变大，耐腐蚀性能下降。

现采用膨化聚四氟，既保留聚四氟本身的特点，同时又大大提高了垫片的抗蠕变性能。

其适用温度为一68 一315`C，最高压力为21 MPa, pH值为0一1401.2组合垫片1.2.1缠绕式垫片缠绕式垫片是由预压成型的薄金属波形带及非金属填料带紧密贴合，相互交替重叠，螺旋缠绕压制而成的，故也称螺旋垫片。

由金属带、非金属带以及金属加强环3部分组成，分基本型，内加强型，外加强型以及内、外加强型。

金属带由冷扎钢带冲压成V形或W形，厚度为0. 15 - 0. 23mm,常用的材料有低碳钢、304,316和特种合金等，起夹持非金属填料的作用。

非金属带起密封作用，常用的材料有柔性石墨、聚四氟乙烯、陶瓷材料等，其密封性能因非金属带本身的密封性能而异。

金属加强环能保证垫片有足够的强度，防止在螺栓过载时不被压溃，同时提高了垫片的回弹力，增强了垫片对温度和压力波动的适应能力。

由于缠绕式垫片具有多道密封、弹性好、强度高、耐高温、抗腐蚀，因而密封性能好，广泛用于石化、冶金及电力行业中的中低压介质的密封上。

1.2.2波形活压垫片波形活压垫片(图1)是一种专利产品，也是一种新型通用垫片，由冲压成波形的不锈钢弹性框架和非金属填料组成，其性能部分超过了缠绕式垫片。

其金属框架有316SS,304SS,MONEL合金、镍基合金等;非金属材料有PTFE、柔性石墨。

波形活压垫片可用于超高压、超高温以及化学属性较强的介质，是取代石棉垫、缠绕式垫片及橡胶垫的理想选择。

特殊的波形设计，使得垫片具有超强的回弹性能，能够保证垫片的密封效果，即使在温度变化、压力聚升和机械振动的情况下，弹性框架能够保持永无渗漏。

波形活压垫片具有较窄的密封面，因此只需要很小的螺栓载荷就能达到很大的密封比压，从而实现可靠的密封。

因为独特的定位设计，使得同一规格的垫片可以应用很多种压力等级的法兰。

这将节省定位不匹配垫片的时间，彻底消除垫片选型的失误。

此外，波形活压垫片不伤法兰面，可无限期存放。

波形活压垫片的的适用最高温度为一00650cC(空气、蒸汽)和一00一900cc(惰性介质)，最高压力为25 MPa , pH值为0一14。

可用于除浓硫酸、浓硝酸和王水等几种强氧化剂外的几乎所有介质。

1.2.3金属包覆垫片金属包覆垫片是以耐温性能好的碳纤维或陶瓷纤维以及柔性石墨板材为中芯材料，外包厚度为0. 25 - 0. 5 mm厚的金属薄板。

按其包覆状态可分为全包、半包、波形包及双层包等。

金属薄板材质主要有铜、镀锌铁皮、不锈钢、钦和MONEL合金等。

密封性能随中芯材料和金属薄板的密封性能而定。

金属包垫的最大优点是能制成各式异形垫片，可满足多管程换热器和非圆形压力容器的需要，在炼油行业中使用广泛。

1.2.3金属垫片金属垫片按其截面形状分为椭圆形和八角形，主要用于梯形槽面法兰，属于强制性密封。

密封性能良好，制造复杂，成本高，一般用于高温、高1E和非金属垫片及缠绕垫片难以胜任的苛刻条件下。

它的不足之处在于需要较大的螺栓预紧力。

对于金属环垫建议一次性使用，因为在组装和使用中，材质会变硬，如重复使用，就需要加大螺栓预紧力才能获得相同的密封效果，如此法兰的缺痕也就产生了。

金属垫片的材料可根据介质的腐蚀性质选取碳钢、合金钢、铜、铝以及钦等。

金属垫片常用的形式为R型，近来发展的有RX型、BX型、封闭环型、过渡环型、内嵌PTFE的RX环型等(图2)，广泛用于高温高压容器和管道系统以及阀门上。

2垫片的正确选择根据行业要求或已知法兰的标准，确定所采用的标准。

确定垫片的公称通径和公称压力，垫片的公称通径和公称压力应和法兰相同。

根据公称通径及介质的最高温度确定所采用垫片的类别。

根据法兰形式确定垫片的形式。

根据介质的温度、压力、腐蚀性能确定垫片材料，明确垫片型号。

3垫片的正确安装3.1安装前的检查工作垫片的正确安装对垫片的密封效果至关重要，许多泄漏都是由于安装不正确引起的。

对垫片应检查它的材质、形式、尺寸是否符合要求;垫片的表面不允许有机械损伤、径向刻痕、严重锈蚀、内外边缘破损等缺陷;选用的垫片应与法兰密封面形式相适应。

对螺栓及螺母应检查其材质、形式、尺寸是否符合要求;螺母在螺栓上的转动应灵活，但不晃动;螺栓及螺母不允许有斑疤、毛刺;螺纹不允许有断缺;螺栓应不弯曲。

对法兰应检查其形式是否符合要求，密封面是否光滑，有无机械损伤、刨车车印和径向刻痕，是否有严重的锈蚀、焊疤和油焦残迹等缺陷，如不能修整时应研究具体处理方法。

对管线及法兰的安装质量应检查其偏口和错口是否超标，两相配法兰张口间隙是否过大、法兰错孔偏差是否过大等。

3.2正确安装垫片应装在工作袋内，随用随取，不允许随地放置。

两法兰必须在同一中心线上并且平行，不允许用螺栓或尖头钢钎插在螺栓孔内校正法兰，以免螺栓承受较大的应力。

安装前应仔细清理法兰密封面及水线。

缠绕式垫片最好用在没有水线的法兰密封面。

两个法兰间只能加一个垫片，不允许用多加垫片的方法来消除两个法兰间隙过大的缺陷。

垫片安装不能偏斜，以保证受压均匀，也避免垫片伸人管内，受介质冲蚀而引起涡流。

当螺母在M22 mm以下时，采用力矩扳手旋紧，螺母在M27 mm以上时可采用风扳机。

为保证垫片受压均匀，螺栓要对称地均匀旋紧。

为了避免在旋紧螺母时，螺栓产生弯曲、旋松时卡住，凡背面较粗糙的，在螺母下加一光垫圈。

安装螺栓及螺母时，在螺栓两端涂敷鳞状石墨粉及润滑剂，不允许混装螺栓及漏装垫片。

螺栓上打有钢印的一端应露在便于检查的一端。

4结束语要得到良好的密封效果是不容易的。

在法兰连接处所出现的变数很多，所有不确定因素都影响垫片的密封效果。

过去，只考虑温度、压力、介质和应用这些参数似乎已经足够了，但法兰的加工质量、法兰的倾斜、法兰的的错位、法兰密封面的缺陷、螺栓预紧力的松弛、垫片的正确安装、垫片的正确选型、介质对垫片的腐蚀状况、压力的波动以及温度的变化等，都会对密封效果产生很大的影响。

由此可见，垫片密封是一个庞大的系统，做好系统中的每一个细小环节，并使每个环节相互间和谐地工作，才能达到较为理想的密封效果。