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1、一、垫片的结构型式和种类,1、垫片的结构型式工业上使用的平垫片一般由密封元件及内、外加强环组成，密封元件或称垫片本体是阻止泄漏的关键部分。其常用的材料有非金属材料，如柔性石墨、聚四氟乙烯、纤维增强橡胶基复合板等。此外，密封元件材料也可以是刚性或柔性的金属，通常用于压力和温度较高的场合。对于非金属材料的密封元件，通常插入金属材料予以增强，同时也方便了如石墨等易破碎材料密封元件的制造加工,1,增强材料可以是金属薄板或丝网,金属薄板常常采用冲刺孔的方式以提高增强效果和增加弹性，并通过粘结剂和辊压将它们贴合在一起。密封元件也可以可设一表面层或抗粘结处理层来增加密封效果和防止法兰密封面粘结。外加强环或外
2、环材料均为实体金属，其作用是：对垫片本体的补强和正确定位，防止过紧压缩失去垫片的回弹能力并能够防止垫片松散。外加强环不与密封介质接触，因此不要求耐介质腐蚀，故常常由碳钢材料制成。外加强环还可以与密封元件制成一体，例如金属齿形垫片、波齿复合垫片。,2,内加强环或内环接触流体，其材料应能抵御密封介质的腐蚀。内加强环的作用是：防止密封元件与容器或管道法兰之间的空隙，以避免此空隙干扰流体的流动以及由此引起的流体对垫片的冲蚀。在内部流体压力和温度高，内部流体腐蚀和磨蚀激烈，防止流体滞留在法兰间隙，垫片尺寸大或使用凸凹式法兰等场合，则设置内环。,3,2、垫片的种类,4,金属垫片,金属复合垫片,非金属软垫片
3、,法兰用密封垫片,非金属软垫片,聚四氟乙烯垫片,聚四氟乙烯包覆垫片,橡胶垫片,石棉橡胶垫片,非石棉纤维橡胶垫片,金属缠绕式垫片,金属冲齿板柔性石墨复合垫片,金属波齿复合垫片,金属齿型复合垫片,金属包履垫片,金属平垫片,金属波纹形垫片,金属齿形垫片,金属环形垫片,金属透镜垫片,八角形环垫,椭圆形环垫,RX型及BX型自紧 密封环垫,二、非金属垫片,5,1.石棉垫片： 国产石棉橡胶板使用范围和性能,石棉垫片材料是由石棉纤维和橡胶、硫磺混合物等组成并为提高强度而混合硫化剂、填充剂、增强剂等，用加热轧锟压缩成型。根据使用目的确定长纤维和短纤维的混合比例、橡胶的类型及其含量。通常用于100以下的液体液封时
4、，其压力在4.9MPa以下是合适的。 耐酸石棉在使用前要进行浸渍，浸渍液通常可用以下四种： （1）石油沥青75%，煤焦油15%，石蜡10%； （2）变压器油75%，石蜡25%； （3）煤焦油80-90%，沥青10-20%； （4）水玻璃,6,2.橡胶垫片：,在使用条件不十分苛刻条件下，一般可用合成橡胶垫片。可是在法兰上应有“水线（沟槽）”。石油橡胶垫片的使用基准分为最适宜使用范围和可能适用范围两种。前者使用在绝对不允许泄露及在最高温度、压力下须长时间（约一年）的场所；后者是指即使发生泄露也没有危险和不妨碍生产的场所及在使用温度、压力下可耐较短时间（约半年）的使用范围(日本石油学会JPI-7S-
5、4-60的规定)。仅蒸汽用垫片为石棉加天然橡胶，而油品用垫片则尽可能用石棉加合成橡胶垫片。橡胶石棉垫片用于水管及压缩空气管道法兰时应涂以鱼油与石墨粉的拌合物，用于蒸汽管道法兰时，应涂以机油与石墨粉的拌合物。,7,3、聚四氟乙烯类垫片,在可能的使用温度范围内（-180250）内几乎不能被化学药剂和溶剂侵蚀，同时，又可做防电化腐蚀配管的绝缘垫片。 （1）聚四氟乙烯平垫片：一般适用于凸凹面法兰和带水线的法兰，不适用于宽面法兰。多用于耐腐蚀的场合。为了达到良好的密封效果，可在垫片上涂聚四氟乙烯膏。 （2）聚四氟乙烯毡垫片：其化学性质与聚四氟乙烯平垫片相同。但耐泄露性能、耐压缩性比聚四氟乙烯平垫片优越，
6、可用于宽面法兰。其密封的最小预紧比压y为11.77-19.6MPa，使用温度200、压力为0.98MPa左右。 (垫片的接触面位于法兰螺栓孔包围的圆周范围内的窄面法兰垫片的接触面分布在法兰螺栓中心圆内外两侧的宽面法兰),8,（3）聚四氟乙烯石棉垫片：具有耐药性、耐溶剂性、非污染性等化学特性的材料，适用于极低温度的液氧、液态空气等。 （4）聚四氟乙烯缓冲垫片：用于温度200250 、压力1.96-2.94MPa的场合。,9,三、半金属垫片,、金属缠绕式垫片金属缠绕式垫片是由金属带和非金属带螺旋复合绕制而成的一种半金属平垫片。其特性是：压缩、回弹性能好；具有多道密封和一定的自紧功能；对于法兰压紧面
7、的表面缺陷不太敏感，不粘接法兰密封面，容易对中，因而拆卸便捷；可部分消除压力、温度变化和机械振动的影响；能在高温、低压、高真空、冲击振动等循环交变的各种苛刻条件下，保持其优良的密封性能。为了加强垫片主体和准确定位，设有金属制内环和外环。,10,缠绕式垫片按其结构不同可分为四种型式：基本型、带内环型、带定位环型、带内环和定位环型。缠绕式垫片的选择和使用方法：a、基本型垫片适用于榫槽面法兰b、内环型垫片适用于凹凸面法兰c、定位环型垫片适用于平面和突面法兰d、内环和定位环型垫片适用于平面和突面法兰,11,2、金属包石棉垫片 （1）平行金属包石棉垫片：适用于不超过450的蒸汽、空气、气体、油等管线。
8、（2）波形金属包石棉垫片：适用于不超过450的蒸汽管线。 （3）半金属包石棉垫片：适用于450的蒸汽、空气、气体、油。 （4）特殊金属包石棉垫片：主要用于蒸汽、油等长输管线。 （5）平行双金属包石棉垫片：主要用于高温耐油场合。,12,四、金属垫片,金属垫片就是由金属材质铸成的垫片，它主要用于高温高压管系。例如：合成氨厂合成工段氨合成塔、废热锅炉、循环气预热器之间管系 。金属垫片的分类：,13,14,1、金属环形垫片金属环形垫片是用金属材料加工成截面为八角形或椭圆形的实体金属垫片，具有径向自紧密封作用。故金属环形垫片是靠与法兰梯槽的内外侧面（主要是外侧面）接触，并通过压紧而形成密封的。,椭圆形和
9、八角形垫圈端面为椭圆或者八角形垫圈。由于椭圆形垫是在曲面上线接触，比八角形的面接触密封性能优良。但椭圆形垫片的加工精度高，对严困难，价格也比八角形的高。且不可重复使用。金属环垫适用的公称压力为2.042.0MPa。,15,2、金属齿形垫片金属齿形垫片密封表面接触区的V形筋形成许多具有压差的空间线接触，所以密封可靠，使用周期长。缺点是在每次更换垫片时，都要对两法兰密封面进行加工，因而费时费力。另外，垫片使用后容易在法兰密封面上留下压痕，故一般用于较少拆卸的部位。金属齿形垫片适用的公称压力为1.625.0MPa。,16,3、“O”型垫片 “o”型空心金属环垫用于高温、高压、超真空、超低温的场合和不
10、能使用金属材料的场合。“o”型金属环垫的种类有单纯型、开孔型、充压型。除了上述的垫片之外，还有平形、波形、透镜形等金属垫片，平时少见不一一介绍。,17,金属缠绕垫片（spiral wound gasket）,18,石棉橡胶垫片,聚四氟乙烯垫片,金属椭圆垫片,金属八角垫片,金属齿形垫片,金属包覆垫片,五、相关法兰知识,19,联接件强度破坏很少见，多是密封不好而泄漏。设计中要防止介质泄漏。,法兰密封的原理：（法兰计算见GB150-1998钢制压力容器） 1、预紧力压紧垫片。 2、压紧应力（垫片密封比压力）到一定数值使垫片变形，密封面上微隙被填满，形成初始密封条件。密封比压力主要决定于垫片材质。 3
11、、垫片材质确定后，垫片越宽，为保证比压力，预紧力越大，螺栓和法兰尺寸也越大，所以垫片不应过宽，更不应该把整个法兰面都铺满垫片。 4、工作状态内压轴向力拉伸，降低了压紧应力。垫片有足够回弹，补偿变形，预紧密封比压值不小于某一值(工作密封比压)，保持良好密封。反之，回弹不足，则此密封失效。密封元件在操作压力作用下，仍然保持一定的残余压紧力。螺栓和法兰须有足够大的强度和刚度，不发生过大的变形。y=P/A 式中 P-垫片的有效压紧力; A-垫片有效面积 m=p/p1 式中 P-垫片的有效压紧力 ；P1-管系的工作压力,20,垫片系数m和预紧比压力y见 GB150-1998钢制压力容器表9-2,21,2
12、2,对焊法兰,松式法兰,23,压力容器和管道中常用的法兰密封面型式和特点：,1、突面（RF）光滑平面，可车制密纹水线。结构简单，加工方便，便于进行防腐衬里。接触面积大，预紧时垫片容易往两边挤，不易压紧。,24,2、凹凸面（MFM）凸面和凹面相配合，凹面上放置垫片，防止垫片被挤出，适用于压力较高。,25,3、榫槽面(TG)槽中垫片不被挤动。螺栓力较小。获得良好的密封效果。结构较复杂，更换垫片较困难。榫面容易损坏，适于易燃、易爆、有毒介质及较高压力。压力不大时，即使直径较大，也能很好密封。,26,4、全平面（FF）与环连接面（RJ）全平面密封适合于压力较小的场合（PN1.6MPa）；环连接面主要用
13、在带颈对焊法兰与整体法兰上，适用压力范围为（6.3MPaPN25.0MPa）,27,5、其他类型密封面高压容器和高压管道用球面（透镜）和椭圆或八角形截面金属垫片,28,六、垫片选型,选用适当类型的垫片是保证良好密封效果的前提。垫片的选型主要是依据操作条件(温度、压力)及该条件下被密封介质的性质。首先，（1）所选垫片的密封压力必须能满足使用压力的要求；（2）所选垫片材料的物理化学性能要适应被密封介质的性质，满足可压缩性、回弹性、抗腐蚀性和抗氧化性等要求；（3）所选垫片要和法兰密封面的型式相匹配；（4）还需要符合相应的标准和规定，参考同行业的使用经验，考虑垫片的经济性等。,29,30,常用密封垫片
14、的适用范围及经济性能,31,32,七、结论,1.中低压场合采用金属缠绕垫在某些温度、压力不高的管道上，现在还在使用石棉橡胶垫。由于石棉橡胶垫易产生勃结法兰、溶胀、填充剂碳化、氯离子和硫化物腐蚀等问题，故在油品介质中不宜使用。而且，石棉制品不符合国际环保公约，已在很多国家、地区被禁用。中低压场合可以考虑采用金属缠绕垫替换现用的石棉橡胶垫。与石棉橡胶垫相比，金属缠绕垫不易勃固在法兰上，易于更换，而且密封可靠；与其他半金属垫片(如柔性石墨复合垫、金属包覆垫)相比，金属缠绕垫的材料利用率高，价格比较便宜。,33,通过改变金属带、非金属带、内外环的材质，金属缠绕垫可适用于各种极度危害介质、高度危害介质、
15、可燃介质或温度高、温差大、极低温环境，是一种密封性能良好的中压垫片，可广泛应用于各种中低压设备和管法兰密封。金属缠绕垫的选用目前，金属缠绕垫，尤其是石墨缠绕垫在炼油厂应用最为普遍，约占常用密封垫片的80%以上。金属缠绕垫的选材主要由垫片的使用环境，特别是由被密封介质的腐蚀性和洁净性决定的。目前，我国常用的金属带为0Cr18Ni9、0Cr17Ni12Mo2、00Cr17Ni14Mo2；非金属带为柔性石墨、聚四氟乙烯或特制石棉；外环材料一般为碳钢；内环材料多与金属带材料相同。缠绕垫的形式需要与法兰密封面的形式匹配（见前面缠绕垫说明P13）。,34,警告:根据法律要求，含石棉成分的材料在处理时应采取
16、防范措施，确保它们对人体健康不构成危害。,35,（1）石棉垫片虽然适用范围比较广（国外产品适用温度可到550 ，压力可到25MPa)，密封性能好，切割安装方便且价格便宜，但因其对人体健康有害，欧美国家开始禁止生产和使用石棉产品。但是国内没有禁止，耐酸石棉在使用前要进行浸渍，橡胶石棉垫片用于水管及压缩空气管道法兰时应涂以鱼油与石墨粉的拌合物，用于蒸汽管道法兰时，应涂以机油与石墨粉的拌合物。 （2）中低压场合采用金属缠绕垫，温度不超过300时采用金属带+非石棉纤维带的缠绕垫；温度不超过800（氧化介质不高于600）时采用金属带+柔性石墨带的缠绕垫。,36,2.温度和压力波动较大的场合采用波齿复合垫波齿复合垫是由上下表面开有特殊形状同心沟槽的金属骨架与膨胀石墨材料复合而成。由于复合垫片的金属骨架既带尖齿，又呈波纹状，故名为波齿复合垫。使用时，复合在垫片上的石墨材料被压进沟槽，金属骨架的环形齿峰与法兰面紧密接触，一道道金属骨架的尖齿峰连同被高度压缩的膨胀石墨材料构成一道道密封环，使它具有特别优异的密封性。而特殊构造的金属骨架使波齿复合垫具有像金属齿形垫一样的良好回弹性，特别适应压力、温度波动较大的场合。而且构成波齿复合垫的金属和膨胀石墨材料具有极好的耐高温、耐液体侵蚀性，不易老化，因而能长期保持优异的密封性能。,
