垫片基础知识

1 垫片基础知识 一 基本概念一 基本概念 1 垫片密封原理密封原理 垫片密封是靠外力压紧密封垫片 使其本身发生弹性或塑性变形 以 填满密封面上的微观凹凸不平来实现 也就是利用密封面上的比压使介质 通过密封面的阻力大于密封面两侧的介质压力差来实现密封 2 垫片密封的泄漏有二种 渗透泄漏渗透泄漏与界面泄漏界面泄漏 渗透泄漏渗透泄漏 垫片中间泄露垫片中间泄露 对非金属材料而言 从材料的微观结构看 本身存在微小缝隙和细微的毛细管 具有一定压力的流体自然容易通过它 们泄漏出来 此泄漏称为渗透泄漏 其泄漏量约占总泄漏量的 10 20 可以采用不同材料的复合或机械组合型式形成不渗透性的结构 或者使用 较大的压紧力使材料更加密实 减少以至消除泄漏 界面泄漏界面泄漏 两连接面泄露两连接面泄露 两连接表面 即密封面 从机械加工的微 观纹理来看存在粗糙度和变形 它们与垫片之间总存在泄漏通道 由此产 生的泄漏叫界面泄漏 其泄漏量约占总泄漏量的 80 90 界面泄漏与垫 片材料的性质 接头的机械性质与状态 密封流淌的特性以及紧固件的夹 紧程度有关 总结 要少泄露 首先垫片要 夹紧 同时要求垫片有一定的 回弹 力 以回弹填满空隙 否则也不行 回弹力取决于垫片本身的材质和结构 及使用条件 温度 压力 垫片夹紧后 初始密封 在介质压力作用 下 垫片内侧直接和介质接触 的密封叫工作密封 从理论上说 预紧应 力愈大 垫片中贮存的弹性应变能也愈大 因而可用于补偿分离或松弛的 2 余地也就愈大 当然要以密封材料本身最大弹性变形能力为极限 紧固件 因受热引起应力松弛 垫片老化弹性下降 垫片长期受压等原因都可能导 致 昨天不漏今天漏 二 二 钢制管法兰用垫片标记钢制管法兰用垫片标记 根据现行国家标准 钢制管法兰 垫片 紧固件 HG T 20592 20635 2009 的要求 钢制管法兰用垫片 PN 系列 标记规定如 下 其中 a a 为为标准编号标准编号 1 HG THG T 20606 200920606 2009 钢制管法兰用非金属平垫片 钢制管法兰用非金属平垫片 PNPN 系列 系列 2 HG T 20607 2009 钢制管法兰用聚四氟乙烯包覆垫片 PN 系列 3 HG T 20609 2009 钢制管法兰用金属包覆垫片 PN 系列 4 HG THG T 20610 200920610 2009 钢制管法兰用缠绕式垫片 钢制管法兰用缠绕式垫片 PNPN 系列 系列 5 HG T 20611 2009 钢制管法兰具有覆盖层的齿形组合垫 PN 系 列 6 HG T 20612 2009 钢制管法兰非金属环形垫 PN 系列 b b 为为垫片名称垫片名称 1 非金属平垫片用 垫片垫片 表示 2 聚四氟乙烯包覆垫片用 四氟包覆垫四氟包覆垫 表示 3 金属包覆垫片用 金属包垫片金属包垫片 表示 3 4 缠绕式垫片用 缠绕垫缠绕垫 表示 5 具有覆盖层的齿形组合垫用 齿形垫齿形垫 表示 6 非金属环形垫用 椭圆垫椭圆垫 八角垫八角垫 表示 c c 为为密封面型式代号密封面型式代号 与相应的法兰配套 表表 1 1 非金属平垫片密封面型式代号及公称压力范围非金属平垫片密封面型式代号及公称压力范围 密封面型式 代号 密封面型式 代号 公称压力公称压力 PNPN 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 表表 2 2 缠绕式垫片型式及代号缠绕式垫片型式及代号 类型类型代号代号断面形状断面形状适用法兰密封面型式适用法兰密封面型式 基本型 A 榫面 槽面 带内环型 B 凹面 凸面 带对中环型 C 突面 a 带内环和对中环型 D 突面 a 注 1 a 也适用于全平面的法兰密封面 2 金属缠绕式垫片适用的公称压力为 PN16 PN25 PN40 PN63 PN100 PN160 图 1 B C D 型缠绕式垫片 4 d d 为为公称尺寸 公称尺寸 DNDN e e 为为公称压力 公称压力 PNPN f f 为为材料代号材料代号 1 非金属平垫片 材料代号由 垫片 主 材料代号 包边材料代号 标记 若无包边 材料 则省略不写 只写垫片材料代号 表表 3 3 非金属平垫片使用条件非金属平垫片使用条件 适用范围适用范围 类别类别名称名称标准标准代号代号公称压力公称压力 PNPN 工作温度 工作温度 最大最大 p p T T MPa MPa 天然橡胶 NR 16 50 80 60 氯丁橡胶 CR 16 20 100 60 丁腈橡胶丁腈橡胶 NBRNBR 16 16 2020 110110 6060 丁苯橡胶 SBR 16 20 90 60 三元乙丙橡胶 EPDM 16 30 140 90 橡胶橡胶 氟橡胶 a FKM 16 20 200 90 XB350 石棉橡胶板 GB T 3985 XB450 石棉橡胶 耐油石棉橡胶板 GB T 539NY400 25 40 300 650 无机纤维 40 290d非石棉纤维 橡胶 非石棉纤维的 橡胶压制板 a 有机纤维 bNAS 40 40 200d 960 聚四氟乙烯板 QB T 3625PTFE 16 50 100 聚四氟乙烯板或带 ePTFE 聚四氟乙烯 填充改性聚四氟乙烯板 b c RPTFE 40 200 200d 柔性石墨增强柔性石墨板 JB T 6628 JB T 7758 2 RSB 10 63 240 650 用 于氧化性介质时 240 450 1200 高温云母高温云母复合板10 63 960 900 注 1 增强柔性石墨板是由不锈钢冲齿或冲孔芯板与膨胀石墨粒子复合而成 不锈钢冲齿或冲孔芯 板起增强作用 2 高温云母复合板是由 316 不锈钢双向冲齿板和云母复合而成 不锈钢冲齿板起增强作用 a 除本表的规定以外 选用时还应符合 HG T 20614 的相应规定 b 非石棉纤维橡胶板 膨胀聚四氟乙烯板或带 填充改性聚四氟乙烯板选用时应注明公认的厂商牌 号 详见 HG T 20614 附录 A 按具体使用工况 确定具体产品的使用压力 使用温度范围及 最 大 p T 值 c 膨胀聚四氟乙烯带一般用于管法兰的维护和保养 尤其是应急场合 也用于异形管法兰 d 超过此温度范围或饱和蒸汽压大于 1 0MPa 表压 使用时 应确认具体产品的适用条件 5 2 缠绕式垫片 首先应该明确缠绕式垫片按其构造的主体材料来看 是属于半金属垫 片 所以其材料代号应明确四个部分的材料 对中环材料代号 金属 带材料代号 填料代号 内环材料代号 注意 当无内环或无对中环时 标记代号为 0 图 2 D 型缠绕式垫片各部分名称 表表 4 4 缠绕式垫片标记代号和标志缩写缠绕式垫片标记代号和标志缩写 材料材料标记代号标记代号标志缩写标志缩写材料材料标记代号标记代号标志缩写标志缩写 金属材料金属材料金属材料金属材料 碳钢 1CRS Ni Mo 合金 Hastelloy B2 HAST B 0Cr18Ni92304 Ni Mo Cr 合金 Hastelloy C 276 HAST C 00Cr19Ni103304L Ni Mo Fe 合金 Incoloy 600 INC 600 0Cr17Ni12Mo24316 Ni Mo Cr 合金 Incoloy 800 IN 800 00Cr17Ni14Mo25316L 锆 9 ZIRC 0Cr18Ni10Ti6321 填充材料填充材料 0Cr18Ni11Nb7347 温石棉带 1ASB 0Cr25Ni208310 柔性石墨带 2G F 钛 TI 聚四氟乙烯带 3PTFE Ni Cu 合金 Monel 400 9 MON 非石棉纤维带 4NA 表表 4 4 常用的缠绕式垫片材料代号常用的缠绕式垫片材料代号 序号序号材料代号材料代号垫片型式垫片型式解析解析 10220A 金属带材料为 0Cr18Ni9 填料为柔性石墨带的基本型缠绕垫片 6 20221B 金属带材料为 0Cr18Ni9 填料为柔性石墨带 内环材料为碳钢的带内环型缠 绕垫片 31220C 对中环材料为碳钢 金属带材料为 0Cr18Ni9 填料为柔性石墨带的带对中环 型缠绕垫片 41221D 对中环材料为碳钢 金属带材料为 0Cr18Ni9 填料为柔性石墨带 内环材料 为碳钢的带内环和对中环型缠绕垫片 51222D 对中环材料为碳钢 金属带材料为 0Cr18Ni9 填料为柔性石墨带 内环材料 为 0Cr18Ni9 的带内环和对中环型缠绕垫片 标记示例标记示例 非金属平垫片非金属平垫片 示例 1 公称尺寸 DN100 公称压力 PN25 的突面法兰 选用厚度为 1 5mm 的 0Cr18Ni9 304 不锈钢包边的 XB450 石棉橡胶垫片 其标记为 HG T 20606 垫片 RF E 100 25 XB450 304 示例 2 公称尺寸 DN200 公称压力 PN10 的突面法兰 选用厚度为 1 5mm 的填充改性聚四氟乙烯垫片 其标记为 HG T 20606 垫片 RF 200 10 RPTFE AAA BBB 注 当用户选定具体厂商 AAA 和牌号 BBB 时 应予以附加标记 AAA BBB 示例 3 公称尺寸 DN500 公称压力 PN6 的全平面法兰 选用厚度为 5mm 非标 的三元乙丙橡胶垫片 其标记为 HG T 20606 垫片 FF 500 6 T5 EPDM 示例 4 公称尺寸 DN400 公称压力 PN16 钢外径为 B 系列的凹面 凸 面法兰选用厚度为 3mm 的无机纤维橡胶板垫片 其标记为 HG T 20606 垫片 MFM 400 16 B NAS AAA BBB 注 当用户选定具体厂商 AAA 和牌号 BBB 时 应予以附加标记 AAA BBB 示例 5 公称尺寸 DN350 公称压力 PN63 芯板材料和包边材料为 316L 的突面法兰 选用厚度为 3mm 增强柔性石墨板垫片 其标记为 HG T 20606 垫片 RF E 350 63 RSB 316L 7 标记示例标记示例 缠绕式垫片缠绕式垫片 示例 1 公称尺寸 DN100 公称压力为 PN40 的钢制管法兰用带内环和 对中环型的缠绕式垫片 D 型 对中环材料为碳钢 金属带材料为 0Cr18Ni9 填料为柔性石墨带 内环材料为 0Cr18Ni9 其标记为 HG T 20610 缠绕垫 D100 40 1222 三 三 垫片的种类垫片的种类 垫片的种类多种多样 按其构造的主体材料分为非金属垫片非金属垫片 半金属半金属 垫片垫片和金属垫片金属垫片三大类 1 1 非金属垫片 非金属垫片 非金属垫片质地柔软 耐腐蚀 价格便宜 但耐温和耐压性能差 多 用于常温和中温的中 低压容器或管道的法兰密封 非金属垫片包括橡胶 垫 石棉垫 石棉橡胶垫 柔性石墨垫和聚四氟乙烯垫等 橡胶板 制作橡胶板垫片的主要材料有天然橡胶 丁腈橡胶 氯丁 橡胶等 另外 氟橡胶等特种橡胶也开始应用 橡胶因具有组织致密 质 地柔软 回弹性好 容易剪切成各种形状 且便宜 易购等特点而被广泛 使用于容器和管道密封中 但它不耐高压 容易在矿物油中溶解和膨胀 且不耐腐蚀 在高温下容易老化 失去回弹能力 石棉 石棉材料有温石棉和蓝石棉两种 温石棉耐热 耐碱性好 抗拉强度高 耐酸性能较差 大多数石棉橡胶板由它制造 蓝石棉不仅耐 热性能好 而且耐酸性能也好 故多被用于制造耐酸石棉橡胶板 石棉板 正常使用温度在 550 度以下 直径较大的低压容器可使用石棉带或石棉绳 8 在使用石棉绳时 通常浸渍水玻璃 酸 碱 溶剂等介质也可用此类垫片 石棉橡胶板 石棉橡胶板是由石棉 橡胶和填料经压制而成的 一 般石棉纤维占 60 85 根据其配比工艺 性能及用途不同 主要有高 压石棉橡胶板 中 低压石棉橡胶板和耐油石棉橡胶板 石棉橡胶板有适 宜的强度 弹性 柔软性 耐热性等性能 用它制作垫片 既方便又便宜 因此在化工企业中 尤其是在中小型化工企业中得到广泛应用 柔性石墨 柔性石墨是一种新颖的密封材料 良好的回弹性 柔软 性 耐温性 在化工企业中得到迅速推广和应用 聚四氟乙烯 简称 PTFE 聚四氟乙烯以其耐化学性 耐热性 耐 寒性 耐油性优越于现在任何塑料而有 塑料之王 之称 它不易老化 不燃烧 吸水性近乎为零 其组织致密 分子结构无极性 用作垫片 接 触面可做到平整光滑 对金属法兰不粘着 除受熔融碱金属及含氟元素气 体的侵蚀外 它能耐多种酸 碱 盐 油脂类溶液介质的腐蚀 聚四氟乙 烯垫片包括纯聚四氟乙烯 填充聚四氟乙烯或膨胀聚四氟乙烯等 2 2 半金属 半金属垫片垫片 又称金属复合垫片 又称金属复合垫片 非金属材料虽具有很好的柔软性 压缩性和螺栓载荷低等优点 但它 的主要缺点是强度不高 回弹性差 不适合高压 高温场合 所以结合金 属材料强度高 回弹性好 经受得起高温的特点 形成将两者组合结构的 垫片 即为半金属垫片 半金属垫片是用不同材料的金属薄板把非金属材 料包裹起来压制成型的 金属材料在外层 可耐高温 非金属材料在内层 使垫片具有良好的弹性和回弹性 这样组合后的垫片可满足高温和较高压 9 力的使用要求 半金属垫片主要有金属包覆垫片 金属缠绕垫片金属缠绕垫片 金属波 纹复合垫片 金属齿形复合垫片等 金属包垫 该垫片以非金属为芯材 外包厚度为 0 25 0 5mm 的金 属薄板 按包覆状态 可分为全包覆 半包覆 波形包覆 双层包覆等 金属薄板根据材料的弹塑性 耐热性 耐蚀性选取 主要有铜 镀锌铁皮 不锈钢 钛 蒙乃尔合金等 使用较多的是铜 镀锌铁皮和不锈钢 作为 金属包垫的芯材 耐热性是主要考核指标 一般采用石棉板或橡胶石棉板 耐高温性能好的碳纤维或瓷质纤维及柔性石墨板材等 金属包垫的另一特 点是能制成各式异型垫片 可以满足各种热交换器管箱和非圆形压力容器 密封的需要 而其他复合垫片却不能 金属缠绕垫片金属缠绕垫片 金属缠绕垫片是由薄金属波形带与石棉或柔性石墨 等非金属带交替绕成螺旋状 将金属带的始末端点焊接制成 国外也称作 螺旋垫片 3 3 金属垫片金属垫片 在高温高压及载荷循环频繁等苛刻操作条件下 各种金属材料仍是密 封垫片的首选材料 常用的材料有铜 铝 低碳钢 不锈钢 铬镍合金钢 钛 蒙乃尔合金等 为了减少螺栓载荷和保证结构紧凑 除了金属平垫尽 量采用窄宽度外 各种具有线接触特征的环垫结构则是其优选的形式 金属垫片的截面形状有平形 波形 齿形 八角形 透镜形等等 平形金属垫片 平形金属垫片使用时分宽垫片和窄垫片两种 宽垫 片因预紧力要求大 易引起螺栓和法兰变形 压力超过 10MPa 时在光滑面 的法兰上很少使用 窄垫片容易预紧 可在压力 6 3 10MPa 的管道上使 用 10 波形金属垫片 波形金属垫片的金属板厚度一般为 0 25 0 8mm 垫片厚度一般为波长的 40 50 适宜于光滑密封面的管道上使用 齿形金属垫 齿顶距约 15mm 齿顶 齿根角均为 90 其密封性 能比平形密封垫好 压紧力也比平形垫小 四 关于四 关于垫片需注意的几个问题垫片需注意的几个问题 1 理解钢制管法兰用非金属平垫片是了解其它垫片的前提 特别要注 意不同类别的垫片其使用压力和使用温度 不能乱垫 2 法兰公称直径 公称压力决定垫片的厚度 垫片推荐有二种厚度