压力容器密封垫片选用综述

・杌械研究与应用・２０１７年第６期（第３ｏ卷，总第１５２期）　综　述　ｄｏｉ：１０．１６５７６／ｊ．ｃｎｋｉ．１００７—４４１４．２０１７．０６．０６５　压力容器密封垫片选用综述　高　宁，罗永智，赵庆滨，张学文　（兰州兰石重型装备股份有限公司，甘肃兰州７３０３１４）　摘要：正确选用垫片是压力容器设计的一个重要环节，密封的可靠性直接关系到人身、财产及环境的安全。按照垫　片的不同分类，对常用的各类垫片的特点和适用范围进行了总结，在垫片的选用方面为技术人员提供了参考。　关键词：压力容器；密封；垫片：选用　中图分类号：ＴＨ４９；ＴＢ４２　文献标志码：Ａ　文章编号：１００７—４４１４（２０１７）０６—０１９９—０３　Ｓｅａｌｉｎｇ　Ｇａｓｋｅｔ　Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｖｅｓｓｅｌｓ　ＧＡＯ　Ｎｉｎｇ，ＬＵＯ　Ｙｏｎｇ—ｚｈｉ，ＺＨＡＯ　Ｑｉｎｇ—ｂｉｎ，ＺＨＡＮＧ　Ｘｕｅ—ｗｅｎ　（Ｌａｎｚｈｏｕ　ＬＳＨｅａｖｙＥｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｃｏ．，Ｌｉｄ，Ｌａｎｚｈｏｕ　Ｇａｎｓｕ　７３０３１４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｒｒｅｃｔ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｇａｓｋｅｔ　ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ａｓｐｅｃｔ　ｏｆ　ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｖｅｓｓｅｌｓ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｓｅａｌ　ｉｓ　ｄｉ—　ｒｅｃｔｌｙ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｏｆ　ｐｅｒｓｏｎｓ，ｐｒｏｐｅ￣ｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｌａｓｓｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｇａｓｋｅｔｓ，ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｓｃｏｐｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｃｏｍｍｏｎ　ｇａｓｋｅｔｓ　ａｒｅ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｕｓ　ｉｔ　ｗｏｕｌｄ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ａ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｔｅｃｈｎｉｃｉａｎｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｇａｓｋｅｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｖｅｓｓｅｌ；ｓｅａｌｉｎｇ；ｇａｓｋｅｔ；ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　Ｏ　引　言　随着压力容器…向高温、高压、大型化等多个方　向发展，垫片的新材料和新结构不断出现．垫片的选　用也越来越受到人们的重视。垫片是压力容器上非　常重要的密封元件，其种类和形式多种多样，按其材　料构成进行分类．被分为３类：非金属垫片、金属＋非　金属组合垫片和金属垫片　］。由于垫片的种类、材　料、型式不同．垫片的密封性能和制造成本也是千差　片标准。橡胶平垫片常用在低压容器。选用时要充分　利用其良好的压缩性能和柔软性，并考虑耐腐蚀性。　１．２石棉橡胶板　石棉橡胶板是以温石棉为增强纤维、以橡胶为粘　合剂．经辊压形成的耐热耐压密封垫片．常见的厚度　为１．５　ｍｍ和３　ｍｍ，其使用温度比橡胶垫要高，最高　使用温度为３００℃，最低使用温度为一４０℃。根据材　料、制造工艺、用途及性能的不同被分为三个牌号：　ＸＢ４５０一高压石棉橡胶板、ＸＢ３５０一中压石棉橡胶板和　ＸＢ２００一低压石棉橡胶板。各石棉橡胶板的适用范围　万别，如何根据设备的工况正确选用合适的密封垫片　对压力容器的安全、经济、合理使用至关重要。垫片　的选用不是一项简单的工作．需要考虑的因素诸多，　还需要有一定的经验积累，广大技术人员在工程设计　时一定要足够重视。　并不相同．在设计标准中都有相应规定．如标准ＨＧ／　Ｔ２０５９２～２０６３５—２００９（（钢制管法兰、垫片、紧固件》［３］　等，设计时必须遵循标准。　１．３聚四氟乙烯板　１非金属密封垫片　非金属垫片具有较好的柔软性、压缩性和螺栓载　荷低等优点，在普通设备上被大量采用，但具有强度　不高、存在渗透泄漏风险、回弹性差等缺点，其不适合　聚四氟乙烯板是由四氟乙烯经聚合而成的高分　子化合物。化学成分稳定，具有优良的耐腐蚀性、密封　性，被广泛应用于各种需要抗酸碱和有机溶剂的环境　中。聚四氟乙烯板分为ＳＦＢ一１—３三种类型，其中　ＳＦＢ一２用于制作密封垫片，其使用温度一般为－５０～　＋１００℃，只能在Ｃｌａｓｓｌ５０或ＰＮ≤１６的压力等级下　使用。ｅＰＴＦＥ（膨胀聚四氟乙烯板）和ＲＰＴＦＥ（填充　改性聚四氟乙烯板）采用先进工艺，加入填充剂来改　在高压、高温场合使用。　１．１橡胶平垫片　橡胶平垫片常用的材料有天然橡胶、氯丁橡胶、　丁苯橡胶、氟橡胶等，其使用温度也各不相同，最低使　用温度为一５０℃．最高使用温度２００　ｃ【＝，若使用国外　公司的全氟醚橡胶。其极限温度可以达到３５０　ｏＣ。橡　胶平垫片易采购易制作，可以匹配各种法兰密封面形　善垫片的蠕变性能，使其使用温度范围扩大到－２００　２００　ｏＣ。ｅＰＴＦＥ可以使用在压力等级为Ｃｌａｓｓｌ５０或　ＰＮ≤４０的法兰上．ＲＰＴＦＥ可以使用在压力等级≤　式，对密封面粗糙度要求并不高，适用范围按相应垫　收稿日期：２０１７—０９—０８　作者简介：高宁（１９９２一），男，内蒙古呼伦贝尔人，助理工程师，主要从事压力容器设计方面的工作。　・１９９・　综　述　２０１７年第６期（第３０卷，总第１５２期）・杌械研究与应用・　于所使用的金属材料和填充材料的最高工作温度，可　以在公称压力等级为≤Ｃｌａｓｓ９００或ＰＮ２５～ＰＮ１００的　工况下使用。由于回弹能力的限制，相匹配的法兰必　须为突面的带颈对焊法兰、长高颈法兰、整体法兰及　法兰盖．且对密封面加工要求较高，表面粗糙度范围　Ｒａ０．８～３．２　Ｉｘｍ。　Ｃｌａｓｓ３００或ＰＮ≤４Ｏ的法兰上，ｅＰＴＦＥ和ＲＰＴＦＥ在选　用时应注明公认的厂商牌号，并根据设备操作工况来　确定所选产品的使用压力和使用温度，尽量不要使垫　片的使用条件处于垫片适用范围的极限。　１．４增强型柔性石墨板　柔性石墨又称为膨胀石墨ｌ４］，其原理是将原材　料经过特殊的化工方法处理，使其形成层问化合物，　这层化合物在高温下会变成气体并将石墨膨胀至原　体积的二百倍左右。该结构具有松散有弹性、化学性　质稳定、导热导电、无污染等特点，在真空或还原性气　２．２缠绕垫片　缠绕垫片是由不锈钢金属带或其他合金与柔性　非金属材料在平面上缠绕多层后制成的垫片　】，其　具有半金属垫片中最好的回弹力，是压力容器、管道　氛中能够用到很高的温度，是优良的密封材料。增强　柔性石墨板是由不锈钢冲齿或冲孔芯板与柔性石墨　粒子通过粘合剂复合而成，不锈钢材料起加强作用，　又称为柔性石墨复合增强板。增强柔性石墨板可以　选用在压力等级≤Ｃｌａｓｓ６００或ＰＮ１０～ＰＮ６３的法兰　上，在非氧化性介质时．其使用温度范围为一２４０～　６５０℃。而处于氧化性介质时。使用温度为一２４０～４５０　℃，适用于多种种类型的法兰密封面，如：突面、凹凸　面和榫槽面等，随着石墨密封垫片技术上的成熟和各　行业使用经验的增多，将来其适用范围会越来越广。　１．５聚四氟乙烯包覆垫　聚四氟乙烯包覆垫片是一种组合型垫片．以聚四　氟乙烯的薄片为包覆材料，嵌入层或芯材使用石棉橡　胶、无石棉板、橡胶、增强石墨板等软材料。该垫片充　分利用聚四氟乙烯优异的抗腐蚀性能以及嵌入层的　良好的回弹能力，改善了普通聚四氟乙烯长期使用容　易泄露的缺点，从而普遍应用在各种强酸、强碱、强氧　化剂的环境中，但由于结构原因不适用在真空．或者　芯材会被介质腐蚀的场合。聚四氟乙烯包覆垫片可　以在公称直径≤ＤＮ６００的法兰上使用，其公称压力　等级为≤Ｃｌａｓｓ３００或ＰＮ６～ＰＮ４０，最高使用温度为　１５０℃，并且只能使用在突面法兰上。　２金属＋非金属密封垫片　金属＋非金属密封垫片是用金属和非金属材料　制作而成的组合垫片，密封性能介于非金属垫片和金　属垫片之间，具有强度高、回弹性好等优点，适用于压　力和温度较严格的工况　２．１金属包覆垫片　金属包覆垫片是一种使用金属薄板内部包覆非　金属材料的复合型垫片，技术成熟，密封性能良好．而　且可以做成形状复杂的垫片，在换热器以及直径较大　的压力容器上被广泛选用。外层的包覆金属材料可　以使用纯铝板、纯铜板、镀锌钢板、０８Ｆ、０Ｃｒｌ３、　０Ｃｒｌ８Ｎｉｌ０Ｔｉ、００Ｃｒｌ７Ｎｉｌ４Ｍｏ２等金属，厚度为０．３　０．５　ｆｉｌｍ；填充材料采用柔性石墨板、石棉橡胶板、非　石棉纤维橡胶板等。选用时，垫片的使用温度应该小　．２００．　问法兰密封常用的垫片。如图１所示，根据是否有内　环和对中环将缠绕垫片分为四种类型：Ａ型一不带内　环和对中环型，适用的密封面型式为榫槽面；Ｂ型一带　内环型．适用的密封面型式为凹凸面；Ｃ型一带对中环　型以及Ｄ型一带内环和带对中环型，适用的密封面型　式为突面和全平面。　＾型ｃ型　Ｂ型　Ｄ型　图１缠绕垫片的类型　缠绕垫片可以在公称压力等级为≤Ｃｌａｓｓ２５００或　ＰＮ１６～ＰＮ１６０的工况下使用，当压力等级在　Ｃｌａｓｓ６００、ＰＮ６３以上（包含）或采用ＰＴＦＥ为填充材料　时，垫片至少应带内环。缠绕垫的使用温度根据金属　带和填充材料的许用温度确定，常用填充带材料的许　用温度见表１。当柔性石墨带在氧化性环境中使用　时，其最高使用温度为４５０℃。金属材料有很多种选　择，在没有特殊要求的情况下，对中环一般使用经过　喷涂、电镀等表面处理后的碳钢，金属带材料根据介　质、操作工况、环境等因素选用。内环一般采用耐腐蚀　性与金属带相同或更高的材料。　表１常用填充带材料的许用温度　２．３齿形垫片　压力容器上的齿形垫片通常是指具有覆盖层的　齿形垫片，制作方法是在不锈钢平垫片的两个面上精　加工出多条同心的齿槽，再在齿槽上粘贴柔性石墨、　・机械研究与应用・２０１７年第６期（第３０卷，总第１５２期）　综　述　聚四氟乙烯等软材料。适用于需要回弹力高以及高　温、高压、易腐蚀的场合。齿形垫片的使用温度由覆　盖层的材料决定．柔性石墨的使用温度一般在一２００　＋６５０℃范围内．使用在氧化性环境中时，其使用温　度上限为４５０℃。聚四氟乙烯的使用温度为一２００～＋　２００℃，也可以使用其他覆盖层材料，在选用时须注　ＰＮ６３　ＰＮ１６０．公称直径为≤ＤＮ９００。使用温度根据　金属材料而定．在超过５４０　ｏＣ的场合需要与垫片厂家　协商，目前最高可以用在７００℃的工况中。金属环形　垫片仅能用于带颈对焊法兰、长高颈法兰、整体法兰　及法兰盖间的密封。并且对法兰密封面的粗糙度有较　高要求，应控制在在Ｒａ０．８　１．６　ｍ范围内，其成型　后的硬度值应该比法兰的环连接面的硬度值低至少　３０　ＨＢＷ，且最高硬度不超出相应垫片标准的规定。　意覆层材料的使用条件。如图２所示，根据对中环的　形式将齿形垫片分为三种类型：Ａ型基本型，不带对　中环，适用的密封面型式为榫槽面和凹凸面；Ｂ型，垫　４结语　片带整体对中环型．垫片的金属部分为一个整体，适　用的密封面型式为突面和全平面；ｃ型，垫片带活动　对中环型，垫片本身与对中环是分离的，对中环的材　料可以使用经过喷涂、电镀等表面处理后的碳钢，适　用的密封面型式为突面和全平面。齿形垫片通常用　选用垫片时，在满足压力、温度、介质特性的前提　下，还需要考虑诸多因素　］，如法兰的形式、安装更　换难易度、经济合理性、对人体和环境是否有危害等　方面。在高温、高压工况可以选用金属环形垫片；中　低压、温度不高的工况可选用非金属垫片；处于上述　两者之间时可选用金属＋非金属垫片。对于垫片的　于带颈法兰、长高颈法兰、承插焊法兰、整体法兰及法　兰盖间的密封．适用的压力等级为≤Ｃｌａｓｓ２５００或　ＰＮ１６一ＰＮ１６０　厚度．在压力不高的情况应选用薄垫片，压力较高时　为确保垫片的回弹量应该选用较厚的垫片。垫片宽　度应在不超过宽度下限的情况下尽量取小．这样可以　避免产生较大的螺栓力。　参考文献：　［１］ＧＢ／Ｔ１５０．１～１５０．４－２０１１，压力容器［ｓ］．北京：中国国家标准　豳＾型　凰Ｂ型　避ｃ型　　图２齿形垫片的类型　３金属密封垫片　化管理委员会。２０１１．　金属环形垫片是压力容器中较常用的金属密封　［２］付平，常德功．密封设计手册［Ｍ］．北京：化学工业出版社，　垫片．按不同的截面形状被分为八角垫和椭圆垫两　、２００９．　［３］ＨＧ／Ｔ２０５９２—２０６３５—２００９，钢制管法兰、垫片、紧固件［ｓ］．北　京：中华人民共和国工业和信息化部．２００９．　［４］胡跃华，宋继武．垫片密封技术的进展［Ｊ］．化工机械，２００３．３０　（２）：１２１—１２４．　种。金属环形垫片的加工精度要求严格，垫片比压力　和垫片系数比较大，需要较大的螺栓预紧力，但该垫　片的密封效果成熟可靠，垫片可以重复使用。金属环　形垫片能够使用在高温高压、条件恶劣的环境下，随　着内压的升高其径向自密封能力增强，因此被广泛采　用。金属环形垫片适用的压力等级为≤Ｃｌａｓｓ２５００或　［５］　王江．工业应用中缠绕垫密封的几个误区［Ｊ］．中国新技术新　产品，２００６（１）：８５－８５．　［６］赵春梅．垫片密封失效分析及垫片的选用［Ｊ］．炼油与化工，　２００９（３）：５４—５５．　ｆ上接第１９６页）　感器等元件。钻机操作人员通过司钻房内的显示仪表　能够观察绞车润滑的信息，减轻了润滑故障点的排查　工作，使润滑系统的维护工作量明显降低。　参考文献：　［１］成大先．机械设计手册［Ｍ］．第３卷．北京：化学工业出版社，　２ｏｏ８．　本次设计在公式（４）的基础上对喷嘴的小孔长　度、小孔径及喷嘴的弧面半径进行的优化选择：ｆｌｑ：Ｌ　长度为１６　ｍｍ、小孔径为　１．５　ｍｍ、喷嘴弧面半径为　Ｒ１６　ｍｍ。经对各喷油管上喷嘴的合理布局，实际喷　出的润滑油油压和覆盖面积完全满足多排传动链啮　合润滑需求，且效果良好。　３结论　现设计的ＪＣ７０Ｄ绞车集中润滑系统不仅能够满　足绞车传动系统的润滑，而且能够起到冷却降低系统　温度的效果，并能够带走系统运转产生的磨屑。此　［２］ＳＹ／Ｔ５５９５－２００９．石油钻机传动滚子链［ｓ］．　［３］汪德涛．润滑技术手册［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９８．　［４］　许福玲，陈尧明．液压与气压传动［Ｍ］．北京：机械工业出版社，　２００９．　［５］成大先．机械设计手册［Ｍ］．第５卷．北京：化学工业出版社，　２００８．　外，润滑系统中增加温度传感器、压力传感器、液位传　・２０１・