機械設計：密封墊片如何選型

在石油、石化、化工等行業的生產、加工、儲運乃至銷（xiāo）售環節，常常伴隨著易燃、易爆、高溫、高壓、有毒有害和腐蝕等（děng）危險因素，機器及設備在使用中工作介質的“跑、冒、滴、漏”，給（gěi）生產帶來極大的危害。設備中工（gōng）作介質的泄漏，會造成（chéng）浪費並汙染環境。

墊片密封是過程工業裝置中壓力（lì）容器、過程設備、動力（lì）機器和（hé）連接管道等可拆連接處最主要的靜密封型式。它們所包含的流體介質範圍相當廣泛（fàn），防止液（yè）體或（huò）氣體通過這些接頭（tóu）處（chù）泄漏出來是工（gōng）廠麵（miàn）臨的最重要，也是最困難的任（rèn）務。

隨著生產裝置的大型化，生產工藝向高溫、高壓、高速的（de）方向發展，出（chū）現（xiàn）泄漏的機會越來（lái）越多，發生事故的概率越來越大，造成的經濟（jì）損失也越來越大。往往一處法蘭的泄漏就有可能導致一套裝置乃至全（quán）廠停產，還極有（yǒu）可能（néng）會引起火災、爆炸，造成人（rén）員傷亡等（děng）重大（dà）事故，發（fā）生泄漏帶來（lái）環境汙染、產品損失甚至事故，墊片（piàn）密封的重要性也就不言而（ér）喻了。因此，墊片的選用、設計、製造所存在的（de）問題已逐步（bù）引起人們的高度重視（shì）。

那麽，究竟應該如何選擇合適的墊片呢？

墊（diàn）片與墊片密封

墊片是一種夾（jiá）持在兩個獨立的（de）連接件（主要（yào）是指法蘭）之間的材料或材料的組合，其作用（yòng）是在預定的使用壽命內（nèi），保持（chí）兩個連（lián）接件間的密封。

墊片（piàn）必（bì）須（xū）能夠密（mì）封結合麵，並確保密封介質不滲透和不被腐（fǔ）蝕，能夠承受得住溫度和（hé）壓力的作用（yòng）。墊片密封（fēng）一般有連接件（如法蘭）、墊片和緊固件（如螺栓、螺母）等組（zǔ）成（見圖1），因此決定某個法蘭密封性（xìng）時，必須將整個法蘭連（lián）接結（jié）構（gòu）作為一個係（xì）統進行考（kǎo）慮（lǜ）。墊（diàn）片工作正（zhèng）常或失（shī）效與否，除了取決於設（shè）計選用墊片本身的性能外，還取決於係統的剛度和變形（xíng）、結合麵的粗（cū）糙度和平（píng）行度以及緊固載荷的大小和均勻性（xìng）。

圖1-墊片密封的法蘭連接（jiē）結構

墊片選型（xíng）五要素

了解了墊片密封的（de）結構，我們就可（kě）以從溫度（dù）、應用、介質、壓力和尺寸(TAMPS）五個方麵來考慮選擇一個合適的墊片。

溫度

所選用的（de）墊片應該在最高或最低的工（gōng）作（zuò）溫度下有合理的使用壽命，不同的墊片材料的最高工作溫度差異很（hěn）大。

圖2 常用非金屬材料的最高工作溫度

除了短期能（néng）耐受的最高和最低工作溫度（dù）外，還應考慮（lǜ）其允許的（de）連（lián）續工作溫度。墊片材料應（yīng）能夠抗蠕變，以降低墊片的（de）應（yīng）力（lì）鬆弛，這樣才能保證墊片在工作條件下（xià）密封，大多數墊片材料隨著溫（wēn）度的升高，蠕變會變得嚴重，因此，墊片質量優劣的一個重要指標就是墊片在一定溫度下的蠕變鬆弛性能。

圖3 不同的改性PTFE和傳統純PTFE的蠕變（biàn）測試對比

應用

主要是指墊片所處的連接係統的信（xìn）息，需要根據法蘭的材質，法蘭的密封麵（miàn）型式（shì），法蘭的粗糙度（dù）以及螺栓信息等來選擇合適的墊片材（cái）質和型式（shì）。

非金屬類法蘭就必（bì）須選（xuǎn）擇預緊力要求比較小的墊片（piàn），否則很可能會有在法蘭上緊過程中，墊片還沒有壓緊而法（fǎ）蘭已經壓碎的情況出現（如（rú）圖4）。

圖4 非金屬法蘭被壓碎

對於不同的（de）法蘭密封麵（miàn）型式，與之相對應的墊片型式也是不一樣的，例如突麵法蘭（RF）對應的纏繞墊片（piàn）型式就是帶內外環型纏繞墊片，榫槽麵（TG）法（fǎ）蘭對應的纏繞墊片型式就是基本型纏繞墊片，凹凸麵（MFM）法（fǎ）蘭對（duì）應的纏繞墊片型式就是隻帶內環的（de）纏繞墊（diàn）片（如圖5）。

圖5 不同（tóng）的法蘭（lán）密封麵型（xíng）式對（duì）應不同（tóng）型式的纏繞墊片

不同的墊片對於法蘭粗糙度要求也是不一樣（yàng）的，具體可以參考圖6。

圖6 不同墊片推薦的法蘭表麵粗糙（cāo）度

介（jiè）質

墊（diàn）片應在全程工作條件下不受密封（fēng）介質的影響，包括抗高溫氧化性、抗化學（xué）腐蝕性、抗溶劑性、抗滲透性等，顯（xiǎn）然墊片材（cái）料對介質的耐化學腐蝕性是選（xuǎn）擇（zé）墊片的（de）首要條件。對於（yú）非金屬墊片或者複合墊片中的非金屬材料來說，材料的耐化學腐蝕性能可以參考墊片廠家提供的非金屬材料抗化學品性能表。對於墊片中跟介質直接接觸的金屬材料，應和法蘭材料一樣或有更高的耐腐蝕性能。

壓力

墊片必須能夠承受（shòu）最大壓力，這種最大壓力或許是試驗壓力，它可能是正常工（gōng）作壓力的1.25-1.5倍。對於非金屬材料的墊片，其最大壓力還會與最高工作溫度有關係，通常最高溫度乘以最高壓力的值（即PxT值）有一極限值，所（suǒ）以在選擇其最大工作壓力時，還要（yào）考（kǎo）慮墊片（piàn）能（néng）承受的最大PxT值。下圖為GARLOCK常見壓製墊片的PxT值（zhí）圖，不同型式的墊（diàn）片所能夠承受的壓力也是不一樣的。

圖7 GARLOCK常見壓製墊片的（de）P╳T值圖

圖8為各種型式的墊片所適用（yòng）的法（fǎ）蘭壓力等級

尺寸

在滿足法蘭粗糙度和不（bú）平度條件時，盡（jìn）可能的選擇薄的（de）墊片。墊片的厚度與其（qí）型式、材料、直（zhí）徑（jìng）、密封麵的加（jiā）工狀況和密封介質等相關。對於大多數非金（jīn）屬板材墊片而言，薄的墊片（piàn）抵抗（kàng）應力鬆弛的能力也比較大。因薄的墊片其（qí）內側跟介質接觸的麵積也小，所以沿墊（diàn）片本體滲漏也隨之減少，並且此情況下墊片（piàn）所承受的吹出力也小，墊片也（yě）就不容（róng）易（yì）被吹出，圖（tú）9形象的展示（shì）了薄墊片（piàn）的抗（kàng）吹（chuī）出能力要比厚墊片強。當然也可以參考墊片標準選擇墊片厚度以及其它尺寸。

圖9 同樣工況下不同厚度墊（diàn）片的徑向（xiàng）受力示意圖

此外，由（yóu）於墊片通常采用螺栓法蘭連接結構，因此裝配時需（xū）要將螺栓預緊到足以達到密（mì）封的要求（qiú），另外，這一結構中的墊片更是一個受很多因素影響的密封元件，因而如何控製預緊力是一個十分棘手的問題（tí）。各種墊片需要的壓緊載（zǎi）荷也各（gè）不相同，對於特殊要求的墊片密（mì）封，它們沒有標準的連接（jiē）尺寸，如法蘭（lán）厚度、螺栓尺寸、螺栓間距等，這就需要考慮（lǜ）專門（mén）設計。