機械設計：密封墊片如（rú）何選型（xíng）

在石油（yóu）、石化、化工等行業的生產（chǎn）、加工、儲運乃至銷售環節（jiē），常常伴隨著易燃、易爆、高（gāo）溫、高壓、有毒有害和（hé）腐蝕等危險（xiǎn）因素，機器及設備在使用中工作介質（zhì）的“跑、冒、滴、漏”，給（gěi）生產帶來極大的危害。設備（bèi）中工作介質的泄漏，會造成浪費並（bìng）汙染環境。

墊片密封（fēng）是過程工（gōng）業裝（zhuāng）置中壓力容器、過程設備、動力機器和連接管道等可拆連接處最主要的靜密封型式。它們所包（bāo）含的流體介質範（fàn）圍相（xiàng）當廣泛，防止液體或氣體通過這些接頭處泄漏出來是工廠麵（miàn）臨（lín）的最（zuì）重要，也是最困難的任務。

隨著生產（chǎn）裝置的大型化，生產工藝向高（gāo）溫、高壓、高速的方向發（fā）展，出現（xiàn）泄漏的機會越來越多，發生事故的概率越來（lái）越大（dà），造成的經濟損失也越來越大（dà）。往往一處法蘭的泄漏就有可能導致一套裝（zhuāng）置乃至全廠停產，還極有可能會引起火災、爆炸，造成（chéng）人員傷亡等重大事故，發生泄漏帶（dài）來環境汙染、產品（pǐn）損失甚（shèn）至事故，墊片密封的重要性也就不言（yán）而喻了。因此，墊片的選（xuǎn）用、設計、製造（zào）所存在的問題已（yǐ）逐步引起人們的高度重視。

那麽，究竟應該如何選擇合適的（de）墊片呢？

墊片與墊片密封（fēng）

墊片是一種（zhǒng）夾持在兩個獨立的連接件（主要是指法蘭）之間的材料或材料的組合，其作用是（shì）在預定的使（shǐ）用壽命內，保持兩個連接件間的密封。

墊片（piàn）必須能夠密封結合（hé）麵，並確保密封介質不滲透和不被腐蝕，能夠承受得住溫度和壓力的作用。墊片（piàn）密封一般有連接件（jiàn）（如法蘭（lán））、墊片（piàn）和緊固件（如螺栓、螺母）等組成（chéng）（見（jiàn）圖1），因此決定（dìng）某（mǒu）個（gè）法（fǎ）蘭密封性（xìng）時，必須將整個法蘭（lán）連接結構作為一個係（xì）統進（jìn）行考慮。墊片工作（zuò）正常或失效與否，除了（le）取決於設計選用墊（diàn）片本身的性能外，還取決於係統（tǒng）的剛度和（hé）變形、結合麵的粗糙度和平（píng）行度以及緊固（gù）載荷的大小和均勻性。

圖1-墊片密封（fēng）的法蘭連接結構

墊片選型五要素

了解了墊片密封的（de）結構（gòu），我（wǒ）們就（jiù）可以從溫度、應用、介質、壓力和尺寸(TAMPS）五個方麵（miàn）來考慮選擇一個合適的墊片（piàn）。

溫度

所選用的墊片應該在最高或最低的（de）工作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大。

圖2 常用非金屬材料的最高工作溫（wēn）度

除了短期能耐受的最高和最低工作溫度外，還應考慮其允許的連續工作溫度。墊片材料應能夠抗蠕變，以降低墊片（piàn）的應力（lì）鬆弛，這樣才能保證墊片在工作（zuò）條件下密封，大多（duō）數墊片材（cái）料隨著溫度的升高，蠕變會變得嚴重（chóng），因此，墊片質量（liàng）優劣的一個重要指標就是墊片（piàn）在一定（dìng）溫度下的蠕變鬆弛性能。

圖3 不同的（de）改性PTFE和傳統純PTFE的蠕變測試對比

應用

主要是指墊片所處的連接係統的信息，需要根（gēn）據法蘭的材（cái）質，法蘭的密封麵型式，法蘭的粗糙度以（yǐ）及螺栓信（xìn）息等（děng）來選擇（zé）合適的墊片材質和型式。

非金屬類法蘭就必須選擇預緊力要求比較小的墊片，否則很可能會（huì）有在法蘭上（shàng）緊過程中，墊片還沒有壓緊而法蘭已經壓碎的情況出現（如圖4）。

圖（tú）4 非金屬（shǔ）法蘭（lán）被壓碎

對於不同的法蘭密封麵型式，與（yǔ）之相對應的墊片型式也是不（bú）一樣（yàng）的（de），例如突麵法蘭（RF）對應的纏繞墊片型式就（jiù）是帶內外環型纏繞墊片，榫槽麵（TG）法蘭對應的（de）纏繞墊片型式就是基本型纏繞墊片，凹凸麵（MFM）法（fǎ）蘭對應的（de）纏（chán）繞墊片型式就是隻帶內環的纏繞墊片（如圖5）。

圖5 不同的法蘭密封麵型式對應不同型式的纏繞墊片

不同的墊片對於法蘭粗糙度要求也是不（bú）一樣的，具體可以參考圖6。

圖6 不同墊片（piàn）推薦的法蘭表麵粗糙度

介質

墊（diàn）片（piàn）應在全（quán）程工（gōng）作條件下不受密封介質的影響，包括（kuò）抗高溫氧化性、抗化學腐蝕性、抗（kàng）溶劑性、抗滲透性等，顯然墊片材料對介質的（de）耐化學（xué）腐蝕（shí）性是選擇墊片的首要（yào）條件。對於非金屬墊片或者（zhě）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（fēi）金（jīn）屬（shǔ）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（xìng）能。

壓（yā）力

墊片必須（xū）能（néng）夠承受最大壓力，這種最（zuì）大壓力或許是試驗壓力，它可能是正常（cháng）工作壓力的1.25-1.5倍。對於非金屬材（cái）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（lì）的值（即PxT值）有一極限值，所以在選擇其（qí）最大工作（zuò）壓力時，還要考慮墊片能承受的最大PxT值。下（xià）圖為GARLOCK常見壓製墊（diàn）片（piàn）的PxT值圖，不（bú）同型式的墊片所能夠（gòu）承受的壓力也是不（bú）一樣的。

圖7 GARLOCK常見壓製墊片的P╳T值圖

圖8為各種（zhǒng）型式的墊片所適用的法蘭壓力（lì）等級（jí）

尺寸

在滿足法蘭粗糙度和不平度條件時，盡可能的選擇薄的墊片。墊片的厚（hòu）度與其型式、材料、直徑（jìng）、密（mì）封麵的加工狀況和密封介質等相關。對於大多數非金屬板材墊片（piàn）而言，薄的墊片抵抗（kàng）應力鬆弛的（de）能力也比較大。因薄的墊片其內側跟介質接觸的麵積也小，所以沿墊片本體滲漏（lòu）也（yě）隨之減少，並且此情況下墊片（piàn）所承受的（de）吹出力也小，墊片也就不容易（yì）被吹（chuī）出（chū），圖9形象的展示了（le）薄（báo）墊片的抗吹出能力要比厚墊片強。當然也可以參（cān）考墊片標準選擇墊片厚度（dù）以及其它尺寸。

圖9 同樣工（gōng）況下不同厚度墊片的徑向受力示意圖

此（cǐ）外，由於墊片通常采用螺栓法蘭（lán）連接結構，因此（cǐ）裝配時需要將（jiāng）螺栓預緊到足以達到密封的要求，另外，這一結構（gòu）中的墊片更是一個受很多（duō）因素影響的密封元（yuán）件，因而如何控製預緊力是一個十分棘手（shǒu）的問題。各種墊片需要的（de）壓緊載荷也各不相同，對於特殊要求的墊片（piàn）密封，它們沒有標準的連接（jiē）尺寸，如（rú）法蘭厚度、螺栓尺寸、螺栓間距等，這就需要考（kǎo）慮專（zhuān）門（mén）設計。