常用垫片材料特性及选用准则.docx

1、常用垫片材料特性及选用准则常用垫片材料特性及选用准则第24卷第8期中国特种设备安全?49?石油化工生产所用的设备,管道,阀门和仪表,许多都是采用法兰连接,由于垫片原因而导致泄漏又是很多工业生产过程中生产装置最为常见的失效形式.据统计,在石油化工企业非计划维修工作量有60%80%是用来维修密封装置的,也就是说石油化工装置中非计划事故维修工作大部分是由于泄漏造成的.泄漏不仅造成生产损失,物料流失,能源浪费,环境污染,而且会造成人员的重大伤亡.因此,如何合理的选用垫片是使企业能安全,稳定,长周期,满负荷,优质生产的保证.1常用垫片的种类垫片的种类很多,主要有非金属垫片,聚四氟乙烯包覆垫,金属缠绕垫,

2、金属包覆垫,柔性石墨复合垫,齿形组合垫,金属垫片等等.常用垫片的应用场合见表1.表1常用垫片的应用场合垫片名称应用场合石棉橡胶垫使用温度一50C300C.最高使用压力为5.OMPa聚四氟乙烯适用十0寸惜蚀,防黏结和要求清清厦向的管遁面封,最包覆垫高使用温度为150C,最高使用压力为5.OMPa柔性石墨复最高使用温度取决于金属芯板材料,低碳钢为450C,不锈钢为650C(用于氧化性介质时为450C),最高使用压合垫力为6.3MPa使用温度为200C-500C,最高使用压力为10.OMPa,需要金属包覆垫的螺栓力比平面金属垫片小,特别适于高温高压场合石棉缠i垫:使用温度Oo(O,最高使甩匪力为25

3、-0MPa柔性石墨缠绕垫:使用温度一196C600C(氧化介质缠绕垫为800C),最高使用压力为25.0MPa聚四氟乙烯缠绕垫:使用温度一196C200C.最高使用压力为10.0MPa主要用于温度或压力波动较大的场合,最高使用压力为齿形组合垫25.0MPa密封生能良好,随着内部压力增高,垫片自密封生能增金属环垫强.多用于高温,高压的法兰密封适用于恶劣的条件下工作,常用八角形的,最高使用温度取决于所用金属材料2常用垫片材料特性及适用范围2.1石棉橡胶垫石棉橡胶垫片耐热性能尚好,有适宜的弹性,在大多数化学介质中有较好的耐腐蚀性,且制造方便,价格便宜,是石油化工使用最广泛的非金属平垫.石棉橡胶垫片的

4、适用范围如图l所示.图1石棉橡胶垫片适用范围1)对水,空气,氮气,蒸汽及不属于A,B,C级的工艺介质管道宜选用厚度为3mm的垫片,使用条件见图1曲线.2)属于B,C级的液体介质管道宜选用厚度为1.5ram的垫片,使用条件见图1曲线.3)属于B,c级气体介质及其他会危及操作人员人身安全的有毒气体介质管道应选用较薄的垫片并与PN5.0的法兰配套,使用条件见图1曲线.石棉橡胶垫片的缺点:石棉橡胶垫在使用过程中很容易发生应力松弛现象,影响它的密封l生能和寿命,因而难以满足现代?5O?中国特种设备安全第24卷第8期大型石油化工工业中设备的高参数和长周期的要求.此外由于石棉是人们公认的致癌物,从上世纪70

5、年代起,世界上不少国家已陆续制订法律将其列入禁用范围,随着人们对设备密封要求的提高以及密封技术的发展,石棉橡胶材料已逐步为其他新材料所代替,使用量正逐渐减少.2.2聚四氟乙烯包覆垫聚四氟乙烯包覆垫是一种适合强腐蚀介质和不允许物料有污染的医药,食品和石油化工行业中需洁净介质用的非金属软垫片,垫片的压缩率要求大于20%,回弹率大于30%,应力松弛小于45%,允许泄露率应不大于1.OxlOcm3/s;垫片厚度一般为3mm,其中嵌人层为2mm,纯聚四氟乙烯包覆层厚度为0.5mm.2.3柔性石墨复合垫柔性石墨复合垫片是由冲齿的金属芯板与膨胀石墨粒子复合的板材制成的一种石墨增强垫片,可作为石棉橡胶垫片与金

6、属缠绕垫片之间的一种过渡垫片,在某种情况下可代替柔性石墨缠绕垫,以减少螺栓力,又不改变密封效果,同时亦可作为无石棉平垫片使用.柔性石墨复合垫片适用于以下介质:对液体有水,油品,溶剂,酸,碱,液态烃,低温液化气等;对气体有空气,氢气,油气,高温烟气,蒸汽,烃类及各种渗透性强的气体等2.4金属包覆垫金属包覆垫片是一种半金属垫片,这种垫片的金属有软钢,不锈钢,铝板和特殊合金等,它兼有金属和非金属的特性,其密封性能良好,可制成形状复杂的垫片,广泛用于换热器各部位的密封由于石棉橡胶板为金属所包覆,不直接与高温介质接触,在一定程度上提高了垫片的耐温耐压性能.有了石棉橡胶板作为金属包覆垫的内在充填材料,与其

7、他金属平垫相比有一定弹性,因而在早期高参数设备中使用较为普遍金属包覆垫的缺点:从密封机理看,它实际上是金属与金属的接触密封,在这种状态下,要达到良好的密封性就必须施加相当高的密封比压,而在这样高的比压下,作为填充材料的石棉橡胶板往往已被压坏而失去作用,另一方面,在使用过程中,石棉橡胶板的应力松弛也会导致压紧应力减少而使其丧失密封性,其使用寿命难以满足现代设备长周期运转的要求.因此,在高参数重要场合已逐渐为其他性能更好的垫片所取代.2.5缠绕垫缠绕垫片是半金属垫片中最理想的一种,垫片的主体由v型或M型金属带填加不同的软填料用缠绕机螺旋绕制而成.为加强垫片主体和准确定位,设有金属制内环和外环(定位

8、环).常用的金属带为不锈钢,软填料为特制石棉,柔性石墨,聚四氟乙烯,其中柔性石墨缠绕垫片应用比较广泛.柔性石墨缠绕垫片具有良好的密封性能,能适应高温高压参数的要求,其回弹生也较好,在温度和压力变化的场合仍能保持较好的密封性(其密封性指数通常可达1lO%m.).缠绕垫片的缺点:由于结构和制造方面的原因,缠绕垫片比较容易散架和压溃.所谓散架包括2种情况:一是在制造,运输和安装过程中垫片发生散开而损坏.这是由于缠绕垫片结构上只是通过缠绕互相咬合成形,使垫片无法形成整体牢固的结构,因而很容易散开损坏,给垫片的运输和安装造成困难,这种情况尤以大规格垫片f如换热器设备上的垫片)为甚.二是缠绕垫片在使用过程

9、中受到很大的压紧力,外层用以固定的焊点在周向力的作用下很容易发生拉脱损坏,使整个垫片散架最终导致密封失效.由于周向应力的大小与直径成正比,垫片的规格越大,拉脱损坏就越易.所谓压溃是垫片在使用时受很大的压紧比压,填充物受压产生的内应力向内径方向作用于内层钢带,使钢带受到外压力作用.当外压力超过一定值时,由钢带围成的钢带圈犹如薄壁容器受过分外压力作用而失去稳定性,局部地方向内凹陷,使垫片发生损坏,导致密封失效.压紧力越高,垫片尺寸越大就越容易发生压溃.从现场调查看,不少用于换热设备的缠绕垫片经使用后拆开法兰时发现垫片已被压散架或压溃,因而泄漏往往就从这些部位发生2.6齿形组合垫齿形组合垫片是一种金

10、属软垫片,密封效果优于金属平垫,主要用于中,高压力和高温度的压力容器和管道阀门的密封.齿形组合垫在法兰压紧力下,不仅被封闭的覆盖层材料高度压缩,而且金属骨架第24卷第8期中国特种设备安全?51?产生弹性变形,使之成为具有高弹性的垫片,因而不仅能适应参数变化的场合而且其使用寿命长,能长期保持良好的密封性能.由于齿形组合垫是带金属骨架的整体结构,在运输和使用安装时不必担心像缠绕垫片那样会散架,而且垫片厚度适当,安装方便,可避免缠绕垫片通常因厚度较大而容易产生压扁的现象.齿形组合垫的性能优异,安全可靠,适应性广,价格适中可广泛用于各种参数场合.2.7金属环垫金属环垫按截面形状可分为八角垫和椭圆垫.这

11、种垫片是整体金属加工而成,能耐高温高压,安全性高,能形成高比压的金属线密封,而且具有一定弹性和压力自密封作用,适应设备参数变化的场合使用.但这种密封结构较复杂,不仅法兰表面要求加工出高精度的梯形槽,而且垫片本身的制造精度要求较高,因而密封联接的成本也较高.在实践中还发现法兰表面的梯形槽不仅削弱了法兰的强度,其根部系应力集中的部位,还会造成法兰的整体损坏.此外这种垫片要求安装技术高,安装不好就难以达到预期的密封效果.这种垫片一般可用于密封要求较高和参数变化的高温高压场合.3垫片选用的注意事项1)必须对垫片的密封性能,操作压力,操作温度,工作介质特性,以及法兰密封面的型式,结构的繁简,装卸的难易,

12、经济性等诸因素进行安全分析.其中介质特性,操作温度和操作压力是影响密封的主要因素,是选用垫片的主要依据.2)应根据被密封介质的操作温度,操作压力确定.对高温高压状况,多采用金属垫片;对常压,低压,中温状况,多采用非金属垫片:介于两者之间的,多采用半金属组合垫片;对于温度,压力波动频繁的场合,宜采用回弹性好的自紧式垫片.3)垫片的系数/与其宽度无关,因此,垫片越窄越容易夹紧.但其宽度下限有限制,通常宽度应大于5mm.对于金属垫片,为了不产生过大的螺栓力,取较小的宽度是一个重要遵循的准则.4)尽量发挥各种类型垫片的长处,即用其所长.如缠绕垫片具有良好的压缩性和复原性,密封l生能优良,多数场合都能达

13、到良好的密封,但不能不管什么场合都采用它,有的场合用一般石棉橡胶垫片就能满足使用要求,就不要提高等级,盲目采用缠绕垫片.但在有应力松弛,压力,温度波动的中低压场合则采用缠绕垫片就很合适.5)要照顾特殊要求.如某种介质不允许微量纤维混入,就不能选用石棉橡胶板和其它纤维性垫片.某些部位振动很大,就要选用抗振性强的垫片.对于很难检修的地方,应选用经久耐用的垫片.6)当选用金属垫片时,应在完全退火状态下使用,尽可能选用较软的金属材料,垫片的硬度宜比法兰密封面的硬度低HB3040.7)在有腐蚀的条件下,选用垫片对法兰盘呈阳性的垫片材料,垫片受腐蚀,牺牲垫片保护法兰;选用法兰盘对垫片呈阳性的垫片材料,法兰

14、盘受腐蚀,牺牲法兰盘.究竟采用哪一种要根据使用方法和垫片的种类来决定.8)剧毒,易燃,强腐蚀,污染性强的介质和有害气体,不允许使用石棉橡胶垫片.9)使用金属环垫或齿形组合垫片时,应采用带颈对焊法兰和螺柱(双头螺纹或全螺纹).4垫片选用的一些建议下面是根据上述垫片材料特性和垫片选用方面的注意事项提出垫片选用的一些建议.1)高温高压蒸汽和易燃,易爆,有毒介质等场合必须确保法兰联接的密封性能良好,安全可靠.因此,在垫片的选用上应采用性能优异的金属或半金属垫片如缠绕垫片,齿形组合垫,金属环垫等.如果选用缠绕垫片则应是带内外加强环的.金属平垫或齿形组合垫只能在操作参数无波动的情况下使用,但在实际生产过程

15、中参数不波动的情况是很少的金属环垫理论上性能较好,但由于实际上受制造,安装等因素影响很大,往往难以获得满意的效果.而且成本高,选用时应慎重考虑.2)以石棉为基材的密封材料如石棉橡胶板等应尽量少用或不用,因为该类材料性能往往不能满足要求,造成事故隐患,故一般只能用于低参数,不重要场合,如普通水,汽和油品等.对已往较多使用石棉橡胶板的低参数场合,建议采用石墨垫.这种垫?52?中国特种设备安全第24卷第8期无瞅鬟獭藏器撂焊撞t|壤赣赣|鬣.冬襁|lf无锡市锅炉压力容器学会无损检测专委会江苏214187)摘要介绍按ASME范案例2235的要求,对大厚度反应器壳体与接管焊接接头进行超声相控阵(PA)检测

16、的新技术,突出相控阵灵活变角和动态聚焦的优点,强调校验试块,扫查器具和工艺鉴定的重要性.指出采用PA是解决承压设备NDE难题,满足ASME规范要求的好方法之一.关键词大厚度壳体接管焊接接头超声检测相控阵AbstractThenewtechnologyofphasedarray(PA)ultrasonicinspection,inaccordancewiththerequirementsofASMECodeCase2235,usedforthenozzleweldedjointsonreactorsofhighthicknesswasintroduced.Theimportanceofcalib

17、rationblocks,scanningdevicesandprocedurequalification,andtheadvantagesofPAbeingabletochangebeamanglesfreelyandfocusingdynamicallywasemphasized.Finally,itwaspointedoutthatapplyingPAtechnologyisoneofthebettermethodsforresolvingdifficultproblemsonNDEofpressureequipments,satisfyingtherequirementsofASMEC

18、ode.KeywordsHighthicknessNozzleofshellsWeldedjointsUltrasonicinspectionPhasedarray(PA)大型电站锅炉和反应器等大厚度压力容器壳体与接管连接的全焊透焊接结构,大致有3种形式:1)插入式接管(接管通过壳体壁厚):2)安放式接管(接管不通过壳体壁厚);3)嵌入式接管(接管管座与壳体对接).前2种为角接与对接组合焊缝,1)适合于作uT;2)适合于作RT;3)为对接接头对接焊缝,uT和RT均适合,但有一定条件.有关前2种结构的UT和RT,已有文献介绍.对第三种结构,因被检部位壁厚较大,RT受固有不清晰度和底片颗粒性的影响

19、,灵敏度和检出率有限,因此一般采用uT检查焊接质量.本文介绍用超声相控阵检测的新方法.片虽然价格上比石棉橡胶板稍贵些.但性能好得多,是目前缒用较为普遍的石棉橡胶板的代用材料3)对温度,压力有变化的场合或存在振动,冲击的场合(如压缩机,泵等动设备的法兰连接等1应采用具有良好回弹特性的垫片,如齿形组合垫或缠绕垫片(缠绕式垫应是带内外加强环的14)热媒热媒或联苯导热油)加热系统不应采用石棉橡胶板一类材料作为密封件,应采用防介质渗透性强,不会溶胀和膨胀的石墨材料为主体的密封件,如齿形组合垫,缠绕垫片或柔性石墨复合垫等.5)食品,医药等工业中工艺设备和管道等直接与生产物料相接触的密封件不应使用石棉橡胶板类密封件,而应尽量采用以聚四氟乙烯材料为主体的垫片,如聚四氟乙烯平垫或聚四氟乙烯包覆垫,特别是包覆垫,除了具有洁净不污染的特点外还具有较好弹性,能克服一般聚四氟乙烯平垫无弹性,易冷流的缺点,因而性能更好6)在石油化工工业中对带一股腐蚀性介质的场合,可采用不锈钢骨架的齿形组合垫或缠绕垫片,温度压力不高的场合亦可选用柔性石墨复合垫.对强腐蚀性介质的场合下,可采用聚四氟乙烯包覆垫片或平垫.(收稿日期20080324)