淺談金屬及非金屬墊片密封

劉云寶

（中國石油大慶石化公司設(shè)備維修中心，黑龍江大慶 163714）

0 引言

化工、冶煉等企業(yè)的生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生各種廢氣、廢液、廢渣，并存在著難以避免的各種氣體、液體、粉塵的泄漏問題。這使企業(yè)生產(chǎn)的效率大大降低，同時也造成了極大的能源浪費，更是破壞了整個人類的生存環(huán)境，對人體健康產(chǎn)生了巨大的影響。人們不斷尋求方法，去預防甚至減少、杜絕泄漏發(fā)生，但是不論只能簡單地預防泄漏，或者是增加一部分成本去延長設(shè)備的使用壽命，而泄漏現(xiàn)象依然存在。但是對于解決泄漏所造成的環(huán)境污染、各種其他損耗還是要遠大于預防泄漏所用的成本。如何既預防泄漏又能夠達到安全、節(jié)能的生產(chǎn)，便成為了人類要研究探討的重要話題。所以說，“無泄漏”治理目標實現(xiàn)不僅僅在工業(yè)界成為一個永恒的目標，更是影響整個人類生活環(huán)境的遠大計劃。

1 泄漏的定義

泄漏的定義：某些物質(zhì)在正常情況下是不應該流出的，但是這類物質(zhì)卻因為某些原因被排放到了其他的環(huán)境中，例如機械設(shè)備之外、承載容器之中、或者某部分管道中等，這種現(xiàn)象便被定義為泄漏。

泄漏分為：①水泄漏，比如用水管道的大量內(nèi)漏和外漏；②蒸汽及壓縮空氣泄漏，大量能耗損失；③有害氣體泄漏，造成安全隱患；④酸堿及?；沸孤?，對安全和環(huán)境的危害；⑤成品油泄漏，比如機油和潤滑油的泄漏；⑥原油泄漏，對環(huán)境的破壞。

2 工業(yè)密封技術(shù)

工業(yè)上用到的密封技術(shù)，即對泄漏的預防和阻止所用到的技術(shù)。人們習慣于用各種密封元件來防止泄漏發(fā)生，但是往往卻忽略了密封真正的意義。不能僅僅依靠密封來防止泄漏的發(fā)生，畢竟密封只起到防止泄漏的作用，根本達不到阻止泄漏的目的。但是，現(xiàn)代化工廠，只能利用密封來控制泄漏，密封的種類有很多，無非是由各種各樣的密封件組成，關(guān)于密封件定義、密封件的種類、密封件的材料、密封件的用途，以及他們的一些性能、參數(shù)、用途等，需要人們不斷去研究、探索、試驗。在現(xiàn)代化企業(yè)中，人們對密封的選型也各不同，有的是為了減低成本，有的是為了延長設(shè)備使用壽命，有的是為了提高效益，更有的甚至根本不考慮任何因素，能做到各方面都考慮的面面俱到的少之又少。所以今后對密封技術(shù)的要求將會越來越高，值得人們?nèi)W習研究。

3 密封的分類

除機械密封之外的密封分類如下：①墊片密封；②液壓缸及氣缸密封；③軸承保護密封；④盤根填料密封；⑤浮動預緊密封。其中，墊片密封是一種用指定材料做成的具有一定厚度平面式的靜密封。

3.1 非金屬墊片

（1）無石棉纖維壓縮墊片。主要成分：25%～40%纖維、10%～20%粘接劑、40%～60%填充劑、1%～2%硫化劑。

質(zhì)量因素：所用纖維的種類、質(zhì)量與數(shù)量；所用纖維的分散度；填充劑與粘合劑的數(shù)量與種類；溫度與壓力情況。

高溫工況：拉伸強度與化學抗性。

高壓工況：拉伸強度與抗蠕變松弛。

具體分為芳綸纖維板材墊片和纖維加強板材墊片。其中芳綸纖維板材墊片采用高質(zhì)量無石棉纖維及人造纖維經(jīng)熱輥壓而成。通過芳綸纖維增強，墊片具有很好的耐水、耐氣、耐蒸汽性能。適用于弱酸、水、蒸汽、工業(yè)煤氣、合成油、植物油、制冷劑等介質(zhì)。纖維加強板材墊片包含適合于蒸汽使用的特種纖維、芳綸纖維和彈性粘結(jié)劑，是一種非常優(yōu)異的通用墊片。適用于水、鹽水、氣、油類及中強度化學品，尤其適用于蒸汽；不可用于氯化碳氫化合物、芳香酮和脂酮的環(huán)境中。

（2）聚四氟乙烯墊片。具體分為純四氟板材墊片和藍色玻璃纖維增強四氟墊片。其中純四氟板材墊片由純四氟乙烯材料制造而成的，具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，應用非常廣泛，是取代石棉墊片的良好選擇。可適用于大多數(shù)介質(zhì)，但不能用于強氧化性的介質(zhì)如發(fā)煙硫酸、發(fā)煙硝酸、王水和氟等。藍色玻璃纖維增強四氟墊片采用玻璃纖維填充優(yōu)質(zhì)PTFE，有效克服了四氟材料的冷流與蠕變?nèi)秉c，具有良好的化學耐性，是一種通用型墊片。其化學耐性好，可用于大多數(shù)介質(zhì)，但不建議用于氟和熔融態(tài)的堿金屬。

（3）橡膠板材墊片。具體可分為丁腈橡膠板材墊片、氟橡膠板材墊片、氯丁橡膠板材墊片、三元乙丙橡膠板材墊片、硅橡膠板材墊片等。其中丁腈橡膠板材墊片有良好的耐熱性，可在空氣中120 ℃下長期使用，同時也有較好的氣密性。但丁腈橡膠的耐寒性、耐低溫性和介電性較差。適用于Alpha 烯烴合成潤滑劑、乙二醇、烴類燃料、石油堿潤滑油、硅油和潤滑脂、水、水基發(fā)動機冷卻液等。氟橡膠板材墊片具有顯著的耐高溫性、耐氧化性和耐各種液體性能，且物理機械性能良好。適用于酯類潤滑劑、100 ℃以上的鹵代烴、液態(tài)石油、液態(tài)磷酸酯、液態(tài)硅樹膠、酸、酯等，可承受高壓。氯丁橡膠板材墊片具有優(yōu)良的耐候性、耐臭氧性、耐熱老化性和耐油耐溶劑性，同時它還具有很好的粘合性。適用于硅油、潤滑脂、低溫下的水和水溶劑、冷凍劑、氨水、CO2、臭氧等介質(zhì)。三元乙丙橡膠板材墊片具有良好的耐低溫性、耐光老化性、耐堿性和電絕緣性。適用于醇、稀酸、汽車制動液、冷熱水、酮類、臭氧、液態(tài)磷酸酯、液態(tài)硅樹脂或200 ℃以下的蒸汽等介質(zhì)。硅橡膠板材墊片具有較好的耐熱性、耐寒性，在-60～250 ℃使用物性變化小，同時它也具有較好的耐臭氧性和耐天候性。適用于空氣、乙酰丙酮醇、乙二醇、苯胺油、苯丁基酸、臭氧和紫外線、聚二乙醇等介質(zhì)，可以承受極高溫或低溫。

（4）超高溫板材墊片。具體分為高溫型陶瓷纖維板材墊片和超高溫型陶瓷纖維板材墊片。這種墊片耐高溫與熱沖擊，不含石棉，絕熱性好，導熱系數(shù)低柔韌性與彈性好，不易斷裂，化學耐性強機械加工性能好，易于裁剪成形，使用壽命長。適用范圍：高溫介質(zhì)法蘭密封；烘箱隔熱密封；汽車工業(yè)高溫密封及消音器的消聲隔熱材料；隔離防燒結(jié)墊片；各種工業(yè)爐、鋼水包、鑄桶等高溫隔熱材料；排氣管的保溫材料；其他高溫工況下的隔熱靜密封。

（5）柔性石墨墊片。具體分為柔性石墨板材墊片和金屬增強石墨板材墊片。其中柔性石墨板材墊片采用高純等級石墨，壓縮回彈性好，克服了天然石墨脆而易碎的缺點；采用緩蝕技術(shù)，避免對金屬零部件的腐蝕；具有良好的耐溫和耐腐蝕能力，是取代普通石棉橡膠類墊片的理想選擇。適用于除了濃硫酸、濃硝酸、王水、氯化鐵等強氧化劑外的幾乎所有介質(zhì)。

3.2 金屬及金屬復合墊片

（1）金屬纏繞墊片。隨著石化、電力、冶金工業(yè)的發(fā)展，纏繞墊片在中低壓介質(zhì)的密封上，得到了廣泛的應用。纏繞墊片在蒸汽、氫氣、天然氣、裂解氣、油品、酸、堿、鹽溶液等高溫的介質(zhì)中，應用非常廣泛。墊片密封性能，大大影響著密封所起到的效果。與此同時，對于自身壓力所產(chǎn)生的較大波動，溫度曲線所發(fā)生的臨時變化，甚至緊固螺栓產(chǎn)生的松弛、法蘭口的錯位偏斜、介質(zhì)自身特性產(chǎn)生的腐蝕、密封面自身所發(fā)生的缺陷等，都會對密封效果產(chǎn)生較大影響。金屬纏繞墊片強度高、具有良好的彈性和恢復性、抗腐蝕性、耐高溫能力等，對法蘭密封面表面的粗糙度要求并不高、但是材料利用率較高、材料來源也比較廣泛，性價比相對較高。

（2）金屬齒形復合墊片。金屬齒形復合墊片包括一個精密的金屬內(nèi)芯和在金屬的每個表面上都包有柔性墊片密封材料，使用時最初需提供的壓緊力較低，可以承受溫度和壓力的劇烈波動。

基本型齒形復合墊片：應用在安裝空間較小的情況。適用于平面、凸面、凹凸面、榫槽面和凹面法蘭連接?；拘妄X形復合墊片如圖1 所示。

圖1 基本型齒形復合墊片

整體外環(huán)型齒形復合墊片（圖2）：適用于凸面或平面法蘭。

圖2 整體外環(huán)型齒形復合墊片

金屬齒形墊片（圖3）：此墊片的優(yōu)點在于能夠以較小的螺栓載荷獲得良好的密封效果，具有較好的導熱特性和較高的機械強度?？捎糜诟邷?、高壓的工作環(huán)境，能夠承受腐蝕介質(zhì)的侵蝕。

圖3 金屬齒形墊片

（3）波齒復合墊片。波齒復合墊片是由一個特殊的波齒形彈性框架金屬芯和一個較軟的墊片材料粘結(jié)在金屬芯的每個面上，具有較好的壓縮性和回彈性，可以在溫度和壓力劇烈波動的情況下正常工作。

基本型波齒復合墊片：適用于狹窄的空間，適用于平面、凸面、凹凸面、榫槽面和凹面法蘭的連接。

整體中心環(huán)型波齒復合墊片：特點是可以確保墊片在最合適的位置，適用于凸面法蘭和平面法蘭。

（4）橢圓墊、八角墊墊片。橢圓墊、八角墊統(tǒng)稱金屬環(huán)墊，對加工工藝、加工設(shè)備與檢測等有較為嚴格的要求，一般用于高溫、高壓和非金屬墊片難以勝任的苛刻工況，常用于環(huán)連接面法蘭（梯形槽面法蘭），密封性能穩(wěn)定。八角墊一般為面接觸，而橢圓墊為線接觸，它們通常需要較大的螺栓預緊力。通常不建議重復使用金屬環(huán)墊，因為在組裝和使用過程中，墊片材料會變硬，需要加大螺栓載荷以獲得相似的密封效果，容易使法蘭產(chǎn)生缺痕，既適用于石化加氫設(shè)備以及其他壓力容器閥門、換熱器、管道法蘭等，也適用于油田的采油樹、采氣樹等設(shè)備以及電廠的燃機燒嘴等。

4 結(jié)束語

密封裝置是轉(zhuǎn)動設(shè)備重要的組成部分，起著防止泄漏的關(guān)鍵作用。在石化行業(yè)中，因為環(huán)保和安全的要求，密封裝置的作用尤為明顯。就金屬及非金屬墊片密封的種類及應用作了較為詳細的介紹，對該類型墊片的使用具有較強的指導性。