減壓閥墊片選材

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之前介紹JIS日標法蘭減壓閥，現在介紹減壓閥墊片選材減壓閥墊片選型墊片的種類
墊片的種類繁多，按其材料和結構大致可分為三大類。
1.非金屬墊片
有橡膠、石棉橡膠板、柔性石墨、聚四氟乙烯等，截面形狀皆為矩形；
2.金屬復合型墊片
有各種金屬包墊、金屬纏繞墊；
3.金屬墊片
有金屬平墊、波形墊、環形墊、齒形墊、透鏡墊、三角墊、雙錐環、C形環、中空Ｏ形環等。
按照密封分類的原則，上述墊片中的*、第二和第三類的金屬平墊、波形墊、環形墊、齒形墊、透鏡墊屬于強制型密封，而其余則為半自緊或自緊式密封。
二、減壓閥墊片選材墊片的性能和構造
各種墊片的性能和構造分別介紹如下：


1.非金屬墊片
（1）橡膠板  

用于密封的橡膠品種較多，一般有天然橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠、異丁橡膠、丁苯橡膠、乙丙橡膠、硅橡膠、氟橡膠。制作墊片的橡膠板材用量較大的有天然橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠三種。近幾年，氟橡膠等特種橡膠也逐步推廣使用。
有關橡膠板材的數據，詳見工業橡膠板標準GB5574-85。
（2）石棉橡膠板   石棉 橡膠板是由石棉、橡膠和填料經壓制而成的。根據其配方、工藝、性能及用途不同，主要有高壓石棉橡膠板、中、低壓石棉橡膠板和耐油石棉橡膠板。
制造石棉橡膠板的石棉材料有溫石棉、藍石棉（青石棉）兩種。溫石棉屬于蛇紋石類石棉，其主要成分是含有約13%結晶水的鎂硅酸鹽，它耐熱、耐堿性好，抗拉強度高，耐酸性能較差，大多數石棉橡膠板都由它制作。藍石棉屬于角閃石類石棉，主要成分是含有2.5～3.5%結晶水的硅酸鹽，氧化鎂成分極微，氧化鐵約占18～24%。藍石棉不僅耐熱性能好，而且耐酸性能也好，故多被用于制造耐酸石棉橡膠板。
石棉纖維的質量對石棉橡膠板的性能影響較大，故要求石棉纖維抗拉強度高，耐熱性能好，有一定的長度，纖維易撓曲，有彈性。一般高壓石棉橡膠板和400號耐油石棉橡膠板都采用2、3級石棉纖維。
因為石棉屬疏松性材料，壓制成板材后內部尚有大量孔隙，須加入一定量的橡膠（作為粘結劑）和各種填充劑制成石棉橡膠板。加入的粘結劑和填充劑可以填塞空隙，防止滲漏。一般，石棉纖維占60~85%。例如，高壓石棉橡膠板XB450其配方如下：
其余為硫化劑和填充劑。
400號耐油石棉橡膠板配方如下：
石棉纖維    

68%；丁腈橡膠（內含36~40%丙烯腈）17%；碳酸鈣8.2%；酚醛樹脂1.5~2%；其余為硫化劑及各種填充劑。
石棉橡膠板有適宜、彈性、柔軟性、耐熱及耐介質性，用它制作墊片，既方便又便宜，因此在化工企業中，尤其是中、小型化工廠得到廣泛應用。有關標準見表2-1.
隨著石油化學工業的迅速發展，石棉橡膠板相繼出現了一些新產品。例如，由石棉橡膠板和一層或多層鍍鋅鋼絲或不銹鋼絲網組成的增強石棉橡膠板以及在石棉中加入氟橡膠制成的耐酸耐油石棉橡膠板。
（3）柔性石墨板材及帶材     柔性石墨是一種新穎的密封材料，具有良好的回彈性、柔軟性、耐介質性、耐溫性，在化工企業中迅速得到推廣應用。其板材和帶材的性能見第十四章。
（4）聚四氟乙烯  

 聚四氟乙烯是合成樹脂材料中的*。優良的耐腐蝕性能使他在絕大部分強腐蝕介質中可作為密封墊片，對于不允許物料有污染的醫藥、食品等行業尤為合適，是塑料中使用溫度高者。但是聚四氟乙烯材料受壓后易冷流，受熱后易蠕變，影響密封性能。通常加入部分玻璃纖維、石墨、二硫化鉬，以提高抗蠕變和導熱性能。聚四氟乙烯墊片通常是由板材裁制的。它還可與石棉橡膠板、石棉板制成聚四氟乙烯包墊。其結構見圖2-3。
聚四氟乙烯的物理、化學性能和機械性能見第十四章。
（5）其它    為了解決化工生產中的密封問題，國內還試制出一些石棉類墊片。現舉幾例介紹如下：
①    石棉樹脂板墊片  

 采用藍石棉和聚氯乙烯樹脂等原料制成的一種軟質板狀材料裁成的耐酸墊片，強度較高，耐壓性能好，價格較為便宜。試樣在65%硝酸中煮沸1小時，重量損失為7.28%。
②     石棉浸漬墊片        

采用耐酸的藍石棉板沖制成型并經浸漬耐酸涂料而成的一種定型耐酸密封墊片。
上兩種墊片在硝酸、硫酸作浸泡、煮沸試驗后，其失重和增重百分比均大大低于耐酸石棉橡膠板。
③     石棉編織墊片        

將石棉繩編織成扁平狀，然后將兩頭用石棉繩縫接而成的墊片。根據使用溫度的高低，石棉用料有所不同。目前，國內采用60~70%藍石棉與一級溫石棉混制的石棉編織墊片，可使用至800℃。


2、減壓閥墊片選材金屬復合型墊片
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,水減壓閥非金屬墊片（除柔性石墨外）的耐高溫、高壓性能均不如金屬材料。因此，為了解決高溫、高壓設備的密封，設計了金屬復合型墊片。
                        
（1）金屬包墊      

該墊片以非金屬材料為芯材，外包厚度為0.25~0.5mm的金屬薄板。按包覆狀態，可分為全包覆、半包覆、波形包覆、雙層包覆等。見圖2-4。金屬薄板根據材料的彈塑性、耐熱性和耐蝕性選擇選取。主要有銅鍍鋅鐵皮、不銹鋼、鈦、蒙乃爾合金等。使用較多的為銅、鍍鋅鐵皮和不銹鋼。作為金屬包墊的中芯材料，耐熱性是主要考核指標。一般采用石棉板或低橡膠用量的石棉橡膠板、耐高溫性能好的碳纖維或瓷質纖維（一般指碳化硅纖維、氮化硅、氮化硼纖維）及柔性石墨板材等。
金屬包墊的另一特點是能制成各式異形墊片。例如橢圓形、方形、帶叉形或更復雜的形狀，可以滿足各種熱交換器管箱和非圓形壓力容器密封的需要，而其它復合型墊片卻不能。
目前，煉油行業使用全包覆型包墊較多，其標準有JB1163-82.
（2）金屬帶纏繞式墊片      

纏繞墊片是由薄的金屬波形帶與石棉或柔性石墨等非金屬帶交替繞成螺旋狀，將金屬帶的始末端點焊二制成。國外亦稱作螺旋墊片。纏繞墊有四種類型，見圖2-5.圖2-5（a）為基5（b）為帶內環的；圖2-5（c）為帶外環的；圖2-5（d）為帶內、外環的。鋼帶剖面形狀也有兩種：W形和V形。W形鋼帶回彈性能優于V形，但加工困難，故國內目前絕大部分使用V形。其剖面圖見2-6，鋼帶材料一般有低碳鋼、不銹鋼、鈦、蒙乃爾合金等，厚度為0.15~0.2mm。國內大都采用低碳鋼、1Cr18Ni9Ti不銹鋼。非金屬帶材中,曾以石棉帶為主，近年來，柔性石墨材料得到迅速發展，大有取代石棉纏繞墊之勢。此外，國外還出現了聚四氟乙烯帶、陶瓷纖維紙、碳纖維紙纏繞墊片。纏繞墊的標準有JB1162-82.
加內、外環對增進纏繞墊的密封性能有一定作用。由于金屬帶的斷面形狀使纏繞墊獲得一定彈性，再加上內、外環，則當基本型墊片受壓時，外環和內環分別處于受拉和受壓狀態；當基本型墊片載荷下降時，內、外環儲藏的能量釋放，提高了墊片的回彈力。與其它類型墊片相比，增強了對壓力和溫度變化的適應能力，二次緊固的必要性也大大減少。
另外，加內環可阻止由于過度緊固造成的墊片壓損，減小法蘭之間的間隙，防止因流體渦流對墊片的侵蝕；加外環有利于安裝時墊片的定位。


3、金屬墊片
強制型密封常用的金屬墊片有金屬平墊、波形墊、齒形墊、環形墊（包括八角墊、橢圓墊兩種）。這些墊片制造比較復雜，特別對于直徑大的墊片（如環形墊），需經卷制、焊接、探傷、車削多道工藝，精度和表面粗糙度要求相對高一些，故成本也高，一般用于高溫、高壓和非金屬墊以及金屬包墊所不能勝任的苛刻條件下。
金屬墊片根據介質的溫度和物性，通常選用鋁、銅、軟鋼、純鐵、不銹鋼、鈦、蒙乃爾合金等材料。例如，合成氨裝置中常用鋁和軟鋼，而尿素裝置中則多用1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni12Mo2Ti；高溫時可采用1Cr18Ni9Ti、蒙乃爾合金，低溫中0Cr18Ni9較為合適。
三、墊片的選擇
1、選擇時的注意事項
正確選用密封墊片是保證設備無泄漏之關鍵。對于同一種工況，一般有若干種墊片可供選擇。必須根據介質的物性、壓力、溫度和設備大小、操作條件、連續運轉周期長短等情況，合理地選擇墊片，揚長避短，充分發揮各種墊片的特點。
選擇墊片時，應充分考慮下列因素：
（1）有良好的彈性和恢復性，能適應壓力變化和溫度波動；
（2）有適當的柔軟性，能與接觸面很好地貼合；
（3）不污染工藝介質；
（4）有足夠的韌性而不因壓力和緊固力造成破環；
（5）低溫時不硬化，收縮量??；
（6）加工性能好，安裝、壓緊方便；
（7）不粘結密封面、拆卸容易；
（8）價格便宜，使用壽命長。


在墊片的使用中，壓力和溫度二者是相互制約的，隨著溫度的升高，在設備運轉一段時間后，墊片材料發生軟化、蠕變、應力松弛現象，機械強度也會下降，密封的壓力降低。反之亦然。例如，手冊上列舉高壓石棉橡膠板XB450在水、蒸汽介質中，使用溫度450℃、壓力＜6MPa（該材料作密封性能試驗時，在440℃~450℃、12MPa的蒸汽中保壓30分鐘）。但在實際使用中，溫度若達到450℃，所能密封的壓力僅0.3~0.4MPa。對于滲透性強的氣體介質則僅有0.1~0.2MPa。
上述情況，在選用時應予以充分考慮。減壓閥的密封是兩個連接件中間夾上墊片來實現密封的。靜密封的結構形式很多，有平面墊，梯形墊，透鏡墊等。這些塑料球閥墊片安裝制作材料有非金屬墊片、金屬墊片、符合材料墊片三大種類。為了不同性質的介質的需要，墊片分為很多種。墊片是解決靜密封處跑，冒，滴，漏的重要零件。因此，墊片的安裝是一個很重要的環節。
 
一、減壓閥墊片密封處泄露種類
墊片密封泄漏有兩種，即界面泄漏和滲透泄漏。
1、界面泄漏是指介質從墊片表面與連接件接觸的密封面之間滲透出來的一種泄漏形式。界面泄漏與靜密封面的形式，密封面的表面粗糙度，墊片的材料性能及墊片安裝質量等因素有關。
2、滲透泄漏是指介質從墊片的毛細孔中滲透出來的一種泄漏形式。組織疏松的植物纖維，動物纖維，礦物纖維材料制作的墊片容易滲透泄漏。通常所說的阻止滲透，無泄漏，只不過是滲透量非常微小而已，肉眼基本是看不到滲漏的。
3、減壓閥的密封原理：是減壓閥的墊片的密封原理，當墊片在密封面之間未壓緊之前，墊片沒有塑性變形和彈性變形，介質很容易從界面泄漏。當墊片被壓緊以后 ，墊片開始變形，隨著壓力的增加，墊片比壓增大，墊片變形越大。由于墊片表面層變形，墊片被擠進密封面的波谷中去，填滿整個波谷，組織介質從界面滲透出來。墊片中間部分在壓緊力的作用下，除有一定的塑性變形外，還有一定的彈性變形，兩密封面在某些因素的作用下，間距變大時，墊片具有回彈力，隨之變厚，密封面間距的變大，阻止介質從界面泄漏。
4、影響減壓閥墊片泄漏的因素是點哦的滲透泄漏與介質的壓力，滲透能力，點哦材料的毛細孔大小，長短，對墊片施加壓力的大小等因素相關。介質的壓力大而粘度小，墊片的毛細孔大而短，則點哦的滲透量大；反之，則墊片的滲透量小。連接件中的墊片壓得越緊，點哦中的毛細孔也將逐漸縮小，介質從墊片中的滲透能力件大大減小，甚至認為阻止了介質的滲透泄漏。給墊片施加適當的緊力不能過大，否則會壓壞墊片，使墊片失去密封效能。
 
二、螺栓施加的預緊力
螺栓施加預緊力的確定，是一個復雜的問題，它與密封形式，介質壓力，墊片材料，墊片尺寸，螺紋表面粗糙度，以及螺栓螺母旋轉有無潤滑等因素相關。有潤滑時，摩擦因數是0.1-.015，沒潤滑時，摩擦因數是2.2-3.0
 
螺栓施加預緊力的轉矩
A.原石油部在標準《安全墊片的技術要求》中規定的轉矩扳手，螺母直徑為M10~16的螺母旋緊力為150~300NM。規定的旋緊力矩未考慮螺栓材質，螺紋精度和表面粗糙度，墊片的形式，材質及厚度等因素。同時，規定轉矩扳手適用的閥門及法蘭范圍。
B.減壓閥組裝時螺栓螺母的螺紋表面，以及相應的接觸面應涂上潤滑劑。經過使用后在擰緊時，必須依據表面狀況的變化，重新確定預緊力。
綜上所述，減壓閥壓緊墊片的螺栓預緊力受多種因素的影響，一般來說，壓力高，溫度高比壓力低，溫度低時預緊力要大些；金屬墊片比非金屬墊片預緊力要大，介質粘度低，滲透力較強的比滲透力較弱的預緊力要大寫；墊片接觸面積大的比墊片接觸面積小的預緊力要大寫?？傊?，在保證試壓密封的條件下，根據具體情況盡量采用較小的螺栓預緊力。
2、國產墊片的選用
（1）工業橡膠板      

天然橡膠適用于水、海水、空氣、惰性氣體、堿類、鹽類水溶液等介質，但不耐礦物油和非極性溶劑，使用溫度不超過90℃，低溫性能優異，可在-60℃以上使用。
丁腈橡膠適用于石油類產品，如石油、潤滑油、燃料油等，使用溫度為120℃，如在熱油中可耐150℃，低溫為-10~-20℃。
氯丁橡膠適用于海水、弱酸、弱堿、鹽溶液，耐氧和臭氧老化性能優異，耐油性次于丁腈橡膠而優于其他通用橡膠，使用溫度低于90℃，高使用溫度不超過130℃，低溫為-30~-50℃。
氟橡膠有多個品種，它們分別具有良好的耐酸、耐氧化性能以及耐油、耐溶劑性能。可以在幾乎所有的酸類介質以及一些油和溶劑中使用，使用溫度低于200℃。
橡膠板材作為法蘭墊片，多用于管道或經常拆卸的人孔、手孔，壓力不超過1.568MPa。因在各類墊片中，橡膠墊片軟，貼合性能好，在較小的預緊力下就能發揮密封效果。正因如此，在承受內壓時，因墊片偏厚或硬度偏低而容易被擠出。
橡膠板材在苯、酮、醚等有機溶劑中使用，易出現溶脹、增重、變軟、發粘現象，導致密封失效。一般溶脹度超過30%就不能使用。
在低壓（尤其是0.6MPa以下）、真空情況下，采用橡膠墊較為適宜。橡膠材料致密性好，透氣率低。例如氟橡膠，適宜作真空容器的密封墊片，真空度高可達1.3×10-7Pa。橡膠墊在10-1~10-7Pa真空度范圍使用時，需經烘焙和抽氣處理。
石棉橡膠板價格較其它墊片低，使用方便；大問題是：墊片材料雖然加入了橡膠和一些填充劑，仍無法將那些串通的微小孔隙*填滿，存在微量滲透。故在污染性*的介質中，即使壓力、溫度不高也不能使用。當用于一些高溫油類介質時，通常在使用后期，由于橡膠和填充劑碳化，強度降低，材質變疏松，便在界面和墊片內部產生滲透，出現結焦和發煙現象。另外，石棉橡膠板在高溫下易粘結在法蘭密封面上，給更換墊片帶來了許多麻煩。
                  
（3）聚四氟乙烯    

聚四氟乙烯在受壓及高溫下易冷流及蠕變，故一般用于低壓、中溫、強腐蝕以及不允許污染的介質，如強酸、強堿、鹵素、藥品等。安全使用溫度在150℃，壓力1MPa以下。填充聚四氟乙烯雖然強度高些，但使用溫度也不超過200℃，且耐腐蝕能力下降。聚四氟乙烯包墊高使用壓力一般不超過2MPa。圖2-8表示某一試驗中，聚四氟乙烯墊片以及包墊的使用曲線。
由2-8（a）可見，由于溫度升高，材料發生蠕變，致使密封壓力明顯下降。即使不升溫，隨著時間的延長，密封面的壓緊應力也會下降，產生“應力松弛現象（見圖2-8（b））”。該現象在各種墊片中都會產生，只是聚四氟乙烯墊的應力松弛現象較為嚴重，應予注意。聚四氟乙烯的摩擦系數較小（壓緊應力大于4MPa，摩擦系數為0.035~0.04），預緊時墊片易向外滑移，所以采用凹凸式法蘭面。當采用平面法蘭時，可將墊片外徑接觸螺栓，利用螺栓阻止墊片外滑。圖2-3（a）、圖2-3（b）兩種聚四氟乙烯包墊使用直徑不大于300mm，圖2-3（c）則可用在直徑300mm以上的設備、特別是搪玻璃設備及管道。由于搪玻璃設備是在金屬表面噴涂了一層瓷釉后燒結而成的，釉層很脆，加之噴涂不均勻和釉層流動，法蘭表面平面度較差。采用金屬復合型墊片易損壞釉層，所以使用芯材由石棉板加橡膠的聚四氟乙烯包墊。這種包墊既容易與法蘭面貼合又耐腐蝕，使用效果良好。
有許多廠在溫度、壓力不高的強腐蝕介質中，采用石棉橡膠板外纏聚四氟乙烯生料帶，用于經常拆卸的人孔、管道上。由于制作、使用方便，頗受歡迎。
（4）其它    

 石棉樹脂板和浸漬石棉板墊片多用于各種酸性介質的管道、泵、閥、進出口法蘭，其使用溫度在80℃、壓力在0.6MPa以下。
石棉編制墊片適用于壓力0.1MPa以下，溫度不超過800℃的低壓、高溫工況。并可根據設備的具體要求，編織成不通寬度、厚度、直徑的墊片?；驅⑹迬Ъ粝潞笾苯臃笤诜ㄌm表面。它用于大型硫酸、硝酸氧化爐以及一些未經加工的設備接口處，效果遠遠超過原來的石棉繩。
（5）金屬包石棉墊      

由金屬薄板包覆石棉板或石棉橡膠板，使其不與介質直接接觸，避免了石棉纖維強度下降，客服了滲漏現象，從而擴大了石棉橡膠板的使用范圍。一般金屬包石棉墊使用溫度為450℃（個別也有達600~700℃，如在常壓~0.16MPa的煙道氣中），使用壓力為4MPa，高可達6MPa。如壓力再增高，墊片易產生橫流現象，芯材從搭接處擠出。
                                
（6）金屬纏繞墊    


（7）金屬平墊、波形墊和齒形墊        

金屬平墊和金屬波形墊一般用于中、高壓閥門、管道和直徑較小的設備法蘭上。使用壓力則根據溫度的不同，前者為1.568~31.36MPa，后者為1.568~3.92MPa。墊片材質根據介質和溫度選取。
（8）八角墊和橢圓墊      

用于梯形槽面法蘭的八角墊和橢圓墊（煉油行業俗稱“土鋼圈”）密封性能均好。在溝槽的錐面上，八角墊為面接觸而橢圓墊是線接觸。因此，橢圓墊在低緊固力下貼合性好，但需進行二次緊固；而八角墊一般一次緊固后，不易出現泄漏。它們的不足之處為要求較大的螺栓擰緊力，當用于低壓高溫情況時，法蘭等級須在pg25公斤級以上。與本產品相關論文：波紋管減壓閥波紋管材料