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金屬纏繞墊片的應用詳解

作者:admin 时间:2019-05-27 14:36
金屬纏繞墊片是使用最廣泛的墊片之一,纏繞墊片提供了一種能在操作溫度和壓力波動下使用的低成本密封。多層金屬和填充物纏繞所形成的密封隔墊有效地減少了可能發生的泄漏。
金屬纏繞墊片是用成型的金屬帶和軟的填充材料交替纏繞制成的。當放在兩個法蘭之間被壓縮後就形成了非常有效的密封。
金屬帶中間部分的V型凸起作用就像彈簧一樣,在工況改變時給墊片很好的回彈性。填充材料和金屬帶材料可以選擇不同的材料以適應不同的化學介質。
金屬纏繞墊片的應用詳解
需要防火安全的可以選擇柔性石墨作爲填充材料。如果墊片的有效壓縮載荷是有限制的,可以對墊片的結構和尺寸進行修改以達到有效的密封。
一個金屬纏繞墊片可以包括一個外環,一個內環或者二者都有。外環使墊片與法蘭對中和作爲墊片壓縮的限位,內環不但可以提供額外的徑向強度,而且還可以減少法蘭的沖刷磨蝕和保護密封元件。
很好的回彈性和很高的強度使得金屬纏繞墊片成爲各種各樣使用條件和工況下的理想選擇。廣泛地被用于煉油廠和化工廠。
ASME B16.20所规定的标记要求

影響墊片密封性能的因素
密封是通過壓縮墊片材料並使之填補不平整的密封表面實現的。這種密封能夠有效防止介質的泄漏。爲了維持這種工況,連接部位必須施加足夠的載荷來對抗因系統的內壓産生的端面流體靜壓力。
墊片的使用情況取決于許多的因素,包括:
1. 金属材料以及填充材料,材料必须能承受以下几种因素的影响:
a. 温度:温度对垫片的机械以及化学性能有不利影响,同样也能影响垫片的物理特性例如氧化性与回弹性
b. 压力:介质或管道内压可能将垫片吹出法兰的表面
c. 介质:垫片材料必须能耐介质的腐蚀
2. 连接设计:两个法兰连接的力必须足够防止因系统内压产生的端面流体静压力导致的法兰分离。
3. 合适的螺栓载荷:如果螺栓载荷不够大,垫片的变形达不到要求,或者载荷过大而压碎垫片,泄漏就会发生。
4. 表面加工:如果表面加工不符合垫片要求,也不会起到很好的密封效果。


各種密封面下法蘭、墊片的連接

垫片密封系数 "M" 和 "Y"
"M" 与 "Y" 值应用在非标法兰设计中。在标准法兰的实际应用中,它们并不指定作为垫片压紧应力。我们的螺栓扭矩表给出了数据,应该对照它使用。
"M" – 垫片系数
在法蘭連接中,提供所需額外預緊力的系數,在連接處施加內部壓力後,能夠保持墊片上的壓縮載荷。
M = (W - A2 P) / A1 P
"Y" –垫片最小设计压紧应力这是指当垫片在内部压力为2psig(0.14bar)的情况下提供密封时,垫片接触面上每平方英寸所需的最小压紧应力值(或以bar为单位)
Y = W / A1
式中: W = 总的紧固力(磅或牛顿)
A2 = 垫片以内的法兰孔面积(平方英寸或平方毫米)
P = 试验压力(psig 或 N/mm2)
A1 = 垫片面积(平方英寸或平方毫米)
各種類型墊片的M與Y

換熱器和容器墊片


墊片的安裝
在法蘭連接中,所有零部件必須正確組裝達到密封的效果。引起連接部分泄漏的最常見原因是安裝程序不正確。
螺栓上緊順序
■ 将垫片放置在法兰密封表面上。
 
■ 将组装的另一个法兰与垫片相接触。
 
■ 必须用新螺栓或工作性能如同新螺栓的螺栓清洁螺纹并用优质的润滑剂润滑它们,例如油类和石墨混合物。
 
■ 将螺栓放置在螺栓孔内。
 
■ 用手指拧紧螺母。
 
■ 按照上图的螺栓紧固顺序紧固螺栓。
 
■ 第一次上紧时,任何螺栓的拧紧力不应超过推荐值的30%, 如果那样做,会使法兰翘起并将垫片压坏。
 
■ 当达到推荐螺栓扭矩时,按照顺时针方向逐个检查螺栓扭距以确定螺栓已经均匀拧紧。
 
■ 由于蠕变和应力松弛,在设备运转时有必要预加应力于螺栓以确保螺栓在操作期间有充分的应力载荷。
在螺栓上爲熱膨脹而施加的預應力
通過螺栓預緊來補償熱膨脹、松弛、蠕變、端部流體靜壓力和墊片的剩余有效應力。
因法蘭和螺栓的材料不同,熱膨脹系數也不同,這可能影響螺栓載荷。在有嚴重的熱膨脹時,必須提供螺栓一個最小的應力以及允許管道膨脹來實現墊片的緊壓。
墊片的外環作爲墊片壓縮的限位。沒有外環的墊片必須采取措施預防熱膨脹使墊片超過彈性極限而損壞。

泄漏點的故障處理
最好的找出泄漏的原因的方法就是仔細檢查發生泄漏處的墊片。

觀察結果

有效的糾正措施

墊片嚴重腐蝕

 選用更好的耐腐蝕材料替換

 

 選用更好的抗冷流特性的材料替換

墊片過分地被擠出

 
 

 選用能承受更大載荷的材料替換即較致密的材料

 

 選用能承載更大載荷的材料替換

墊片壓碎

 
 

 提供一個限位環來防止壓碎墊片或重新設計法蘭

 

 檢查墊片尺寸確保墊片是合適的規格

由于外伸出突面法蘭或向法蘭

 

內突出産生的機械受損

 
 

 確定墊片安裝時合適地對中

 

 選用較軟的墊片材料

沒有明顯的壓緊

 選用較厚的墊片材料

 

 減少墊片面積來提供較高的單位面積上的壓緊載荷

 

 改變墊片尺寸將墊片受力部分移到接近螺栓部位可有效減少

 

法蘭彎曲

由于法蘭過分的偏轉和彎曲産

 依靠輔助環來提供法蘭的剛度

墊片在外徑處厚度比內徑處薄

 
 

 選用軟材質的墊片來降低要求的密封應力

 

 減少墊片面積來減少密封應力

 

 按照規定的螺栓緊固步驟依次擰緊

墊片四周沒有被均勻的壓縮

 
 

 確保准確地組對法蘭

 

 爲法蘭增加一個加強環以便將螺栓載荷更好的分布

 

 選擇一個較低應力的墊片材料

墊片四周厚度周期性的變化

 
 

 如可能的話增加螺栓數量以獲得更均勻的螺栓載荷分布

 

 若法蘭是翹曲的可以將法蘭重新加工或者使用較軟材料的墊片

 


墊片的選用
溫度和抗化學性的要求
要確定你所訂購的墊片能承受操作溫度和耐使用介質的作用。檢查金屬和填充物對密封介質的化學兼容性。按照一般的慣例,制作金屬纏繞墊片和金屬包覆墊片的金屬應是和法蘭材料類似的。
柔性石墨的可压缩性使得它成为用于制作金属垫片很好的填充物。柔性石墨虽然不能用于像硝酸和硫酸这样的强氧化剂,但是它的使用温度可达450°C。PTFE填充材料能够在260°C以下提供卓越的耐化学性能。根据ASME B16.20当使用PTFE做填充材料的时候要使用内环来防止缠绕部分径向失稳。
工作壓力
工作壓力对设计和选择金属垫片有直接影响。更高的压力有可能使垫片吹出,而低压应用需要垫片设计在低螺栓载荷下也能密封。
Garlock 适合高压下使用的垫片包括:
■ Kammprofile 垫片
■ 带内环的缠绕垫片
■ 纯金属垫片
適合低壓下使用的墊片包括:
■ GRAPHONIC® 垫片
■ Garlock Kammprofile 垫片
■ Garlock EDGE® 垫片

常用金屬的溫度極限

填充材料的溫度極限

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