金属环绕垫片

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1 基本性能

　　缠绕式垫片于60年代初传入我国，其本体(亦即基本型垫片)是用V形或W形断面的金属带和填充带相间螺旋状缠绕而成。原石油部标准SYJ14-65规定的缠绕式垫片即属于这类垫片。70年代以后，为了提高垫片的强度和可靠性，以及方便安装对中，根据法兰连接形式的不同，分别又采用了带内环、带外环和带内外环的垫片。垫片填充带只有石棉一种，到80年代初，柔性石墨(又称膨胀石墨)在我国试制成功并大批量生产。其主要性能参数为：堆积密度0.002~0.005g/cm³;制品密度0.8~1.7g/cm³;纯度≥98%;灰分≤0.5%;强热减量≤1%(450℃下灼烧3小时);熔点3650℃(熔融升华);肖氏硬度21~33;抗拉强度≥7MPa，抗压强度≥80MPa;压缩率≥15%，回复率≥28%;滑动摩擦系数0.149(对磨件为不锈钢);电阻系数3.5X10-4Ω.cm(面方向);热膨胀系数为(1.6~4.7)X10-81/℃(面方向，从室温到600℃);热扩散率(2.6~1.1)X10-2cm²/s(250~110℃);氮气渗透率：板厚1.75mm，密度1.5g/cm²时为1.3X10-5;板厚0.5mm，密度1.5g/cm²时为2.1X10-4CC/s.cm²。

　　柔性石墨用作密封材料时有以下优点:①理论上它能承受-200~3000℃ (非氧化气氛)。低温下不脆不裂,高温下不软化、不分解、不变形和不老化。一般可在-200~800℃之间安全使用。②惰性的固定碳含量一般在98%以上,能经受往几乎所有介质的腐蚀。试验表明,除硝酸、硫酸和铬酸等强氧化性酸以及卤素的某些特定浓度和温度条件之外,对一般酸、碱、盐、油和溶剂等大部分介质均能适应,其耐蚀性能仅略次于聚四氟乙烯。③能承受中子、γ、α和β等射线的长期照射而不发生明显变化,因此亦可用于原子能 工业。④其结构里有许多封闭或半封闭小球体,加之比表面很大 ,表面能很高,表面点吸附着一定气体或水分子而形成极薄的气膜或液膜,故对气体或液体都具有良好的不渗透性。⑥它是用天然磷片石墨经化学和热处理使其体积膨胀200倍以上之后再经压制而成的,其内部有许多小空隙,因此具有良好的柔软性、可压缩性和回弹性。⑥用纯柔性石墨制成的垫片,还具有所需预紧力小,对法兰面机加工要求不高,不粘法兰面及检修清扫方便等优点。综上所述来看,它是一种理想的密封材料。但也应注意,已也有抗拉强度不高和极易损坏的缺点。

　　为了克服其缺点,人们采用了金属带缠绕增强而制成了“柔性石墨金属缠绕垫片”。由于所用的金属缠绕带为V形或W形断面,故其压缩回弹性比柔性石墨垫片还好。它的主要性能参数为:压缩率>25%，回弹率>30%;使用温度范围：钢带为1Cr18Ni9时可用于-200~580℃，钢带为1Cr18Ni9Ti时可用于-200~780℃;介质压力35MPa;垫片系数m=2，最小预紧比压y=40MPa。

　　2.本垫片与其它势片的比较

　　(1)柔性石墨金属缠绕垫片与钢圈的比较①垫片压紧力:前者最小比压力为40MPa,只要较小压紧力即可达到密封(螺栓小);后者最小比压力为183MPa,要求压紧力大(螺栓大)。②加给法兰的应力:前者小,后者大,且密封槽底易产生裂纹。③复原力 ( 回弹性 ):前者有,毋须再紧螺栓;后者几乎无,故在热循环场合需再紧螺栓。④对法兰表面的要求:前者对微小伤痕敏感性小,对密封面形状要求简单且制造容易,一般精度即可,粗糙度 R=12.5~6.3μm(▽3~▽4)，硬度差无要求,而钢圈对微小伤痕很敏感,表面形状较复杂且制作较困难,精度要求高,粗糙度为R=1.6μm(▽6),硬度差为HB20~30。维修;前者容易,钢圈则较难,且需专用工具。⑥异材法兰连接;前者无泄漏担心 ,后者因有线胀系数差而引起泄漏担心。⑥垫片制造与价格:前者容 易且 较便宜 ,而钢圈较难且贵。⑦配管与开口接管的分离`前者容易 ,后者较难且必须将法兰抬起。⑧使用寿命:前者短 ,拆开后就得更新,后者长,可多次使用。

　　( 2 )柔性石墨金属缠绕垫片与石棉金属缠绕垫片的比较 ①对人体危害:前者无,后者为致癌物质,美国等已禁用。②耐温性:前者-200~870℃ ,后者-40~500℃ ,但实际使用中当>400℃时便因急剧脱水而失弹失效。③填充材料的耐酸性:前者除王水等外能耐一般酸、碱、盐及溶剂等腐蚀;后者因石棉纸内含有橡胶等粘结剂,耐蚀有限。④泄漏率:前者<1X10-4g/s;后者<1X10-3g/s。⑤填充材料的烧失量 (500℃ 时 ) 和老化:前者<1 % ,无老化;后者<25% ,橡胶等粘结剂易老化。渗透性：前者很低,后者较高,且因石棉的毛细管作用对油类渗漏严重。⑦m值:前者为2 ,后者为3。⑧垫片压紧力:前者为40MPa,后者为70MPa。⑨复原力:前者良好,后者虽亦好,但比前者稍差。⑩对法兰表面要求:前者表面为一般要求,表面粗糙度R=12.5μm(▽3),对轻微划痕或水线沟槽也无妨;后者要求表面粗糙度R。必须在6.3μm以上。⑪维修:前者因不粘法兰面,检修方便;后者因粘法兰面,铲刮费工费时。⑫价格:二者持平。

　　( 3 ) 柔性石墨金属缠绕垫片与金属包石棉垫片的比较 ①对人体危害:同前 ( 2 ) ①。②国内生产情况:前者半机械化生产,效率高,质量稳定;后者生产仍为于工方式,效率低,质量不稳定。③耐温性:同前( 2 )②。④填充料的烧失量:前者< 1 % ;后者< 10 % 。⑤m值：前者为2;后者为3.75;⑥垫片压紧力:前者为40MP，后者为80MPa。⑦复原力:前者良好;后者亦好,但比前者差。⑧介质压力:前者为35MPa ,后者为6MPa。⑨对法兰表面的要求:基本上同前 ( 2 ) ⑩，,只是此处的后者要求表面粗糙度R .必须在1.6μm(▽6)以上 。⑩垫片刚性:前者大口径尺寸的刚性较差,运输或安装不当,易发生散架,后者刚性较好,不会散架。

　　据调查 ,有一些使用金属包石棉垫片的石化企业,因铁包垫泄漏而在其二侧粘贴柔性石墨板材,用以作为一种补救措施。这也说明本垫片的密封性能远比金属包石棉垫片好。

　　( 4 )柔性石墨金属缠绕垫片与高温高压石棉橡胶板垫片(由英国进口)的比较 ①对人体的危害:同前(2 )①。②介质压力:前者为35MPa ,后者为3MPa。③耐温性:同前 (2)②。④渗透性:前者很低,氮气渗透率为2X10-4cc/s.cm²，后者较高,且因石棉的毛细管作用对油类渗漏严重。⑤老化:前者无,后者因橡胶易老化而使其储存和使用寿命都不长。⑥维修:同前(2) ⑪。, ⑦垫片刚性:同前(3) ⑩。⑧价格:前者中的中、小口径垫片与进口石棉橡胶垫片相近,大口径及中、小口径窄密封面垫片则较便宜;后者中的大口径及中、小口径窄密封面垫片则较贵,且均需耗费外汇。