發(fa)布(bu)時間(jian)：2022/10/11發(fa)布人(ren)：
在化工生(sheng)產(chan)過程中，密(mi)(mi)封(feng)失效(xiao)導致法蘭墊(dian)片(pian)泄(xie)漏，會給安(an)全(quan)生(sheng)產(chan)帶來極(ji)大的危害。因此，法蘭的密(mi)(mi)封(feng)是確保壓力容器、管線法蘭等(deng)設備安(an)全(quan)的重要環節。目前，波齒復(fu)合墊(dian)以其特殊的結構特點和優良的密(mi)(mi)封(feng)性能，正(zheng)逐漸代替(ti)纏繞墊(dian)、金屬包(bao)覆墊(dian)，越來越多的被人們(men)認(ren)可。
1 墊片的結構特點和分類
1.1 金屬纏繞墊
金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)纏繞(rao)(rao)墊(dian)是由薄金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)波形(xing)帶與柔性(xing)石(shi)墨、石(shi)棉帶等(deng)非金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)帶交替疊(die)繞(rao)(rao)，將金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)帶的(de)始末點焊(han)而成。金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)纏繞(rao)(rao)墊(dian)片(pian)按(an)結(jie)構型(xing)(xing)(xing)(xing)式分(fen)為(wei)四種：基本(ben)型(xing)(xing)(xing)(xing)、帶內(nei)環型(xing)(xing)(xing)(xing)、帶外(wai)環型(xing)(xing)(xing)(xing)、帶內(nei)外(wai)環型(xing)(xing)(xing)(xing)。其(qi)中內(nei)、外(wai)環的(de)作用(yong)在于增強鋼帶的(de)承(cheng)壓(ya)性(xing)，避(bi)免(mian)基本(ben)型(xing)(xing)(xing)(xing)易(yi)壓(ya)潰(kui)的(de)情況。帶內(nei)環型(xing)(xing)(xing)(xing)多用(yong)于凹(ao)凸面(mian)密(mi)(mi)封(feng)，壓(ya)力等(deng)級越(yue)高的(de)密(mi)(mi)封(feng)場合，纏繞(rao)(rao)墊(dian)的(de)外(wai)環寬度也越(yue)大。折曲(qu)的(de)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)帶使墊(dian)片(pian)獲(huo)得一定(ding)的(de)彈性(xing)，在緊(jin)固時，鋼帶受壓(ya)，發生彈性(xing)變形(xing)，從而使墊(dian)片(pian)的(de)鋼帶和(he)夾裹(guo)的(de)非金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)材料(liao)與法蘭密(mi)(mi)封(feng)面(mian)之(zhi)間保持足(zu)夠的(de)壓(ya)緊(jin)力，使介質(zhi)通過密(mi)(mi)封(feng)面(mian)的(de)阻(zu)力大于密(mi)(mi)封(feng)面(mian)兩側(ce)的(de)壓(ya)差，即可達到(dao)密(mi)(mi)封(feng)效果。
1.2 金屬包覆墊
金(jin)(jin)屬包覆(fu)墊(dian)是一種(zhong)復合墊(dian)片，它兼(jian)有(you)金(jin)(jin)屬和非金(jin)(jin)屬的特(te)點，具有(you)強度高、韌(ren)性好(hao)、耐(nai)高溫(wen)和抗腐(fu)蝕(shi)等特(te)點。按墊(dian)片截面(mian)通常分為(wei)平(ping)面(mian)型包覆(fu)和波紋型包覆(fu)兩種(zhong)，是一種(zhong)傳統的使用較早的密封(feng)墊(dian)片，但(dan)回彈(dan)力有(you)限，要求法蘭(lan)表面(mian)平(ping)坦及緊固力很(hen)高才(cai)能達到良好(hao)密封(feng)效(xiao)果(guo)。
1.3 波齒復合墊
波齒(chi)復(fu)合墊(dian)是以(yi)上、下(xia)表(biao)面加工(gong)成相互錯(cuo)開的(de)(de)(de)波齒(chi)狀同(tong)心圓溝(gou)槽的(de)(de)(de)金(jin)屬環為骨架(jia)(jia)，并復(fu)合一定(ding)厚度(du)(du)和密度(du)(du)的(de)(de)(de)膨脹(zhang)石墨(mo)材料而制成的(de)(de)(de)。金(jin)屬環即(ji)帶尖齒(chi)又呈波紋狀，因此它具有(you)(you)金(jin)屬線(xian)接觸密封和多道(dao)柔性(xing)石墨(mo)環的(de)(de)(de)雙重功能，其(qi)特殊的(de)(de)(de)結構特點，確保該墊(dian)片具有(you)(you)優(you)異(yi)的(de)(de)(de)抗蠕變(bian)性(xing)，不存在(zai)散架(jia)(jia)、壓(ya)扁和壓(ya)潰現象，而且便于(yu)安裝(zhuang)和定(ding)位(wei)。使用(yong)(yong)時，由于(yu)法(fa)蘭(lan)的(de)(de)(de)壓(ya)緊力作用(yong)(yong)，復(fu)合在(zai)金(jin)屬骨架(jia)(jia)上的(de)(de)(de)石墨(mo)材料被壓(ya)縮進入溝(gou)槽內(nei)，金(jin)屬骨架(jia)(jia)上、下(xia)表(biao)面的(de)(de)(de)環形(xing)(xing)齒(chi)峰與(yu)法(fa)蘭(lan)面緊密接觸，并在(zai)法(fa)蘭(lan)的(de)(de)(de)進一步壓(ya)緊下(xia)墊(dian)片波形(xing)(xing)產生彈性(xing)變(bian)形(xing)(xing)，使膨脹(zhang)石墨(mo)被高度(du)(du)壓(ya)縮和封閉在(zai)金(jin)屬骨架(jia)(jia)與(yu)法(fa)蘭(lan)面之間所(suo)形(xing)(xing)成的(de)(de)(de)環形(xing)(xing)密閉空間里。
2 墊片的性能特點
2.1 力學性能
壓(ya)縮(suo)(suo)回彈(dan)性(xing)(xing)(xing)是(shi)墊片(pian)最基本的(de)(de)(de)(de)(de)力(li)(li)學性(xing)(xing)(xing)能(neng)。螺(luo)栓(shuan)、法(fa)(fa)蘭、墊片(pian)連接結構(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)密(mi)封(feng)(feng)，本質上(shang)是(shi)通(tong)過墊片(pian)變(bian)形以(yi)增加流體阻(zu)力(li)(li)來(lai)實現的(de)(de)(de)(de)(de)。因此，墊片(pian)的(de)(de)(de)(de)(de)壓(ya)縮(suo)(suo)回彈(dan)特(te)性(xing)(xing)(xing)部分的(de)(de)(de)(de)(de)反(fan)映(ying)了墊片(pian)表面與法(fa)(fa)蘭密(mi)封(feng)(feng)面楔合形成的(de)(de)(de)(de)(de)初始密(mi)封(feng)(feng)能(neng)力(li)(li)。在操(cao)作條(tiao)件下，介質壓(ya)力(li)(li)和(he)溫度的(de)(de)(de)(de)(de)影響導致螺(luo)栓(shuan)的(de)(de)(de)(de)(de)伸長和(he)法(fa)(fa)蘭的(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)形，使法(fa)(fa)蘭密(mi)封(feng)(feng)面與墊片(pian)間產生相對分離(li)，墊片(pian)上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)壓(ya)緊力(li)(li)減小，這時，連接系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)緊密(mi)與否，在很大(da)程度上(shang)反(fan)映(ying)了墊片(pian)回彈(dan)能(neng)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)好壞(huai)。可(ke)見，墊片(pian)的(de)(de)(de)(de)(de)壓(ya)縮(suo)(suo)回彈(dan)特(te)性(xing)(xing)(xing)對密(mi)封(feng)(feng)連接系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)緊密(mi)性(xing)(xing)(xing)影響很大(da)。從墊片(pian)材料(liao)補償密(mi)封(feng)(feng)狀態變(bian)化的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)力(li)(li)來(lai)看(kan)，真正影響密(mi)封(feng)(feng)連接系(xi)(xi)統(tong)緊密(mi)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)墊片(pian)的(de)(de)(de)(de)(de)回彈(dan)量大(da)小。
波齒復合墊(dian)(dian)的壓(ya)縮率和(he)回(hui)彈率均高(gao)于其他兩類墊(dian)(dian)片，其回(hui)彈量也較大，力學性能要好于金屬包覆(fu)墊(dian)(dian)和(he)纏繞墊(dian)(dian)。
2.2 密封性能
密(mi)封(feng)性(xing)(xing)(xing)能(neng)是墊(dian)(dian)片(pian)的(de)(de)重(zhong)要性(xing)(xing)(xing)能(neng)指標。螺(luo)栓、法蘭和墊(dian)(dian)片(pian)組(zu)成的(de)(de)密(mi)封(feng)系統的(de)(de)緊密(mi)性(xing)(xing)(xing)由(you)預緊和工作過程中(zhong)的(de)(de)變形(xing)(xing)協調來實現。所以墊(dian)(dian)片(pian)的(de)(de)密(mi)封(feng)性(xing)(xing)(xing)不僅與墊(dian)(dian)片(pian)的(de)(de)材質有(you)關，且與結構尺寸、密(mi)封(feng)結構形(xing)(xing)式(shi)、介質特性(xing)(xing)(xing)、介質壓(ya)力和溫度等特性(xing)(xing)(xing)有(you)關，并且與螺(luo)栓、法蘭和墊(dian)(dian)片(pian)在工作中(zhong)的(de)(de)變形(xing)(xing)特性(xing)(xing)(xing)有(you)關。
通常，剛(gang)性(xing)法蘭的(de)(de)泄漏量與墊(dian)(dian)(dian)片的(de)(de)殘余應(ying)力(li)成線性(xing)關(guan)系，且隨墊(dian)(dian)(dian)片上(shang)的(de)(de)殘余應(ying)力(li)的(de)(de)增大(da)而(er)(er)減小，同時也(ye)隨著介質壓力(li)的(de)(de)升高而(er)(er)增大(da)。在同比(bi)壓力(li)下(xia)，墊(dian)(dian)(dian)片的(de)(de)回彈量越大(da)，其殘余應(ying)力(li)也(ye)越大(da)，相比(bi)而(er)(er)言波(bo)齒(chi)復(fu)合(he)墊(dian)(dian)(dian)的(de)(de)殘余應(ying)力(li)最大(da)。而(er)(er)且，波(bo)齒(chi)復(fu)合(he)墊(dian)(dian)(dian)的(de)(de)膨脹石墨層(ceng)易填補法蘭面的(de)(de)缺陷部分，故其具有雙重的(de)(de)密封效(xiao)果，由此可見(jian)，在密封性(xing)能(neng)上(shang)波(bo)齒(chi)復(fu)合(he)墊(dian)(dian)(dian)也(ye)優(you)于金屬(shu)包(bao)覆墊(dian)(dian)(dian)和纏繞墊(dian)(dian)(dian)。
3 在裝置中的具體應用
3.1 在真空預濃縮器上的應用
中國石(shi)油(you)塔(ta)里(li)木油(you)田公司石(shi)化分(fen)公司化肥裝置真空預濃縮器(qi)與(yu)液(ye)位槽之(zhi)間為(wei)凹凸面(mian)密(mi)封法蘭，內(nei)徑1300mm。在(zai)正常(chang)生(sheng)產中，設(she)(she)備內(nei)部介質(zhi)為(wei)濃度85.55%的(de)尿(niao)液(ye)，壓力0.03MPa，溫度102℃。原使(shi)用(yong)(yong)的(de)是帶(dai)內(nei)環的(de)聚(ju)四(si)氟(fu)乙烯纏繞墊，在(zai)使(shi)用(yong)(yong)過程中出現墊片壓潰的(de)現象（見圖(tu)4），導致設(she)(she)備泄(xie)漏(lou)。在(zai)2013年的(de)大檢修中將該墊片更換為(wei)波(bo)齒(chi)復合墊，金屬骨架(jia)為(wei)316L材料，覆蓋層(ceng)為(wei)聚(ju)四(si)氟(fu)乙烯材料（見圖(tu)5），使(shi)用(yong)(yong)后再(zai)未出現泄(xie)漏(lou)情況，設(she)(she)備運行(xing)良好。
3.2 在真空濃縮器上的應用
化肥裝置真空濃(nong)縮(suo)器(qi)(qi)的(de)(de)內(nei)徑為(wei)1400mm，通過的(de)(de)介質是(shi)濃(nong)度(du)(du)96.03%的(de)(de)尿液，壓(ya)力0.03MPa，溫度(du)(du)134℃。該設備(bei)頂部連(lian)接(jie)(jie)的(de)(de)是(shi)一個內(nei)徑1400mm的(de)(de)大(da)彎管(guan)(guan)（見圖6），彎管(guan)(guan)的(de)(de)另一端連(lian)接(jie)(jie)真空濃(nong)縮(suo)分離器(qi)(qi)，均采用(yong)凹凸面(mian)(mian)密(mi)(mi)(mi)封(feng)法蘭，原使(shi)用(yong)的(de)(de)是(shi)金(jin)屬包覆墊。由于(yu)彎管(guan)(guan)連(lian)接(jie)(jie)，需要照顧到兩(liang)個密(mi)(mi)(mi)封(feng)面(mian)(mian)，安裝后在密(mi)(mi)(mi)封(feng)契(qi)合(he)度(du)(du)及螺栓連(lian)接(jie)(jie)的(de)(de)預(yu)緊力方面(mian)(mian)很(hen)難達到太(tai)高(gao)的(de)(de)標(biao)準，使(shi)金(jin)屬包覆墊很(hen)容易壓(ya)偏導致(zhi)設備(bei)密(mi)(mi)(mi)封(feng)不良（見圖7），產生泄(xie)(xie)漏(lou)。此處的(de)(de)泄(xie)(xie)漏(lou)，將影響到蒸發(fa)系(xi)統(tong)的(de)(de)真空度(du)(du)，導致(zhi)真空抽不起來，且(qie)泄(xie)(xie)漏(lou)時空氣進入設備(bei)內(nei)部，漏(lou)點不可見，不易查(cha)找，給裝置開車造成很(hen)大(da)影響。在2013年的(de)(de)檢修中，也將該處的(de)(de)密(mi)(mi)(mi)封(feng)墊改為(wei)波(bo)齒復合(he)墊，使(shi)用(yong)后效果很(hen)好(hao)，未出現泄(xie)(xie)漏(lou)問題。
4 結論
保證法蘭連(lian)接密(mi)封的可靠性(xing)是確保化(hua)工裝置長周(zhou)期安全運行的必要(yao)條(tiao)件，選擇(ze)好的墊片是達到(dao)良好密(mi)封的重要(yao)環(huan)節。波齒(chi)復(fu)合墊以(yi)其雙重密(mi)封和骨架一體的優良結構在(zai)力學性(xing)能和密(mi)封性(xing)能方面(mian)均優于纏繞墊和金屬包覆(fu)墊，在(zai)化(hua)工生產(chan)中將(jiang)得到(dao)更廣泛(fan)的應用。
