密封垫片的泄漏形式

一、密封垫片机理

　　泄漏即介质从有限空间内部流动到外部，或者从外部进入有限空间内部。介质流动通过内外空间的交界面即密封面发生泄漏。造成泄漏的根本原因是由于接触面上存在间隙，而接触面两侧的压力差、浓度差则是泄漏的推动力。

　　由于泄漏面的形式及加工精度等因素的影响，密封面上存在间隙在所难免，这就会造成密封面不完全吻合，从而发生泄漏。要减少泄漏，就必须使接触面d程度地嵌合，即减小泄漏通道的截面积、增加泄漏阻力，并使之大于泄漏推动力。

　　对密封面施加压紧载荷，以产生压紧应力，可提高密封面的接触程度，当应力增大到足以引起表面产生明显的塑性变形，就可填补密封面的间隙，堵塞泄漏通道。

　　使用垫片的目的就是利用垫片材料在压紧载荷的作用下较容易产生塑性变形的特性，使之填平法兰密封面的微小凹凸不平，从而实现密封。

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　　二、 垫片密封的泄漏形式

　　螺栓法兰垫片连接中，垫片是主要的密封元件。对于非金属垫片来说，连接的密封是通过拧紧螺栓，造成法兰与垫片接触表面及其垫片内部较大的压紧应力，从而一方面使垫片表面与法兰表面紧密贴合、填满法兰表面的微间隙，另一方面减小垫片材料的孔隙率、亦即减小被密封流体的泄漏通道。顶杆法对锈死、粘接的垫片处，先卸下螺栓，后关闭阀门，用阀杆顶开阀盖。

　　由于任何制造或加工方法都不可能形成j对光滑的理想表面，也不可能实现密封面间的完全嵌合以及密封件本身孔隙的完全阻塞，所以在相互接触的密封面间和密封件的内部总是存在着微小的间隙或通道。因而，对垫片密封来说，泄漏总是不可避免的。当介质以一定的压力通过螺栓法兰连接时，总会在密封点处出现泄漏，分析这种现象，可以发现它是以两种形式出现的，即所谓的“界面泄漏”和“渗透泄漏”。1、垫片上的压紧应力影响为了达到密封效果，需要对密封垫片施加足够大的压力，可以使其发生弹性或塑性变形，从而填补密封面的凹凸不平。

金属垫片

　　1、渗透泄漏

　　非金属垫片通常由植物纤维、动物纤维、矿物纤维或化学纤维与橡胶粘结压制而成，或有柔性石墨等多孔材料制作而成。由于其***疏松，致密性差，纤维与纤维之间存在无数微小间隙，很容易被介质浸透，特别是在压力作用下，介质会通过材料内部的孔隙渗透出来。这种发生在垫片材料内部的泄漏现象称为“渗透泄漏”。热媒加热系统选用高强石墨复合垫等，尽量不用石棉橡胶板类作密封件。

　　2、界面泄漏

　　垫片压紧应力不足、法兰密封面粗糙、管道的热变形、机械变形以及振动等都会造成垫片与法兰密封面之间的贴合不严而发生泄漏。此外，螺栓法兰连接在操作工况下由于温度、压力的作用，螺栓变形伸长，垫片蠕变松弛、回弹能力下降，垫片材料的老化、变质等亦会造成垫片与法兰密封面之间的泄漏。这种发生在垫片与法兰密封面之间的泄漏称为“界面泄漏”。相比浮动型，MMC型螺栓法兰连接的主要特点是螺栓必须被施加到足够高的载荷，除了达到金属接除外，且保证在其后任何外部载荷作用下，在整个法兰连接的全生命周期内始终保持金属接触而不脱离，这样垫片上载荷也总是保持固定，并周向均匀分布。

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?密封垫片与螺栓同法兰的连接

垫片：

密封垫片是夹持在一对法兰密封面之间的单个密封零件。安装时，通过拧紧螺栓对法兰施加一外力，该外力传递给垫片，使垫片发生压缩变形。从能量的概念出发，外力作用垫片所做的功，若不考虑任何能量损失，将全部转变为变形能，贮存于垫片内。工作时，密封流体压力迫使法兰密封面分离，压缩垫片的载荷被部分卸除，贮存于垫片中的变形能以做功的方式来***变形，即垫片释放其能量。若贮存的变形能尚有剩余，垫片与法兰密封面仍保持接触，法兰不会发生泄漏。所以，垫片也被描述为“密封在两个表面之间，并贮存有能量的一个装置”。非金属垫片材料1．天然橡胶NR对弱酸和碱，盐和氯化物溶液具有良好的耐蚀性能，对油和溶剂耐蚀性能是差的，并不推荐用于臭氧介质。

一、螺栓法兰连接系统

如技术上和经济上可行，能够制造出十分光滑和精细的两被连接件的接合面，并用螺栓连接起来，使两接合面始终保持接触，则接合面之间就不需要放置垫片，此种螺栓连接称为无垫螺栓接头（non-gasketed bolt joints），常用于汽车、飞机、钢结构、重型设备等领域。但是由于设备结构和尺寸的限制，加工和安装很难得到理想的光滑接合面；110℃时,纤维之间的吸附水已有2/3析出,纤维的抗拉强度约降低10%。其次，接合面也会随时间产生腐蚀或磨蚀变得不光滑。因此，需要在这些接合面中间安装垫片作为过渡元件，以此与结合面形成紧密的接触，提供连接必需的密封，并与无垫螺栓接头相比，可以在较低螺栓载荷下经济地实现密封，该种螺栓连接称为垫片螺栓接头（gasketed bolt joints），是压力管道，压力容器和承压设备应用广泛，使用频繁的可拆式连接。由于被连接件通常采用一对法兰，法兰一端与壳体或管道相连，并用一组螺栓将两法兰紧固在一起。通常把此类螺栓连接称为螺栓法兰连接（bolted flanged connection,BFC）或螺栓法兰接头（bolted flanged joint,BFJ），如图3.18所示。

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由此可见，BFC是一个由法兰、螺栓和垫片等元件组成的组合件。两个法兰可以是同样型式和材料的法兰，也可以是不同型式和（或）材料的法兰，或者其中一个是用螺栓连接的平盖。而垫片总是比法兰密封软的材料制成。

二、两种螺栓法兰连接型式

根据密封原理，将螺栓法兰连接分为浮动型（floating type,FL）或金属与金属非接触型（nonmetal-to-metal contact）螺栓法兰连接和金属与金属接触型（metal to metal contact,MMC）螺栓法兰连接两大类。如图3.19（a）所示，浮动型的螺栓法兰连接指垫片夹持在一对法兰的两个接合面之间，自从预紧螺栓的安装开始，知道法兰连接的整个服役期内，法兰接合面不发生任何接触，因此螺栓预紧载荷完全作用在垫片上，而进入运行后，垫片初始载荷将随外部载荷作用增加或减少，且垫片上的载荷分布也是不均匀的。而金属与金属接触型（下称“MMC”）的螺栓法兰连接可使用与浮动型螺栓法兰连接同样的法兰，只是将某些型式的压缩限制装置放在螺栓中心圆内的法兰接合面上，次压缩限制装置也可以是垫片一部分货***的一个部件，起限位器的作用，如图3.19（b）所以。因此，当螺栓预紧后，法兰的两接合面金属或法兰接合面金属与压缩限制器金属之间发生机械接触。相比浮动型，MMC型螺栓法兰连接的主要特点是螺栓必须被施加到足够高的载荷，除了达到金属接除外，且保证在其后任何外部载荷作用下，在整个法兰连接的全生命周期内始终保持金属接触而不脱离，这样垫片上载荷也总是保持固定，并周向均匀分布。压缩限制装置起了承揽外部载荷的作用，提供了法兰接头j的密封性能。因此，浮动型和MMC型法兰螺栓连接的主要区别在于垫片环境的任何改变不会导致干扰垫片载荷大小和分布的风险，因这些干扰，包括自重、流体压力、外弯矩和温度变化等载荷及其波动都被转移到螺栓和机械接触部件上去。其次，MMC法兰螺栓连接也减少了螺栓因承受循环载荷，发生疲劳或松脱的***。此外，它还提高了法兰的刚性，减少了法兰的转角。必须根据介质的物性、压力、温度和设备大小、操作条件、连续运转周期长短等情况，合理地选择垫片，扬长避短，充分发挥各种垫片的特点。

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影响密封垫片材质选择的因素

密封垫片选择不是一项容易的工作，尤其在垫片密封材料的选择方面，要考虑诸多因素。在法兰连接处所出现的变数似乎是无尽的，所有这些不确定因素都影响垫片的密封效果。过去，“TEMP”(温度、应用、介质、压力)这些参数似乎已经足够了。但在今天，法兰的加工质量、螺栓丝牙嵌入量、法兰旋转量、螺栓拉紧量、介质的填充剂和法兰表面处理等都影响垫片的密封效果。因此，必须综合考虑各种参数，才能作出适当的选择。10．聚四氟乙烯集中了大多数塑料垫片材料的优点，包括耐温从-95℃~232℃。

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(1)温度

在大多数选型的过程中，流体的温度是首要考虑的。这将迅速缩小选择范围，其从 200°F (95℃)到1000°F(540℃)时。

当系统操作温度达到一个特定垫片材料的g连续操作温度的极限时，就应该选用更高一级的材料。在某些低温情况下也应如此。

(2)应用

在应用中重要的参数是法兰的种类和使用的螺栓。应用中螺栓的尺寸、数量和级别决定了有效载荷。被压紧的有效面积是通过垫片接触尺寸计算出来的。从螺栓的载荷和垫片的接触面可得出有效的垫片密封压力。没有这个参数，将无法在众多的材料中做出z好的选择。

(3)介质

介质有成千上万种流体，各种流体的腐蚀性、氧化性、渗透性等差别非常大。选型时必须根据这些特性选择材料。另外系统的清洗也必须考虑在内，以防止清洗液对垫片的侵蚀。

(4)压力

每种垫片都有其g极限压力，垫片的承压性能随材质厚度的增加而减弱，材质越薄，承压能力就越大。选型时必须依据系统内流体的压力。如果压力经常剧烈波动，则需了解详细情况以便做出选择。

(5)PT值

所谓 PT值就是压力(P)与温度(T)的乘积。每种垫片的材料其耐压能力在不同的温度下是不一样的，必须综合考虑。一般情况下，垫片的生产商会给出材料的z大PT值