保证化工安全生产,你不能不了解的垫片密封技术!

作者:本网编辑 发布时间:2020-02-28
垫片密封是由螺栓、法兰和垫片组成的一种密封结构,它是石油化工设备和管道中最常用的连接形式,其中垫片是最主要的密封元件,它的性能直接影响连接系统密封的可靠性。
在石油化工装置中,法兰是管道、管件、阀门、仪表和设备等进行连接的最重要、最常见的形式之一。这种连接虽具有拆卸方便且不用动火等优点,但因由法兰、螺栓、垫片三者协同实现密封,其中任一元件出现问题就会造成泄漏,不仅造成浪费,而且还会污染环境,甚至造成人员伤亡及财产损失。而垫片是其中最主要的密封元件,正因如此,流程君今天为大家详细讲解垫片密封的相关知识~一起来看

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首先我们要了解目前生产中主要存在两大类密封装置:一类为 静密封 ,一类为 动密封
√ 动密封 主要有软填料密封、油封密封、迷宫密封、螺旋密封、动力密封和机械密封等。
 静密封 通常有垫片密封、O型圈密封、螺纹密封等型式。流程君将以静密封中的垫片密封为例,带大家一同探求化工行业的密封世界~

垫片密封

垫片密封是由螺栓、法兰垫片组成的一种密封结构,它是石油化工设备和管道中最常用的连接形式,其中垫片是最主要的密封元件,它的性能直接影响连接系统密封的可靠性。

☆密封的原理


通过螺栓的预紧力,使垫片和法兰密封面之间产生足够的压力,以使垫片表面产生的变形足以填补法兰密封面的微观不平度,达到密封的目的。

垫片承受力

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为达到上述目的所作用到垫片上的最小单位压紧力,称为比压力。当与法兰连接的管道达到操作压力时,因内压的轴向力的作用导致两片法兰有分开的趋势,而螺栓则有伸长的趋势,作用在垫片上的压紧力将减少。当作用在垫片有效截面上的压紧力降至某一临界值时,仍能保持密封,这时垫片上的剩余压紧力即为垫片的有效紧固力。当垫片上压紧力小于有效紧固力时法兰就会发生泄漏,甚至将垫片吹跑,因此垫片的有效紧固力必须大于管道的操作压力。两片法兰密封面之间的距离,在操作状态要比初始状态大,这时垫片与法兰密封面的紧密性是靠垫片的回弹力来保证的。

可以这么说,在初始密封阶段,垫片的表面塑性变形填补法兰密封面的微观不平度起决定性作用;而操作状态下法兰的密封,垫片内部的弹性回复起主导作用。
☆垫片的要求 

对于化工行业来说, 防火防爆是管控安全的一个大方向。为安全考虑可以选择柔性石墨作为填充材料。如果垫片的有效压缩载荷是有限制的,可以对垫片的结构和尺寸进行修改以达到有效的密封。

随着石油化工等工业市场的发展,系统的温度压力越来越高,且生产工艺往往伴随着强腐蚀性,强氧化性的介质再加上国家关 于节能减排,VOC低泄露环保法规的强制制定和出台,如今用户对垫片的各项性能,(如:密封性,耐温性,耐腐蚀性,使用寿命以及性价比等)的要求越来越高。
为了更好的密封安全保障和使用体验,且顺应新的垫片标准(ASME B 16.20-2017)对缠绕垫片压缩厚度,密封泄漏率及相关试验设备、试验程序、试验方法的新要求,福来西推出了“HPG”高性能密封垫片。
本文将以该“HPG”高性能密封垫片为例,简要说明垫片密封的生产要求和标准。
1. ASME B16.20-2017 标准 
ASME B16.20-2017 标准是在原标准基础上进行了修订,具体到缠绕垫片的修订和改进主要体现在如下 2 点: 
  • a. SW-2.2 结构标准石墨缠绕垫片在均匀,一定的面压情况下,其压缩厚度不小于 3.43mm。而之前标准要求压缩厚度为 3.30mm +/- 0.13mm。注意新标准中不同磅级的缠绕垫片承受测试面压不同,如:52MPa-CL150; 70MPa-CL300-CL600; 140MPa-CL900 以上。

  • b. SW-2.6 性能测试 

    标准缠绕垫片在承受均匀,一定的垫片面压情况下最大允许泄漏率为1.37×10-2mg/s.m,测试介质浓度为 97%以上甲烷,测试时长 4 小时,且每 5 分钟读取 3 组数据,常温测试温度,测试压力20bar-CL150;40bar-CL300 以上,垫片面压随磅级变化,如:35MPa-CL150;56MPaCL300-CL400;70MPa-CL600 以上。 

2. “HPG”高性能密封垫片
“HPG”高性能密封垫片是福来西公司通过对其制造工艺的改进,密封材料的升级,制造的智能化从而使得垫片各项性能得到显著提升改善的一种新型密封垫片。
其是对旧标准缠绕垫片性能的升级,也是对新标准(ASME B16.20-2017)缠绕垫片相关要求的响应,可用于实现密封性更好,使用寿命更长及提供保障性更好的密封材 料。 

垫片的关键特点 

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☆密封更好 


造工艺和结构上的改进使得“HPG”高性能密封垫片完全符合 ASME B 16.20- 2017 新标准对垫片压缩厚度和垫片泄漏率值的要求。  “HPG”高性能密封垫片是高密绕带比标准缠绕垫片多,使用了更加紧密的密封缠绕力,使得垫片承压时的蠕变系数更高,载荷损失率更小; 并且挤出到缠绕密封面上的石墨填料更多,密封面积更广,减少了压缩 率的不稳定,还能更好地弥补法兰表面的缺陷,实现更低的泄漏率。   

HPG 高性能垫片 VS 普通缠绕垫片截面图 

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注:左图为福来西垫片多功能测试平台,采购德国 Amtec 公司 ,按照 EN15555 标准可进行垫片压缩率,回弹率,蠕变,弹性模量,最大垫片应力,泄漏率等进行常温,高温等多种工况的性能测试,测试介质更新为甲烷,添加火焰离子检测功能,复合 ASME B16.20 的新标准。右图为福来西对“HPG”高性能垫片和全球知名品牌竞争对手普通垫片的泄漏率性能测试比较曲线,可以看到同样的垫片应力,“HPT”高性能垫片的泄漏率值可低到 10-6mg/s.m,远超竞争对手的垫片泄漏率以及标准要求。
☆使用寿命更长 


“HPG”高性能密封垫片使用了升级版的石墨填料 SEL+, 添加了抗氧化抑制剂, 降低了卤素含量,使其具有更高的洁净度和抗氧化烧失的能力,更强的防止法兰发生点蚀和应 力腐蚀的能力。

   石墨特性

成分

工业级石墨

福来西 SEL+

750ppm

300ppm

50ppm 

10ppm

50ppm

10ppm

卤素

500ppm

310ppm

* 氧化反应(每小时)>18%

<1.5%


SEL+石墨提供改进性的物理特性包括:  
  • a. 低卤素含量: 总硫离子含量< 300ppm vs 500ppm(普通石墨硫离子含量); 总游离氯离子含量< 10 ppm vs 25 ppm (普通石墨氯离子含量).  

  • b. 抑制性 石墨: 实际烧失率< 1.5%

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注:如图为福来西公司实验室用失重测试设备,针对市场上常用 10 种石墨在 670℃高温下进行的氧化烧失测试,测试结果差异明显,“F,G,H”普通低等级石墨实验工况下 4 小时的烧失率甚至达到97.4%,而 Flexitallic SEL+石墨的烧失率仅有3.2%/4hr。 
☆制造更加智能化 


二维码技术实现信息的简化,材料的可追踪性  。“ HPG”高性能密封垫片在其碳钢外环上采用了二维编码及用激光印刻垫片批号。确保了每一片垫片材料的可追踪性,包括内外环,填料的炉号,批次号等信息。通 过二维码扫描或者在搜索引擎上输入批号,客户可以快速查询获取垫片的详细描述,材料组分,材料证书,色标信息,扭矩表甚至工厂工单号等工厂生产流程信息,减少了纸质文件的要求和信息传输失误,实现了福来西对质量管控的承诺。 
  福来西缠绕垫片制造质量管理体系——材料的可追溯性
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从左到右依次为 垫片材料成分信息、垫片色标信息和垫片扭矩表 
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垫片工厂工单信息 

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福来西公司依托其强大的工程经验,实验室测试数据,按照新的垫片标准和客户的要求,不断完善升级其缠绕垫片的性能;提供更可靠的客户保障,再次强化了福来西 对质量和创新的承诺。“HPG”垫片高性能的钢带和 SEL+石墨提升了垫片的压缩稳定性,提供更好的法兰密封面腐蚀保护,相比较于行业平均水平更低的泄漏率,卓越的 抗氧化能力以提供更长的使用寿命,且制造更加智能化,二维码技术快速获取产品信息,垫片所有零部件材料的可追踪性,消除纸质文件的需求,是一种性能更加优越,性价比更高,更符合新时代要求的密封垫片形式。

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