浅谈金属及非金属垫片密封

刘云宝

（中国石油大庆石化公司设备维修中心，黑龙江大庆 163714）

0 引言

化工、冶炼等企业的生产过程中，会产生各种废气、废液、废渣，并存在着难以避免的各种气体、液体、粉尘的泄漏问题。这使企业生产的效率大大降低，同时也造成了极大的能源浪费，更是破坏了整个人类的生存环境，对人体健康产生了巨大的影响。人们不断寻求方法，去预防甚至减少、杜绝泄漏发生，但是不论只能简单地预防泄漏，或者是增加一部分成本去延长设备的使用寿命，而泄漏现象依然存在。但是对于解决泄漏所造成的环境污染、各种其他损耗还是要远大于预防泄漏所用的成本。如何既预防泄漏又能够达到安全、节能的生产，便成为了人类要研究探讨的重要话题。所以说，“无泄漏”治理目标实现不仅仅在工业界成为一个永恒的目标，更是影响整个人类生活环境的远大计划。

1 泄漏的定义

泄漏的定义：某些物质在正常情况下是不应该流出的，但是这类物质却因为某些原因被排放到了其他的环境中，例如机械设备之外、承载容器之中、或者某部分管道中等，这种现象便被定义为泄漏。

泄漏分为：①水泄漏，比如用水管道的大量内漏和外漏；②蒸汽及压缩空气泄漏，大量能耗损失；③有害气体泄漏，造成安全隐患；④酸碱及危化品泄漏，对安全和环境的危害；⑤成品油泄漏，比如机油和润滑油的泄漏；⑥原油泄漏，对环境的破坏。

2 工业密封技术

工业上用到的密封技术，即对泄漏的预防和阻止所用到的技术。人们习惯于用各种密封元件来防止泄漏发生，但是往往却忽略了密封真正的意义。不能仅仅依靠密封来防止泄漏的发生，毕竟密封只起到防止泄漏的作用，根本达不到阻止泄漏的目的。但是，现代化工厂，只能利用密封来控制泄漏，密封的种类有很多，无非是由各种各样的密封件组成，关于密封件定义、密封件的种类、密封件的材料、密封件的用途，以及他们的一些性能、参数、用途等，需要人们不断去研究、探索、试验。在现代化企业中，人们对密封的选型也各不同，有的是为了减低成本，有的是为了延长设备使用寿命，有的是为了提高效益，更有的甚至根本不考虑任何因素，能做到各方面都考虑的面面俱到的少之又少。所以今后对密封技术的要求将会越来越高，值得人们去学习研究。

3 密封的分类

除机械密封之外的密封分类如下：①垫片密封；②液压缸及气缸密封；③轴承保护密封；④盘根填料密封；⑤浮动预紧密封。其中，垫片密封是一种用指定材料做成的具有一定厚度平面式的静密封。

3.1 非金属垫片

（1）无石棉纤维压缩垫片。主要成分：25%～40%纤维、10%～20%粘接剂、40%～60%填充剂、1%～2%硫化剂。

质量因素：所用纤维的种类、质量与数量；所用纤维的分散度；填充剂与粘合剂的数量与种类；温度与压力情况。

高温工况：拉伸强度与化学抗性。

高压工况：拉伸强度与抗蠕变松弛。

具体分为芳纶纤维板材垫片和纤维加强板材垫片。其中芳纶纤维板材垫片采用高质量无石棉纤维及人造纤维经热辊压而成。通过芳纶纤维增强，垫片具有很好的耐水、耐气、耐蒸汽性能。适用于弱酸、水、蒸汽、工业煤气、合成油、植物油、制冷剂等介质。纤维加强板材垫片包含适合于蒸汽使用的特种纤维、芳纶纤维和弹性粘结剂，是一种非常优异的通用垫片。适用于水、盐水、气、油类及中强度化学品，尤其适用于蒸汽；不可用于氯化碳氢化合物、芳香酮和脂酮的环境中。

（2）聚四氟乙烯垫片。具体分为纯四氟板材垫片和蓝色玻璃纤维增强四氟垫片。其中纯四氟板材垫片由纯四氟乙烯材料制造而成的，具有优良的耐腐蚀性能，应用非常广泛，是取代石棉垫片的良好选择。可适用于大多数介质，但不能用于强氧化性的介质如发烟硫酸、发烟硝酸、王水和氟等。蓝色玻璃纤维增强四氟垫片采用玻璃纤维填充优质PTFE，有效克服了四氟材料的冷流与蠕变缺点，具有良好的化学耐性，是一种通用型垫片。其化学耐性好，可用于大多数介质，但不建议用于氟和熔融态的碱金属。

（3）橡胶板材垫片。具体可分为丁腈橡胶板材垫片、氟橡胶板材垫片、氯丁橡胶板材垫片、三元乙丙橡胶板材垫片、硅橡胶板材垫片等。其中丁腈橡胶板材垫片有良好的耐热性，可在空气中120 ℃下长期使用，同时也有较好的气密性。但丁腈橡胶的耐寒性、耐低温性和介电性较差。适用于Alpha 烯烃合成润滑剂、乙二醇、烃类燃料、石油碱润滑油、硅油和润滑脂、水、水基发动机冷却液等。氟橡胶板材垫片具有显著的耐高温性、耐氧化性和耐各种液体性能，且物理机械性能良好。适用于酯类润滑剂、100 ℃以上的卤代烃、液态石油、液态磷酸酯、液态硅树胶、酸、酯等，可承受高压。氯丁橡胶板材垫片具有优良的耐候性、耐臭氧性、耐热老化性和耐油耐溶剂性，同时它还具有很好的粘合性。适用于硅油、润滑脂、低温下的水和水溶剂、冷冻剂、氨水、CO2、臭氧等介质。三元乙丙橡胶板材垫片具有良好的耐低温性、耐光老化性、耐碱性和电绝缘性。适用于醇、稀酸、汽车制动液、冷热水、酮类、臭氧、液态磷酸酯、液态硅树脂或200 ℃以下的蒸汽等介质。硅橡胶板材垫片具有较好的耐热性、耐寒性，在-60～250 ℃使用物性变化小，同时它也具有较好的耐臭氧性和耐天候性。适用于空气、乙酰丙酮醇、乙二醇、苯胺油、苯丁基酸、臭氧和紫外线、聚二乙醇等介质，可以承受极高温或低温。

（4）超高温板材垫片。具体分为高温型陶瓷纤维板材垫片和超高温型陶瓷纤维板材垫片。这种垫片耐高温与热冲击，不含石棉，绝热性好，导热系数低柔韧性与弹性好，不易断裂，化学耐性强机械加工性能好，易于裁剪成形，使用寿命长。适用范围：高温介质法兰密封；烘箱隔热密封；汽车工业高温密封及消音器的消声隔热材料；隔离防烧结垫片；各种工业炉、钢水包、铸桶等高温隔热材料；排气管的保温材料；其他高温工况下的隔热静密封。

（5）柔性石墨垫片。具体分为柔性石墨板材垫片和金属增强石墨板材垫片。其中柔性石墨板材垫片采用高纯等级石墨，压缩回弹性好，克服了天然石墨脆而易碎的缺点；采用缓蚀技术，避免对金属零部件的腐蚀；具有良好的耐温和耐腐蚀能力，是取代普通石棉橡胶类垫片的理想选择。适用于除了浓硫酸、浓硝酸、王水、氯化铁等强氧化剂外的几乎所有介质。

3.2 金属及金属复合垫片

（1）金属缠绕垫片。随着石化、电力、冶金工业的发展，缠绕垫片在中低压介质的密封上，得到了广泛的应用。缠绕垫片在蒸汽、氢气、天然气、裂解气、油品、酸、碱、盐溶液等高温的介质中，应用非常广泛。垫片密封性能，大大影响着密封所起到的效果。与此同时，对于自身压力所产生的较大波动，温度曲线所发生的临时变化，甚至紧固螺栓产生的松弛、法兰口的错位偏斜、介质自身特性产生的腐蚀、密封面自身所发生的缺陷等，都会对密封效果产生较大影响。金属缠绕垫片强度高、具有良好的弹性和恢复性、抗腐蚀性、耐高温能力等，对法兰密封面表面的粗糙度要求并不高、但是材料利用率较高、材料来源也比较广泛，性价比相对较高。

（2）金属齿形复合垫片。金属齿形复合垫片包括一个精密的金属内芯和在金属的每个表面上都包有柔性垫片密封材料，使用时最初需提供的压紧力较低，可以承受温度和压力的剧烈波动。

基本型齿形复合垫片：应用在安装空间较小的情况。适用于平面、凸面、凹凸面、榫槽面和凹面法兰连接。基本型齿形复合垫片如图1 所示。

图1 基本型齿形复合垫片

整体外环型齿形复合垫片（图2）：适用于凸面或平面法兰。

图2 整体外环型齿形复合垫片

金属齿形垫片（图3）：此垫片的优点在于能够以较小的螺栓载荷获得良好的密封效果，具有较好的导热特性和较高的机械强度。可用于高温、高压的工作环境，能够承受腐蚀介质的侵蚀。

图3 金属齿形垫片

（3）波齿复合垫片。波齿复合垫片是由一个特殊的波齿形弹性框架金属芯和一个较软的垫片材料粘结在金属芯的每个面上，具有较好的压缩性和回弹性，可以在温度和压力剧烈波动的情况下正常工作。

基本型波齿复合垫片：适用于狭窄的空间，适用于平面、凸面、凹凸面、榫槽面和凹面法兰的连接。

整体中心环型波齿复合垫片：特点是可以确保垫片在最合适的位置，适用于凸面法兰和平面法兰。

（4）椭圆垫、八角垫垫片。椭圆垫、八角垫统称金属环垫，对加工工艺、加工设备与检测等有较为严格的要求，一般用于高温、高压和非金属垫片难以胜任的苛刻工况，常用于环连接面法兰（梯形槽面法兰），密封性能稳定。八角垫一般为面接触，而椭圆垫为线接触，它们通常需要较大的螺栓预紧力。通常不建议重复使用金属环垫，因为在组装和使用过程中，垫片材料会变硬，需要加大螺栓载荷以获得相似的密封效果，容易使法兰产生缺痕，既适用于石化加氢设备以及其他压力容器阀门、换热器、管道法兰等，也适用于油田的采油树、采气树等设备以及电厂的燃机烧嘴等。

4 结束语

密封装置是转动设备重要的组成部分，起着防止泄漏的关键作用。在石化行业中，因为环保和安全的要求，密封装置的作用尤为明显。就金属及非金属垫片密封的种类及应用作了较为详细的介绍，对该类型垫片的使用具有较强的指导性。