在受热状态下,垫片在各种介质中的使用压力取决于垫片材料的强度保持率 。石棉纤维材料中存在着结晶水和吸附水 。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%;368℃时,吸附水全部析出,纤维的抗拉强度约降低20%;超过500℃,结晶水开始析出,强度则更低 。介质对石棉橡胶板的强度影响也很大 。例如,在航空润滑油和航空燃油中,400号耐油石棉橡胶板横向抗拉强度相差80%,这是由于航空燃油对板材中橡胶的溶胀比航空润滑油严重之故 。考虑到上述因素,国产石棉橡胶板XB450的推荐安全使用范围:温度250℃~300℃,压力3~3.5MPa;400号耐油石棉橡胶板使用温度不宜超过350℃ 。
石棉橡胶板含有氯离子和硫化物,吸水后容易与金属法兰形成腐蚀原电池,尤其是耐油石棉橡胶板中硫磺含量高出普通石棉橡胶板好几倍,故在非油性介质中不宜使用 。垫片在油品和溶剂类介质中会发生溶胀现象,但在一定范围内,对密封性能基本没有什么影响 。例如,400号耐油石棉橡胶板在常温航空燃油中作24小时浸泡试验,要求因吸油重量增加不得超过15% 。
聚四氟乙烯在受压及高温下易冷流及蠕变,故一般用于低压、中温、强腐蚀以及不允许污染的介质,如强酸、强碱、卤素、药品等 。安全使用温度在150℃,压力1MPa以下 。填充聚四氟乙烯虽然强度高些,但使用温度也不超过200℃,且耐腐蚀能力下降 。聚四氟乙烯包垫最高使用压力一般不超过2MPa 。图2-8表示某一试验中,聚四氟乙烯垫片以及包垫的使用曲线 。
由2-8(a)可见,由于温度升高,材料发生蠕变,致使密封压力明显下降 。即使不升温,随着时间的延长,密封面的压紧应力也会下降,产生“应力松弛现象(见图2-8(b))” 。该现象在各种垫片中都会产生,只是聚四氟乙烯垫的应力松弛现象较为严重,应予注意 。
聚四氟乙烯的摩擦系数较小(压紧应力大于4MPa,摩擦系数为0.035~0.04),预紧时垫片易向外滑移,所以最好采用凹凸式法兰面 。当采用平面法兰时,可将垫片外径接触螺栓,利用螺栓阻止垫片外滑 。图2-3(a)、图2-3(b)两种聚四氟乙烯包垫使用直径不大于300mm,图2-3(c)则可用在直径300mm以上的设备、特别是搪玻璃设备及管道 。由于搪玻璃设备是在金属表面喷涂了一层瓷釉后烧结而成的,釉层很脆,加之喷涂不均匀和釉层流动,法兰表面平面度较差 。采用金属复合型垫片易损坏釉层,所以推荐使用芯材由石棉板加橡胶的聚四氟乙烯包垫 。这种包垫既容易与法兰面贴合又耐腐蚀,使用效果良好 。
有许多厂在温度、压力不高的强腐蚀介质中,采用石棉橡胶板外缠聚四氟乙烯生料带,用于经常拆卸的人孔、管道上 。由于制作、使用方便,颇受欢迎 。
(4)其它
石棉树脂板和浸渍石棉板垫片多用于各种酸性介质的管道、泵、阀、进出口法兰,其使用温度在80℃、压力在0.6MPa以下 。
石棉编制垫片适用于压力0.1MPa以下,温度不超过800℃的低压、高温工况 。并可根据设备的具体要求,编织成不通宽度、厚度、直径的垫片 。或将石棉带剪下后直接敷在法兰表面 。它用于大型硫酸、硝酸氧化炉以及一些未经加工的设备接口处,效果远远超过原来的石棉绳 。
(5)金属包石棉垫
由金属薄板包覆石棉板或石棉橡胶板,使其不与介质直接接触,避免了石棉纤维强度下降,客服了渗漏现象,从而扩大了石棉橡胶板的使用范围 。一般金属包石棉垫使用温度为450℃(个别也有达600~700℃,如在常压~0.16MPa的烟道气中),使用压力为4MPa,最高可达6MPa 。如压力再增高,垫片易产生横流现象,芯材从搭接处挤出 。
由于金属包石棉垫需要较大的螺栓拧紧力,即使当使用压力低于2.45MPa,也不能采用pg25公斤级以下的法兰 。否则,法兰、螺栓的刚度就显得不够,产生变形而导致密封失效 。有人认为,若将芯材改为弹性较好的合成橡胶,其紧固力就会下降 。其实不然,因为芯材改软后,紧固力被芯材吸收,不能提供金属板在法兰面上贴合所需的紧固力,包垫反容易被极坏 。另外,在含氯离子较多的介质以及酸性介质中,不锈钢包垫及铁皮包垫的搭接处易产生缝隙腐蚀 。
温度高于450℃,芯材可使用陶瓷纤维或碳纤维 。某钢铁厂采用金属包陶瓷纤维垫片用于1100℃的高温,使用二年尚未损坏 。柔性石墨作芯材是最合适的 。目前,国内已批量生产金属包柔性石墨垫 。其使用效果优于金属包石棉垫 。金属包垫能制成各种形状,大量用于各种热交换器、反应器的大盖、装卸孔、人孔法兰等 。国内曾制作过直径为2m的铁包垫,使用情况良好 。
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