設(shè)備密封與治漏

設(shè)備密封技術(shù)泄露與密封泄露是機(jī)械設(shè)備常見(jiàn)的故障之一，造成泄漏的原因主要有兩個(gè)方面：一是機(jī)械加工存在問(wèn)題，機(jī)械產(chǎn)品的表面存在各種缺陷及形狀、尺寸的偏差。因此，在機(jī)械零件連接處不可避免的會(huì)產(chǎn)生間隙；二是密封兩側(cè)存在壓力差，工作介質(zhì)就會(huì)通過(guò)間隙而泄露。消除或減少任何一因素都可以阻止泄漏。密封的作用密封的作用就是將結(jié)合面間的間隙封住、隔離或切斷泄露通道，增加泄露通道的阻力，或者在通道中加設(shè)小型做功元件，對(duì)泄漏介質(zhì)造成壓力，與引起泄露的壓差部分抵消或完全平衡，以阻止泄露。一般來(lái)講，靜密封可能達(dá)到“零泄漏”（密封的泄漏量為零的理想情況稱為“零泄漏”。)但對(duì)于動(dòng)密封，由于接觸密封的任何相對(duì)位移都回給接合表面上粗糙處泄漏介質(zhì)創(chuàng)造條件，要達(dá)到零泄漏是特別困難的。密封的分類可分為相對(duì)靜止接合面間的靜密封和相對(duì)運(yùn)動(dòng)接合面的動(dòng)密封。靜密封主要有墊片密封、膠密封和法蘭密封。動(dòng)密封可以分為旋轉(zhuǎn)密封和往復(fù)密封兩種類型。按密封原理（即密封墊片受力情況）：強(qiáng)制型密封、自緊式密封和半自緊式密封三類。強(qiáng)制型密封：完全靠外力(如螺栓)對(duì)墊片施加載荷；自緊式密封：主要利用介質(zhì)的壓力對(duì)墊片施加載荷；半自緊式密封：上述兩種方法兼而有之。按操作壓力：中、低壓和高壓密封。低壓密封：P<1.6MPa；中低壓密封：1MPa<P<10MPa；高壓密封：10MPa<P<100MPa；超高壓密封：P>100MPa墊片密封分類墊片密封結(jié)構(gòu)及工作原理圖2-1墊片密封的結(jié)構(gòu)

1—螺母，2—螺栓，3—墊片，4—法蘭在上、下法蘭間放入墊片并擰緊螺栓后，法蘭將墊片壓緊。當(dāng)通入介質(zhì)后，泄露的途徑有兩條:一是通過(guò)墊片內(nèi)部滲漏；二是通過(guò)墊片與兩法蘭之間泄漏。前者稱為滲透泄露，后者稱為界面泄露。

界面泄露與法蘭密封面的選擇、加工精度、墊片的尺寸、材料性能、緊固方法和壓縮程度等因素緊密相關(guān)。墊片泄漏的方式

兩種方式：穿漏（界面泄漏）、滲漏。

穿漏

滲漏PO9

植物材質(zhì)、礦物纖維、橡膠、塑料、金屬等均可用作靜密封材料。最常用的有橡膠、石棉、非石棉纖維、聚四氟乙烯、柔性石墨以及諸多種類的金屬和合金。常用靜密封材料和元件10

石棉是一種含結(jié)晶水的硅酸鹽，分為溫石棉和藍(lán)石棉(強(qiáng)酸性介質(zhì))

石棉的化學(xué)性能穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度高，具有較好的耐熱、耐蝕性能。石棉橡膠板具有良好的耐熱性、抗蠕變松弛性和耐化學(xué)腐蝕性，又具有較好的柔軟性和彈性，且價(jià)格低廉。石棉橡膠板的安全使用溫度為－50℃～400℃。其適用壓力范圍一般不超過(guò)5MPa。石棉11

具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，可適用于多種腐蝕性介質(zhì),聚四氟乙烯無(wú)毒，無(wú)污染。使用溫度一般在－196℃～200℃范圍內(nèi)。

耐熱性能、抗蠕變性能差。在PTFE中按一定比例摻入不同性能的材料，可以明顯改善其耐熱性和冷流性。聚四氟乙烯12

可制成各種不同形狀的密封墊片。特點(diǎn)是耐高壓、適應(yīng)溫度范圍廣、化學(xué)穩(wěn)定性好。帶有增強(qiáng)骨架的柔性石墨墊片，可適應(yīng)壓力10MPa、溫度－200℃～550℃的各種流體。柔性石墨對(duì)介質(zhì)有一定污染。柔性石墨13

用在高溫、低溫、高真空、超高壓或強(qiáng)腐蝕性、放射性流體等工況條件下。金屬墊片的種類很多，常用的有中空O型環(huán)，金屬環(huán)及金屬波形、平形、齒形密封墊片等。常用的材料有軟鋼、銅、鋁、銀、不銹鋼、鉻鋼、蒙乃爾合金等。金屬墊片密封要求較大的密封比壓，法蘭面應(yīng)具有足夠的硬度和表面光潔度。金屬平墊不適用于溫度、壓力波動(dòng)較大的場(chǎng)合。金屬墊片14

由金屬和非金屬材料可以制成金屬包覆墊片、纏繞式墊片、非金屬貼覆墊片等復(fù)合（組合）密封墊片。其壓縮、回彈性能好、與法蘭表面貼合能力強(qiáng)。能在高溫、低溫、沖擊振動(dòng)等循環(huán)交變載荷等各種苛刻條件下，保持優(yōu)良的密封性能。金屬包覆墊片墊片的選用墊片選用的原則選擇墊片時(shí)，首先參考已經(jīng)在相似工況下的使用經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)應(yīng)考慮下列因素：

有良好的彈性和恢復(fù)性，能適應(yīng)壓力變化和溫度波動(dòng)；

有適當(dāng)?shù)娜彳浶?，能與接觸面很好地貼合；

不污染工藝介質(zhì)；

有足夠的韌性及強(qiáng)度，不會(huì)在壓力和緊固力下造成破環(huán)；

低溫時(shí)不硬化，收縮量小，高溫時(shí)不軟化，抗蠕變性能好；

加工性能好，安裝、壓緊方便；

不粘結(jié)密封面，拆卸容易；

價(jià)格便宜，使用壽命長(zhǎng)。

墊片的尺寸墊片的尺寸指墊片接觸面的寬度和厚度一般而言，墊片寬則密封性能好。但墊片的寬度增加到一定值后，其密封性能的提高就不明顯了（橡膠墊片的寬度超出法蘭接觸面是容易被擠出）墊片越寬，墊片所需的壓緊力越大。連接件的強(qiáng)度、剛度要求就越高，結(jié)構(gòu)相對(duì)笨重，因此，在保證密封性能的前提下，只要墊片不被壓壞，寬度小些好。我國(guó)現(xiàn)行的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，壓力容器法蘭用非金屬軟墊片的寬度一般在18-30mm之間，金屬包墊的寬度則在16-25mm之間。

墊片的厚度越厚，相對(duì)彈性越好。但在墊片受壓時(shí)，存在滑移現(xiàn)象，容易造成壓緊力分布不均勻，墊片局部壓壞或擠出，墊片本身產(chǎn)生滲透泄露。一般來(lái)說(shuō)，設(shè)備密封直徑在500mm以下，墊片厚度1.5-3mm，密封直徑大于500mm時(shí)，厚度≥3mm。（石棉橡膠板的厚度不宜超過(guò)3mm）預(yù)緊螺栓時(shí)操作不當(dāng)，造成墊片壓偏、壓損或法蘭翹曲等制造、安裝與操作引起的泄露螺栓或墊片材料誤用，在同一法蘭上混用不同材質(zhì)的螺栓等設(shè)備操作不穩(wěn)定，壓力、溫度波動(dòng)大或超過(guò)允許值法蘭密封面不清潔，粘附各種雜物管路法蘭存在偏口、錯(cuò)口、張口情況由于設(shè)備管路震動(dòng)引起螺栓松動(dòng)等法蘭和墊片的加工精度未達(dá)到技術(shù)要求，密封面有劃傷、劃痕，特別是徑向貫穿劃痕。密封點(diǎn)泄露的主要原因設(shè)計(jì)引起的泄露墊片材料選用不當(dāng)法蘭或法蘭密封面型式選擇不當(dāng)法蘭、螺栓材料選擇不當(dāng)(a)全平面型壓緊面（Flatface）：柔軟材料墊片，或鑄鐵、搪瓷、塑料等低壓法蘭場(chǎng)合。(b)突出平面型壓緊面（Raisedface）：p≤2.5MPa，加三、四道周向溝槽后，可以提高密封壓力。簡(jiǎn)單但不易對(duì)中，螺栓力大。(c)凹凸型壓緊面（Male－femaleface）：便于對(duì)中，墊片不易被擠出和吹出，p≤6.4MPa(d)榫槽型壓緊面（Tongue－grooveface）：墊片窄，螺栓力小，安裝簡(jiǎn)單，不會(huì)偏，且少受沖刷和腐蝕。但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，更換墊片困難（有小技巧：安裝時(shí)在密封墊上涂石墨），適用于易燃易爆和高度或極度危害等重要場(chǎng)合。(e)梯形壓緊面（Trapeziumface）：適用于高溫，壓力較高場(chǎng)合，O形圈、金屬墊圈——八角墊、橢圓墊法蘭密封面型式和加工要求平面型221)、平面法蘭

平面法蘭的密封面是一光滑平面，有時(shí)也在密封面上開有數(shù)條截面為三角形的同心圓溝槽（也稱水線）適用于平面法蘭的墊片有各種非金屬平墊片、包覆墊片、金屬包墊、纏繞式墊片(可同時(shí)帶內(nèi)環(huán)或外環(huán)或內(nèi)外環(huán))。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，便于防腐襯里的施工，故可在公稱壓力P<2.45MPa時(shí)使用。在0.6MPa壓力以下、溫度不高的場(chǎng)所尤為適宜。但與密封墊片的接觸面積較大(特別是管道用寬面法蘭)，密封所需的壓緊力大，安裝時(shí)墊片不易定位．預(yù)緊后，墊片易在半徑方向變形移動(dòng)。對(duì)聚四氟乙烯等摩擦系數(shù)較小的墊片，不宜使用該種密封面。另外，當(dāng)墊片要重復(fù)利用時(shí)(如纏繞墊)，密封面上不加工三角溝槽。凹凸型242)、凹凸面法蘭

該法蘭有一個(gè)凹面和一個(gè)凸面組合而成，墊片放置在凹面內(nèi)。適用墊片：各種非金屬平墊片、包覆墊、金屬包墊、纏繞墊片(基本型或帶內(nèi)環(huán))、金屬波形墊、金屬平墊、金屬齒形墊。特點(diǎn)：墊片不易被擠出(外側(cè)約束、內(nèi)側(cè)受壓)，裝配時(shí)便于對(duì)中，故工作壓力范圍比平面法蘭寬，用于密封要求較嚴(yán)的場(chǎng)合，由于內(nèi)側(cè)無(wú)約束，對(duì)操作溫度高、封口直徑大的設(shè)備，使用該種密封面時(shí)，墊片仍存在被擠出的可能。墊片內(nèi)側(cè)變形使墊片壓緊應(yīng)力減小，會(huì)導(dǎo)致密封失效。采用榫槽面法蘭或帶有兩道止口的凹凸面法蘭才能密封。榫槽型密封面263)、榫槽面法蘭

該法蘭由一個(gè)榫面和一槽面組成，墊片置于槽面。適用墊片：金屬和非金屬平墊、金屬包墊、纏繞墊(基本型)等。墊片在槽內(nèi)各個(gè)方向被約束，不會(huì)被擠出變形，壓緊應(yīng)力變化小，墊片寬度可小一些，從而壓緊面積最小(只足平面和凹凸面法蘭的52％一68％)，墊片受力均勻，密封性很好?？捎糜诟邏骸⒁兹?、易爆、有毒介質(zhì)等密封要求嚴(yán)格的場(chǎng)合。這種密封面墊片安裝時(shí)對(duì)中性好，但密封面加工和更換墊片較為困難。墊片的安裝檢查法蘭類型是否符合要求，密封面是否光潔，有無(wú)機(jī)械損傷、徑向劃痕和銹蝕。對(duì)螺栓和螺母進(jìn)行下列檢查：1.材質(zhì)、類型、尺寸是否符合要求。2.螺母在螺栓上應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，不晃動(dòng)。3.螺紋不允許有斷缺現(xiàn)象。4.螺栓不允許有彎曲現(xiàn)象。對(duì)墊片進(jìn)行下列檢查：1.墊片的材質(zhì)、類型、尺寸是否符合要求，表