如何选择正确的法兰垫圈?

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如何选择右垫圈进行管道应用?要选择适当的法兰垫圈,管道工程师应考虑以下4个关键因素:流体型,工艺温度/压力,逃逸排放法,其他一般考虑因素。虽然垫圈是整体管道系统的相对便宜的成分,但它们对于其可靠性和诚信至关重要:节省了几块与垫圈可以在中长期产生更大的灾害,小心!

法兰垫圈选择

法兰垫圈应根据多个处理因素选择,例如工作温度/压力,由管道输送的流体类型,法兰式,尺寸,压力等级,材料等级和规格。现在让我们潜入这些因素中的每一个:

如何为法兰选择垫片

流体类型

当然,选择正确类型的垫圈的第一个标准当然是由管道输送的流体类型 - 以及流体温度和压力。

不同的流体需要不同的垫圈材料,以确保凸起的关节在很长一段时间内执行。

耐化学腐蚀图表显示了不同法兰垫圈材料如何抵抗特定的温度、压力和流体。

压缩垫圈耐化学性图表

垫片材料 最大温度(F) 最大压力(PSI) 垫圈厚度 建议垫片服务
丁基 -40到225. 150. 1/16到1/4 气体、无机酸和碱。很好的天气/耐磨性。
三元乙丙橡胶 -40到212. 150. 1/16到1/4 水,蒸汽,动物/植物油,含氧溶剂。出色的耐候性。
天然(纯胶) -20到140. 100. 1/32至1 酸,有机盐和碱。无毒。耐磨性。柔软的。
氯丁橡胶 -20到170. 150. 1/32至2 油/汽油。出色的耐候性。
氯丁橡胶-布插入 -20到170. 150. 1/32至1/4 油/汽油。出色的耐候性。处理运动。高拉伸强度。
腈(NBR,Buna-N) -25年到170年 150. 1/32至2 油/芳香燃料,矿物,动物和植物油,溶剂和液压液。提供商业,溢价和FDA等级。
SBR(红色橡胶) -20到170. 150. 1/32至1/4 空气,热/冷水。
布插入 -20到170. 150. 1/16到1/4 空气,冷/冷水,饱和/低压蒸汽。优质的高压缩负荷。处理运动。
硅酮 到400年 150. 1/32至1/4 高温空气或水(不是油或蒸汽)。柔软。提供FDA等级。
乙烯基塑料 20到160. 150. 1/16到1/4 水,氧化剂。优异的天气/耐磨性
viton 到400年 150. 1/32至1/4 油/芳香燃料,矿物,动物和植物油,溶剂和液压液。

推荐的垫圈服务材料

垫片材料 最大温度(F) 最大压力(PSI) 蠕变放松(%) 推荐垫片服务
非石棉垫圈
非石棉/ EPDM 800 1200. 15 蒸汽/含氧溶剂/轻度有机酸/碱。优异的老化性质。
非石棉/低价 400 900 40 强有机和无机酸/油/芳香烃,强氧化剂。
非石棉/氯丁橡胶 800 1200. 15 燃料/油。良好的通用材料。
非石棉/丁腈 800 1500 15 蒸汽/石油/燃料/溶剂。优良的通用材料,具有广泛的耐化学性。
非石棉/腈(带金属插入) 850. 2500 15 热气体。高负载/应力环境。可提供镀锌低碳钢箔或网状件。
无石棉/ SBR 800 1500 15 蒸汽/工业气体,低压/温度。
纯PTFE. 500. 800 35 - 55. 优异的耐化学性。
填充聚四氟乙烯 500. 1200. 11-40 优异的耐化学性。
填充PTFE - 金属插入 500. 2500 20. 优异的耐化学性。316 SS穿孔核心。
扩展PTFE. 600 3000. 30. 优异的耐化学性。非常可压缩。
碳或石墨/丁腈 840. 1900 20. 优秀的蒸汽。除了强大的氧化剂外,耐化学性优异。
碳或石墨/ SBR 900 2000年 14 优秀的蒸汽。除了强大的氧化剂外,耐化学性优异。
纯柔性石墨 950. 2100 5 除了强大的氧化剂外,耐化学性优异。可用层压或均匀。
纯柔性石墨 - 金属插入 950. 2800 7 除了强大的氧化剂外,耐化学性优异。提供316 SS箔,网状或唐核心。可用层压或均匀。
金属垫圈
600 优秀的蒸汽。除了强大的氧化剂外,耐化学性优异。
黄铜 500. 优秀的蒸汽。除了强大的氧化剂外,耐化学性优异。
GHL. 212. 除了强大的氧化剂外,耐化学性优异。可用层压或均匀。
Grafoil®. 800 除了强大的氧化剂外,耐化学性优异。提供316 SS箔,网状或唐核心。可用层压或均匀。
1000 与300系列不锈钢相似的强度,但更难以致密。优异的抗氯溶液(海水)和漂白溶液。
软钢,低碳钢 1000 柔软。会被水腐蚀。主要用于浸泡在液态碳氢化合物中。
不锈钢304. 1000 一种通用的、柔软的、耐腐蚀的、非磁性的不锈钢,在高温下不会变硬。
不锈钢316. 1000 强度不如304,但在化学溶液中更耐腐蚀(除了有限范围的氧化酸)
不锈钢321. 1600 强于304.在较高温度下需要与304类似的性能时使用。
不锈钢347. 1600 更耐腐蚀,更硬于321。
不锈钢410. 1200. 通常被称为“Chrome”。热处理时,这种不锈钢将变硬。它是高度磁性的,坚硬且强,但耐腐蚀的不太耐腐蚀。
不锈钢430. 1400. 更耐腐蚀,410,但热处理时不会硬化。这种不锈钢柔软,不超过300系列不锈钢。
1400. 在适度的温度下表现出良好的腐蚀和腐蚀性。
mon 1500 一系列镍/铜合金,提供比单独镍的更大的腐蚀和腐蚀性。在海水应用中特别有用。
inconel. 2000年 一系列非磁性的镍/铬合金,并对升高的温度耐腐蚀性。
Hastelloy. 2000年 镍/铬/钼合金的家庭,用于高温的高侵蚀性化学环境

工艺温度和压力

选择右垫片材料的第二因素是管道系统的工作温度和压力。

特别是,垫圈材料应能够承受预期的最高温度和压力(高温应用的最高预期温度压力,低温应用的最低温度)。

普通垫圈材料的温度-压力等级如下图所示,作为一般参考。

垫圈和温度垫圈和温度

垫圈不应在该工艺预期的最高温度和压力下蠕变,否则,法兰连接将失效并产生泄漏。

法兰垫片应能承受管道中预期的最大压力;这通常是测试压力,在环境温度下至少是法兰额定压力的2倍。

逃亡的排放法规

在为一个工艺选择正确类型的垫片时,也应考虑安装国的易消失的排放法律。

实际上,更严格的逃逸排放法可能会推动关于法兰和垫圈的具体决定,以用于该过程的法兰接头。

其他一般方面

要考虑使用要使用的垫圈类型的其他关键因素是:

a)管道振动和振荡:垫圈应承受可能影响管道的振荡和振动

b)流体污染风险:对于某些应用,使用不污染管道输送的流体的垫片很重要(例如;制药和食品应用,或天然气管道)

c)凸缘腐蚀:一些法兰材料,如奥氏体不锈钢,受到应力腐蚀裂缝的影响。选择垫圈类型和材料时应考虑这一事实

d)完整性:有毒流体需要完全防漏的密封,以防止土壤污染或对人类的威胁。因此,更紧密和更强的垫圈可能是这些类型的应用的自然选择(具有外环与非石棉垫圈的示例螺旋缠绕垫圈)

e)在垫片失效的情况下发生的财务风险:虽然垫圈对总管道材料成本产生相对低成本的影响,但是错误的垫圈的选择可能会产生巨大的财务影响,并且在这方面可能会对承包商造成危险可能受到处罚,最终用户

作为一般参考,下表显示了通过服务,管道温度和压力等级的推荐类型的垫片,以及面对类型的法兰:

垫片选择指南

影响垫片性能的因素有哪些?

垫片的性能受到许多因素的影响。在选择垫片时,必须考虑所有这些因素:

法兰载荷

所有垫片材料必须具有足够的法兰压力来压缩垫圈,以确保发生紧密,不间断的印章。凸缘压力或最小座位应力,必须实现这一点是“Y”因子所必需的。必须在整个座椅区域均匀地施加该法兰压力以实现完美的密封。然而,在实际服务中,垫圈周围的分布不均匀。最大的力量施加在直接围绕螺栓的区域上。最低力发生在两个螺栓之间的中间。法兰设计师必须考虑这个因素。

管道系统中的压力

在服务中,一旦将压力施加到容器,通过作用在垫圈(井喷压力)和凸缘(静液压末端力)的内部压力减小了初始垫圈压缩。要考虑到这一点,必须将额外的预载放在垫圈材料上。ASME建立了“M”或维护因子,以占该预加载。“M”系数定义了剩余负荷(原始负载减去内部压力)必须超过内部压力的次数。在该计算中,应考虑正常压力和测试压力。

管道系统中的温度

必须考虑环境温度和工艺温度对垫圈材料、法兰和螺栓的影响。这些影响包括螺栓伸长、垫片材料的蠕变松弛或热降解。这可以导致法兰负载的减少。操作温度越高,需要对垫片材料的选择越小心。当系统被加压和加热时,接头就会变形。螺栓、法兰和管道之间不同的膨胀系数会产生影响垫圈的力。螺栓连接的相对刚度决定了螺栓载荷是否有净增益或损失。一般来说,柔性接头会失去螺栓载荷。

流体类型

被密封的介质通常是液体或气体的气体比液体更难以密封。温度对许多液体的影响导致它们变得更加激进。因此,可以在环境温度下密封的流体可能在较高温度下产生不利地影响垫圈。垫圈材料必须抵抗流体的腐蚀侵蚀。它应该化学抵抗系统流体以防止其物理性质的严重损害。

垫圈外径

对于由相同材料和相同宽度制成的两个垫圈,外径较大的一个将承受更高的压力。因此,建议使用外径尽可能大的垫圈。

垫圈厚度

对于给定的材料,通常是一种较薄的垫圈能够处理比较厚的压缩应力更高的压缩应力。然而,更薄的材料需要更高的表面光洁度质量。作为经验法则,垫圈应比法兰面的最大表面粗糙度厚的至少四倍。垫圈必须足够厚,以占据法兰面的形状,并且仍在螺栓载荷下压缩。在振动不可避免的情况下,比应采用更厚的垫圈。

垫圈宽度

为了减少产生特定垫圈压力所需的螺栓负载,建议不要将垫圈的宽度超过必要的范围。对于给定的垫圈应力,带有窄垫圈的凸面法兰需要的预载更少,因此比全面垫圈的法兰强度更小。一般来说,高压垫圈往往很窄。

垫圈表面完成

垫圈的表面光洁度 - 由压制或加工到外表面上的凹槽或通道组成 - 管垫圈材料所需的厚度和可压缩性,以在凸缘之间的间隙中形成物理屏障。过度或浅的表面是不希望的,特别是在硬垫片材料上,因为光滑的表面可能缺乏所需的抓握,这将允许挤出发生。另一方面,太深的表面将产生一个需要更高螺栓载荷的垫圈,这可能使得难以形成紧密密封,特别是当涉及大的法兰表面时。适用于法兰面的精细加工标记,切对施加的流体压力方向也有所帮助。对于径向约0.5毫米的垫圈,建议使用大约0.125mm深的防滑槽的法兰面。对于较薄的垫圈,建议使用0.065mm的凹槽。在任何情况下,不应该使用径向垫圈密封表面径向延伸的刀具标记加工凸缘密封表面;这些标记可能允许泄漏。

压力松弛

该因素在一段时间内是材料的衡量标准,并且通常表示为每单位时间百分比损失。由于由施加的压力引起的材料的流动或变薄,所有垫圈材料随着时间的推移而失去一些弹性。在一些初始弛豫之后,垫圈应保持恒定的压力。

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