Прокладки для фланцевых соединений сосудов
Необходимость применения фланцевых уплотнительных прокладок
В герметичных системах уплотнений фланцевых соединений, применяемых в оборудовании химической и ряда других отраслей промышленности, используются разъемные соединения, от работоспособности которых зависят предельные значения рабочих давлений и качество работы оборудования в целом. При выходе из строя узла или системы уплотнения агрегат перестает быть работоспособным, увеличивается опасность возникновения аварии, которая может привести к человеческим жертвам и к экологическим катастрофам. Нарушение герметичности ведет к нарушению технологии процесса, снижению качества получаемого продукта, к потере сырья и удорожанию выпускаемой продукции.
Качество и надежность фланцевого соединения во многом зависит от уплотнительной прокладки, более того, применение прокладок необходимо.
От чего зависит выбор прокладки
Для достижения необходимой степени герметичности фланцевого соединения следующих нужно правильно осуществить следующие этапы:
- выбор типа прокладки,
- выбор конструкции прокладки,
- установка прокладки.
Прокладка – это отдельный сжимаемый элемент соединения, который, находясь в сжатом состоянии между фланцевыми деталями трубопроводов, под действием давления от затянутых крепежных изделий, заполняет собой промежуток между соединяемыми деталями.
Основные требования к прокладкам
Материал прокладки должен:
- быть способным микроскопически плотно прилегать к уплотняемым поверхностям,
- быть устойчивым к химическому воздействию внутренней и внешней среды,
- выдерживать воздействие температуры и давления требуемых значений.
Дефекты уплотняемых поверхностей фланцев
Устанавливаясь между уплотнительными поверхностями фланцевых соединений, прокладки должны быть способны заполнить микроскопические, а иногда и макроскопические, дефекты металлических поверхностей фланцев, заглушек фланцевых, устьевых фланцев сосудов и аппаратов и т. п. Макроскопические дефекты деталей могут быть представлены искажением поверхности фланцев, нецентрированностью соединения, задирами, раковинами, трещинами на контактной поверхности. Микроскопическими дефектами являются шероховатости, оставшиеся после механической обработки фланцев; полностью шероховатостей избежать нельзя вследствие строения металлической кристаллической решетки, однако предельные уровни шероховатости определены стандартами на фланцы ГОСТ, ANSI/ASME, DIN, EN, например, ГОСТ 15180-86, ASME PCC-1.
Силы, действующие на прокладку в составе фланцевого соединения
Рис. 1. Силы, действующие на
прокладку в фланцевом
соединении
Для защиты от протечек в ходе эксплуатации на прокладке должно создаваться достаточное механическое напряжение для защиты от выдавливания.
Нагрузка, создаваемая болтами или шпильками, должна сдерживать гидростатическую силу давления внутренней среды, действующей на фланцы и стремящуюся их отделить друг от друга.
↑ В начало
Классификация прокладок
Чтобы гарантировать пригодность применения прокладки для намеченных целей, нужно учесть много факторов. Свойства прокладки, конфигурация фланца, вспомогательные трубопроводные детали.
Уплотнительные прокладки в зависимости от материала можно разделить на три типа:
- неметаллические,
- полуметаллические,
- металлические.
Физические свойства прокладки, влияющие на предварительный выбор её типа:
- температура сдерживаемой среды,
- давление сдерживаемой среды,
- коррозионная опасность,
- прочие критические факторы.
↑ В начало
Неметаллические плоские прокладки
Листовые материалы используются только для прокладок на трубопроводах невысоких давлений. Выбирать их нужно осторожно, обращая внимание на отсутствие химически и термически агрессивных условий. Некоторые типы таких прокладок документированы в ГОСТ 15180-86 «Прокладки плоские эластичные. Основные параметры и размеры» (Flexible Flat Gaskets).
Примеры таких прокладок:
- паронитовые прокладки (compressed asbestos fibre sheets gaskets). В России регламентируются документом ГОСТ 15180-86 «Прокладки плоские эластичные. Основные параметры и размеры». Паронит изготавливается согласно ГОСТ 481-80 «Паронит и прокладки из него»;
- резиновые прокладки (ГОСТ 15180-86);
- картонные прокладки (ГОСТ 15180-86), картон изготавливается по ГОСТ 9347-74;
- фторопластовые прокладки (тефлон, или политетрафторэтилен, ПТФЭ, PTFEgaskets, см. ГОСТ 15180-86);
- прокладки из двуосно ориентированного армированного фторопласта (Biaxially Oriented Rerced PTFE);
- графитовые прокладки (прокладки на основе расширяющегося графита);
- прокладки Thermiculite™ (на основе материала, разработанного фирмой Flexitallic).
↑ В начало
Полуметаллические прокладки
Это сложные уплотнительные прокладки, состоящие частично из металлических и неметаллических материалов. Металл обеспечивает жесткость и устойчивость прокладки, а неметаллические компоненты – плотное прилегание к уплотнительной поверхности.
Полуметаллические прокладочные средства могут использоваться в широких диапазонах температур и давлений.
Примеры таких прокладок:
Рис. 2. Спирально-навитые прокладки для фланцевых
соединений (профиль)
- спирально навитые прокладки (spiral wound gaskets) (см. рис. 2) отличаются хорошими уплотнительными свойствами при использовании в условиях переменных нагрузок; спирально-навитые прокладки изготавливаются скручиванием металлической ленты по спирали с заполнением пространства между витками специальным неметаллическим уплотнителем; несколько внутренних и наружных витков накручивают без заполнителя для придания прокладке большей надежности;
Рис. 3. Прокладки уплотнительные фланцевые типа Flexpro (профиль)
- Flexpro™ прокладки (эти прокладки представляют собой зазубренный металлический остов, покрытий неметаллическим материалом, также имеют название kammprofile gasket, торговая марка Flexitallic) (см. рис. 3); с успехом применяются для уплотнения как стандартных фланцев трубопроводов, так и фланцев сосудов и аппаратов;
Рис. 4. Уплотнительные фланцевые прокладки
в металлической оболочке (профиль)
- прокладки в металлической оболочке (l jacketed gaskets) – прокладки, состоящие из внешней металлической оболочки и металлического или неметаллической сжимаемого волоконного заполнителя. Наполнитель придает прокладке устойчивость, а металлическая оболочка защищает его от воздействия температуры, давления и коррозии. Поэтому металлическая оболочка чаще всего производится из коррозионно-стойких сплавов (см. рис. 4);
Рис. 5. Профиль фланцевой прокладки,
армированной металлом (MRG).
- прокладки, армированные металлом (l rerced gaskets, MRG gaskets) – жесткие металлические прокладки, ламинированные фторопластом, паронитом или другим материалом неметаллических прокладок. Металлическое кольцо придает прокладке жесткость и устойчивость, а относительно мягкая поверхность позволяет лучше герметизировать соединение (см. рис. 5).
↑ В начало
Металлические прокладки
Металлические прокладки (в том числе стальные уплотнительные фланцевые прокладки и линзы) различных форм и размеров рекомендуется применять в условиях высоких температур и давлений, когда неметаллические и полуметаллические прокладки применять не представляется возможным.
Для плотного прилегания металлической прокладки к пазам уплотнительной поверхности фланцев необходимо приложение высокой нагрузки, сообщаемой затянутыми шпильками или болтами. Следовательно, на относительно малую поверхность контакта стальной прокладки с пазами уплотнительной поверхности фланцевого изделия оказывается высокое давление, вследствие которого уплотнение происходит особенно эффективно
Примеры металлических прокладок:
Рис. 6. Прокладка стальная фланцевая овального сечения (кольцо Армко) |
|
Рис. 7. Прокладки уплотнительные линзовые |
|
Рис. 8. Прокладка приварная мембранная для фланцевых соединений |
|
↑ В начало
Выбор типа фланцевых прокладок в зависимости от условий применения
Рис. 9. Диаграмма принятия решения
при выборе уплотнительных прокладок для фланцев.
↑ В начало
Заключение
При выборе прокладок для фланцевого соединения необходимо руководствоваться принципами надежности и экономичности. Выбирать материал необходимо с учетом условий его применения, учитывая прочность, химическую, термическую устойчивость, а также другие специфические свойства. При выборе прокладок ответственного назначения не стоит экономить на материалах и их качестве. Если же выбирается прокладка для фланцевых соединений трубопроводов низких давлений, средних температур и неагрессивных сред, нецелесообразно останавливать выбор на сверхгерметичных и более дорогих типах прокладок.
↑ В начало
Список литературы
- ГОСТ 481-80. Паронит и прокладки из него. Технические условия.. – Введ. 1981-01-01. – М. : ИПК Изд-во стандартов. – 14 c.
- ГОСТ 15180-86. Прокладки плоские эластичные. Основные параметры и размеры – Введ. 1988-01-01. – М. : Изд-во стандартов, 1986.
Получив доступ к данной странице, Вы автоматически принимаете Пользовательское соглашение.
Источник
Что такое фланцевая прокладка?
Уплотнения фланцев используются для создания статического уплотнения между двумя поверхностями фланцев при различных условиях эксплуатации, с различными значениями давления и температуры. Прокладки заполняют микроскопические пространства и неровности поверхностей фланцев, а затем образуют уплотнение, предназначенное для хранения жидкостей и газов. Правильная установка без повреждений прокладок и поверхностей фланцев является обязательным требованием для фланцевого соединения без утечек.
Типы прокладок
Материалы для прокладок можно разделить на три основные категории:
- Неметаллические виды
- Полуметаллические виды
- Металлические виды
Неметаллические прокладки – это, как правило, композитные листовые материалы, которые используются с плоскими фланцами и фланцами с приподнятой поверхностью в классах низкого давления. Неметаллические прокладки изготавливаются из аримидного волокна, стекловолокна, эластомера, тефлона® (PTFE), графита и т. д. Типы полнопрофильных прокладок подходят для использования с плоскими фланцами. Уплотнения с плоским кольцом подходят для использования с фланцем с соединительным выступом.
ASME B16.21 охватывает типы, размеры, материалы, размеры, допуски на размеры и маркировку неметаллических плоских прокладок.
Полуметаллические прокладки – это композиты из металла и неметаллических материалов. Металл предназначен для обеспечения прочности и упругости, в то время как неметаллическая часть обеспечивает совместимость и герметичность. Часто используемые полуметаллические прокладки представляют собой спирально-навитые и резиновые прокладки, а также различные графитовые прокладки, армированные металлом.
Полуметаллические материалы предназначены практически для всех условий эксплуатации, а также для применения при высоких температурах и давлении и используются на фланцах с выступами, с наружной и внутренней резьбой, а также на фланцах с уплотнительной поверхностью «шип-паз» .
ASME B16.20 охватывает материалы, размеры, допуски на размеры и маркировку для металлических и полуметаллических прокладок.
Типичная спирально-навитая прокладка
Металлические прокладки изготавливаются из одного или нескольких металлов до желаемой формы и размера. Часто используемые металлические прокладки являются соединениями кольцевого типа (RTJ). Они всегда наносятся на специальные сопутствующие фланцы, которые обеспечивают хорошее и надежное уплотнение при правильном выборе профилей и материала.
Кольцевые фланцевые соединения предназначены для уплотнения путем «первоначального линейного контакта» или заклинивания между сопряженным фланцем и прокладкой. Прилагая давление на поверхность уплотнения с помощью силы болта, «более мягкий» металл прокладки попадает в мелкозернистую структуру материала более жесткого фланца, создавая очень плотное и эффективное уплотнение.
ASME B16.20 охватывает материалы, размеры, допуски на размеры и маркировку для металлических и полуметаллических прокладок.
Часто используемые полуметаллические прокладки
Здесь ниже можно найти краткое описание ряда полуметаллических прокладок, которые широко используются.
Спирально-навитые прокладки
Концепция конструкции спирально-навитой прокладки была разработана компанией Flexitallic в 1912 году, открыв начало новой эры в безопасном и эффективном уплотнении. Основной целью этого развития были все более суровые температуры и давления, используемые операторами нефтеперерабатывающих заводов в США в первой половине столетия.
Необходимость восстановления способности прокладки не может быть переоценена. Влияние колебаний давления и температуры, перепад температур на поверхности фланца, а также ослабление напряжения болта и ползучесть требуют прокладки с достаточной гибкостью и восстановлением для поддержания уплотнения даже в этих изменяющихся условиях эксплуатации. Спирально-навитая прокладка – это точное решение таких проблем, отвечающее самым строгим условиям как температуры, так и давления во фланцевых соединениях и аналогичных узлах, а также против практически всех известных агрессивных и токсичных сред. Спирально-навитая прокладка удовлетворяет самым требовательным условиям как температура и давление во фланцевых соединениях и аналогичных узлах и против всех известных агрессивных и токсичных сред.
Спирально-навитая прокладка зависит от механических характеристик сформированной металлической спиральной полосы, а не от свойств сжатия более традиционных материалов прокладки. Это делает его особенно подходящим для низких или колеблющихся нагрузок болтов. Уплотнительные полосы или наполнители обычно представляют собой графит, хотя могут использоваться и другие материалы, такие как Teflon® (PTFE – фторопласт), обмотки всегда выполнены из нержавеющей стали. Чтобы этот тип прокладки работал, спираль не должна быть чрезмерно сжата, поэтому обычно используется один из двух типов управления сжатием.
Готовая прокладка вставляется в стальное кольцо определенной толщины. Когда прокладка вставлена во фланец и приложена нагрузка болта, закрытие фланца регулируется внешним стальным кольцом прокладки. Для дальнейшего повышения номинального давления спирально-навитой прокладки внутрь может быть добавлено стальное кольцо. Это дает дополнительный ограничитель сжатия и обеспечивает тепловой и коррозионный барьер, защищающий обмотки прокладки и предотвращающий эрозию фланца. Обычно материал внутреннего кольца выбирают таким же, как металлическая обмотка.
ASME B16.20, который охватывает спирально навитые прокладки, требует использования внутренних металлических колец из твердого металла: класс давления 900, номинальные размеры труб 24 и более, класс давления 1500 для номинальных размеров труб 12 и более, класс давления 2500 для номинальных размеров труб 4 и больше и все прокладки заполнены PTFE. В том же стандарте также описано, как следует характеризовать спирально-навитую прокладку, ниже вы найдете изображение на ней.
Маркировка спирально-навитых прокладок
Поперечное сечение спирально-навитой прокладки
Кампрофильные прокладки
Прокладки с гнутым профилем или «желобчатые» зарекомендовали себя во всех промышленных применениях. Уплотнения с гнутым профилем находятся на промышленных электростанциях и в первичных цепях ядерных установок. Используется либо между фланцами, либо в теплообменниках в ядерных применениях. Нефтеперерабатывающая и химическая промышленность также выигрывают, так как прокладки используются в приложениях, где поддерживаются высокие давления и температуры, и, следовательно, необходимо контролировать высокие нагрузки на болты.
Прокладки с гнутым профилем
Прокладки с гнутым профилем состоят из металлического сердечника (обычно из нержавеющей стали) с концентрическими канавками по обе стороны с уплотнительными материалами. Герметизирующими слоями (в зависимости от условий эксплуатации) могут быть графит, PTFE (тефлон®), CAF или металл (например, алюминий или серебро). Прокладки с гнутым профилем можно использовать без уплотнительных слоев, чтобы обеспечить отличное уплотнение, но существует риск повреждения поверхности фланца – особенно при высоких посадочных нагрузках. Уплотнительные слои защищают поверхности фланцев от повреждений, а также обеспечивают эффективное уплотнение.
Прокладки с металлической оболочкой
Прокладки с металлической оболочкой, как следует из названия, состоят из металлической внешней оболочки с металлическим или неметаллическим наполнителем. Материал наполнителя обеспечивает упругость прокладки, а металлическая оболочка защищает наполнитель и противостоит давлению, температуре и коррозии.
Они традиционно используются для применения в теплообменниках, насосах и клапанах, однако упругие и восстановительные свойства этих прокладок ограничены. Прокладки с металлической оболочкой требуют гладкой поверхности фланца, высокой нагрузки на болты и плоскостности фланца для эффективного уплотнения.
Существует много различных видов прокладок с оболочкой. Во фланцевой прокладке с двойной оболочкой, наполнитель полностью окружен металлической оболочкой из двух частей, которая покрывает как внутренний, так и наружный диаметры, а также обе контактные поверхности.
Металлические прокладки для фланцев с впадиной под прокладку овального сечения
Соединение кольцевого типа изначально разрабатывалось для использования в нефтяной промышленности, где при высоких давлениях и температурах требовалась необходимость в уплотнении высокой целостности. Они в основном используются в нефтяной промышленности на буровом оборудовании и оборудовании для освоения скважин. Соединения кольцевого типа также широко используются на клапанах и трубопроводах вместе с некоторыми соединениями сосудов высокого давления.
Наиболее применяемым типом является кольцо типа R, которое обрабатывается с жесткими производственными допусками в соответствии с соответствующими стандартами для обеспечения правильной установки в стандартные фланцы API 6B и ASME B16.5.
Овальные и восьмиугольные RTJ (соединение кольцевого типа) с одинаковым обозначением размера кольца могут быть взаимозаменяемыми в стандартных фланцах с плоскими кольцевыми канавками. Для бороздок старого стиля с круглым дном можно использовать только овальные RTJ. Материалы конструкции выбираются так, чтобы они соответствовали материалу фланца и были устойчивы к коррозийным и эрозионным средам. Кроме того, твердость материала RTJ меньше, чем твердость фланцев, чтобы обеспечить деформацию RTJ, а не фланцев при сборке. RTJ нестандартного размера специально предназначены для установки на фланцы, предназначенные для конкретного применения, а не на стандартный фланец.
Типичное применение
Овальные и восьмиугольные RTJ предназначены для уплотнения давления до 6250 фунтов на квадратный дюйм в соответствии с ASME B16.20 и до 5000 фунтов на квадратный дюйм в соответствии с номинальными давлениями API 6A. Типичные области применения при высоких давлениях и температурах, в которых используются эти прокладки, включают клапанные и трубопроводные узлы при бурении и очистке нефтяных месторождений. Кроме того, эти прокладки установлены в сосудах высокого давления и насосах.
Как они работают
Под осевой сжимающей нагрузкой соединения кольцевого типа пластически деформируются и протекают в неровности канавки фланца. Поскольку несущая площадь соединения кольцевого типа относительно мала, между уплотняющими поверхностями соединения кольцевого типа и канавкой возникают очень высокие поверхностные напряжения. Эти напряжения дополнительно увеличиваются на кольцах вида RX и BX, что позволяет герметизировать очень высокое внутреннее давление. Поскольку кольцевые соединения выполнены из твердого металла, их характеристики восстановления плохие. Уплотнение поддерживается благодаря действию осевой нагрузки на прокладку.
Повторное использование
Соединения кольцевого типа имеют ограниченное количество положительных помех, что обеспечивает правильное размещение соединения кольцевого типа в канавке при сжатии. Их повторное использование не рекомендуется по двум причинам:
- Первоначальная посадка прокладки будет нарушена
- Когда прокладка подвергается пластической деформации, происходит закалка наружной металлической поверхности. Это может привести к необратимому повреждению канавки.
Твердость материалов
При сжатии фланца в сборе обязательно, чтобы соединение кольцевого типа было значительно мягче, чем канавка фланца, чтобы прокладка пластически деформировалась, а не канавка. Использование более жестких кольцевых соединений может привести к повреждению канавки фланца. По этой причине соединения кольцевого типа поставляются со следующими максимальными значениями твердости:
| Максимальная жёсткость | ||||
| Материал | Wst No | Бринелль* | HRB** | ID |
| Мягкая сталь | 90 | 56 | D | |
| Малоуглеродистая сталь | 120 | 68 | S | |
| 4 – 6% хром 1/2% молибден | 130 | 72 | F5 | |
| Тип 304 Нержавеющая сталь | 1.4301 | 160 | 83 | S304 |
| Тип 316 Нержавеющая сталь | 1.4401 | 160 | 83 | S316 |
| Тип 347 Нержавеющая сталь | 1.4550 | 160 | 83 | S347 |
| Тип 410 Нержавеющая сталь | 1.4006 | 170 | 96 | S410 |
Примечания:
* Измеряется при нагрузке 3000 кг, за исключением мягкого железа, которое измеряется при нагрузке 500 кг.
** (по Роквеллу), измеренный при нагрузке 100 кг и шарике диаметром 1/16 дюйма.
Защитное покрытие
В соответствии со спецификациями API соединения кольцевого типа из мягкого железа, низкоуглеродистой стали и других черных материалов защищены от коррозии гальваническим цинком или кадмием с максимальной толщиной 0,0005 дюйма. Могут поставляться покрытия из альтернативных материалов.
Источник