1. Гибкая графитовая прокладка
Гибкий графит получают путем прессования природного графита с последующей кислотной обработкой и высокотемпературным расширением — по сути, это все тот же графит, но в виде мягких и сжимаемых листов.
Применимые параметры: температура -200~550°C (до 650°C в неокислительной среде), давление, как правило, до класса 600. Можно использовать воду, пар, масло и большинство химических веществ.
Недостатки: Неустойчивость к сильным окислителям. Азотная кислота и дымящаяся серная кислота напрямую окисляют графит до CO₂.
Примечание по установке: Графитовая прокладка хрупкая и не может быть согнута. При установке ее следует располагать ровно на поверхности фланца.
2. Прокладка из ПТФЭ (политетрафторэтилен/тефлон)
Главная особенность ПТФЭ — его химическая инертность: он практически не подвержен коррозии под воздействием химических веществ и полностью невосприимчив к сильным кислотам и щелочным растворителям. Поэтому ПТФЭ является предпочтительным материалом для кислотных и щелочных трубопроводов на химических заводах и трубопроводов для растворителей на фармацевтических заводах.
Применимые параметры: температура -200~200°C, давление обычно до класса 300. При температуре выше 200°C ПТФЭ начинает размягчаться и деформироваться.
Недостаток: деформация при холодной текучести. Так называемая холодная текучесть означает, что под действием температуры и давления ПТФЭ медленно выдавливается из поверхности фланца, как пластилин — чем выше температура и чем больше давление, тем быстрее происходит выдавливание.
Решение: Если температура превышает 200 °C, перейдите на металлическую намотку или наполнитель из модифицированного ПТФЭ (добавление стекловолокна/углеродного волокна может улучшить сопротивление текучести при низких температурах, но при этом будет нарушена химическая совместимость).
3. Металлическая намоточная прокладка
Структура металлической намоточной прокладки представляет собой «попеременную обмотку металлической лентой + неметаллической наполняющей лентой» — металлическая лента обеспечивает упругость, а наполнитель — герметизацию. Наиболее распространенный вариант — V-образная стальная лента из нержавеющей стали 304 + гибкий графитовый наполнитель.
Применимые параметры: Диапазон температур зависит от наполнителя (графитовый наполнитель -200~550°C, наполнитель из ПТФЭ -200~200°C), а давление может охватывать классы от 150 до 2500. Подходит практически для любой среды.
Основное преимущество: хорошая упругость. Фланец будет подвергаться небольшому относительному смещению при колебаниях температуры и давления, и металлическая намоточная прокладка автоматически компенсирует это, используя упругую энергию V-образного поперечного сечения — чего не могут обеспечить ни гибкий графит, ни ПТФЭ.
Правило, которое часто упускают из виду: металлические намоточные прокладки необходимо заменять новыми после разборки и сборки. Стальная полоса подверглась пластической деформации при первом прессовании. При повторном использовании форма уплотнительной поверхности не будет соответствовать требуемой, и скорость утечки резко возрастет.
4. Металлическая кольцевая прокладка
Металлическая кольцевая прокладка представляет собой кольцо, изготовленное из цельного куска металла. Она не герметизируется заполняющим материалом, а обеспечивает линейное контактное уплотнение за счет плотной посадки между металлическим кольцом и трапецеидальной канавкой фланца.
Применимый диапазон: температура -200~650°C, давление обычно выше класса 900, является стандартной конфигурацией фланцев клапанов высокого давления.
Основной принцип: при затягивании болтов фланца металлическое кольцо вдавливается в трапецеидальную канавку фланца. Контактная поверхность создает чрезвычайно высокое контактное напряжение, превышающее предел текучести металлического материала. Микропластическая деформация поверхности кольца заполняет все микроскопические зазоры в канавке. Поэтому прокладки RTJ теоретически обеспечивают нулевую утечку.
Важное замечание по установке: поверхность трапецеидальной канавки фланца и металлического кольца должна быть без царапин. Перед установкой проверьте канавку кольца с помощью увеличительного стекла. Твердость кольца должна быть ниже твердости фланца (в противном случае канавка фланца будет раздавлена).
Подбор материала: фланец из углеродистой стали с кольцом из мягкого железа (≤класс 600), фланец из нержавеющей стали с кольцом из стали 304/316, фланец, подвергнутый гидрогенизации под высоким давлением, с кольцом из сплава Inconel 825/625. Три практических момента
1. Толщина прокладки не должна быть максимально большой. При одинаковом моменте затяжки болтов для графитовых прокладок толщиной 1,5 мм и 3 мм, прокладка толщиной 3 мм обеспечивает большее сжатие и лучшую начальную герметизацию, но при этом больше потери на отскок после длительной эксплуатации при высоких температурах, что повышает вероятность протечек. Рекомендация: 1,5 мм используется в обычных условиях эксплуатации, а 3 мм — только при плохом состоянии поверхности фланца (с небольшими коррозионными ямками).
2. Существует формула для момента затяжки. ASME PCC-1 приводит два ключевых коэффициента прокладок: значение m (минимальный коэффициент прокладки) и значение y (минимальное удельное давление герметизации, единица измерения МПа). Сила предварительной затяжки болта W = π×d×N×y + расчетное давление×π×d²/4. Рассчитывать вручную не нужно, но необходимо знать о существовании этой формулы и затягивать болты по таблице моментов затяжки, предоставленной заводом-изготовителем прокладок, во время установки.
3. Графитовые прокладки не покрыты герметизирующей смазкой, необходимы прокладки из ПТФЭ, а металлические кольцевые прокладки категорически не допускаются. Сам графит обладает самосмазывающимися свойствами. Нанесение герметизирующей смазки фактически уменьшит трение → прокладка будет проскальзывать → она не будет плотно прилегать. Поверхность ПТФЭ слишком гладкая, поэтому нанесение тонкого слоя смазки поможет прокладке оставаться на месте без смещения. Металлическое кольцо покрыто герметизирующей смазкой = контактное напряжение компенсируется масляной пленкой = нарушение герметизации.
