密封垫片的使用场合多种多样,因此我们在选用密封垫片时,要充分考虑到流体、温度、压力、法兰型式、法兰尺寸、紧固力、容许泄漏量、操作性、经济性等因素。

在以往的客户服务过程中,我们碰到过因材料选择不当、型式和尺寸设定不当、安装使用不当导致的故障案例,近期我们将选择其中的一些典型案例,与大家分享。
本期的案例主要归纳为垫片材料与流体不匹配的情况,就是我们通常所说的密封垫片在耐流体腐蚀性、耐流体破坏性方面的问题,有时也指对特定流体的应对能力问题。
密封垫片开花现象常在四氟包覆垫片和大多数聚四氟乙烯垫片中发生。
当我们对发生过开花现象的密封垫片查验,在其中发现了除垫片材料以外的物质,同时根据垫片破损的形态判断,引发这种现象的原因并不是垫片材料和流体之间的化学反应所致,而是单体介质渗透到密封垫片内部,发生聚合反应,导致体积膨胀,最终造成密封垫片破损失效,甚至堵塞管线。
有的场合使用了无石棉垫片,反而没有出现开花现象,是因为无石棉垫片的透过性高,单体会透过无石棉而泄漏出去,反而不容易发生开花现象。

作为解决对策,我们推荐改用四氟缠绕垫片V7596,即使单体渗透并聚合也不会导致垫片破损,或者采用单体介质渗透很缓慢的密封垫片UF300-M,延迟开花现象,当然完全无渗透性的金属垫片也可以使用,只是要求的紧固力较高。
考虑到紧固不充分时,单体更容易渗透的情况,进行正确充分的紧固也是行之有效的应对措施。
当使用了无法抵抗流体腐蚀性的密封垫片时,可能出现垫片的部分材料溶解,从而导致脆化、软化,甚至消失,随之发生紧固力下降、破损的垫片混入流体等现象。
例如把无石棉垫片用于有酸性或碱性的溶剂管线中,发生了垫片被腐蚀的现象,多数情况下会出现面目全非的破损程度,可以说非常危险。或者把四氟包覆垫片用在强酸性流体中,由于PTFE层有一定的透过性,在长年使用后,强酸性流体就可能会渗透到包覆垫片内层,腐蚀内芯,此时在PTFE层内径侧,可见变色等渗透痕迹。

作为解决对策,可以使用对溶剂具有更好抵抗性的材料,例如无石棉垫片或橡胶垫片替换为UF300等氟树脂垫片,而长久使用四氟包覆垫片出现渗透现象的场合,则可以加厚PTFE包覆层内面侧的厚度,同时控制好紧固力,防止压坏垫片,或者改用操作性和耐久性更好的密封垫片,如UF300、MF300等氟树脂垫片、四氟缠绕垫片V7596等。
在这种故障下的垫片,外观上有较大破损,但调研后确认紧固力和安装规范方面并没有问题,通过对破损的垫片进行分析,未见因流体或温度导致的化学性劣化现象,这是非常罕见的情况,推断属于物理性破损,因高速粉体或颗粒对密封垫片冲击,导致发生了物理性作用下的侵蚀。

作为解决对策,可以在垫片的内侧配置强度足以抵御侵蚀的构成材料,例如变更为带内环的缠绕垫片,或者增加金属内包边等处理方法。
热媒油又称导热油、传热油、热载体油等,通常,对于作为热载体使用的热媒油,为了使之更容易流动,会降低其粘度,以便提升其效率,但这种做法会导致热媒油更容易渗透到密封垫片中。
当使用膨胀石墨垫片时,虽然石墨本身不会因温度变化导致体积发生变化,属于稳定且适应性较高的材料,但相对而言作为密封垫片的材料时,其耐渗透性较差,单纯使用石墨层压垫片面对渗透性强的热媒油时,可能会出现渗透泄漏的情况。

作为解决对策,因为可以通过压缩密封垫片提升密度来提高耐渗透性,因此部分情况可以通过施加更大的紧固力进行应对,而为了实现更切实可靠的密封效果,推荐将垫片变更为石墨缠绕垫片V6590系列。
以上是部分垫片与流体不匹配的案例,总结起来,选择垫片时必须要注意的流体包括:
(1)氧气·助燃性气体:
请避免使用可燃性材料制作的垫片,推荐使用PTFE填料的缠绕垫片、PTFE系列垫片、铜制包覆形垫片、金属平形垫片等。
(2)聚合性单体:
对于苯乙烯单体、聚氯乙烯单体等聚合性单体,不推荐使用压缩板、PTFE系列垫片,推荐选用附内外环缠绕垫片、金属垫片。
(3)含残渣流体:
软质垫片会因物理侵蚀发生破损、泄漏,请选用附内外环的缠绕垫片、金属垫片。
(4)导热油:
压缩板会因橡胶劣化而发生泄漏,由于渗透性强,石墨复合垫片也很容易泄漏,无石棉填充料的缠绕垫片在长时间使用后也可能发生泄漏,因此选用石墨为填料的缠绕垫片比较适合,另外,有关HTS,由于会和膨胀石墨反应,不可使用。
(5)放射性流体:
PTFE不耐辐射,所以不予推荐。膨胀石墨具有1x10-6Gy的耐辐射性,请确认辐射量后,再选择。
(6)冬季可能会被冻结的水系流体:
水变成冰时因体积膨胀,配管内部产生异常的压力,软密封垫片难以承受而产生破裂的情况也是有的,为了配管的保温以及保证液体流动等实施防止冻结的对策时,可以使用缠绕垫片。
本期我们介绍了一部分垫片碰到的腐蚀、侵蚀案例,以及相应的解决对策,下一期我们将继续分享选用不当的案例,期望能对相关使用者有些许帮助。
以上内容部分摘录自:
江西 俊彦,华尔卡技术志,No.33,(2017)
西田 隆仁,现代密封垫片概论,(2015)