摘要：介绍了低压紧负荷原因和场合，如法兰材料、法兰尺寸和质量、螺栓材料、运行工况、垫片尺寸等;在这种低压紧负荷情况下要使垫片具有良好的密封止漏效果，可采用如改良的PTFE、膨胀垫片、工程橡胶等各种技术和设计方法来解决。
关键词：垫片;失效;低压紧负荷;解决办法
前言
管道法兰连接需要使用垫片，提供关键的密封，保证工业设备的正常运行。影响垫片性能的因素很多，压紧负荷是最重要的因素。螺栓提供的压紧负荷必须足够大，使垫片进入密封配合表面凹凸不平地方，达到密封效果。垫片和法兰表面还必须黏合力以减轻垫片边沿挤出和运动。初始和运行期间压紧负荷越大，密封越好，挤出阻力越大。
研究表面，70%的密封失效是由于压紧负荷力不够，弄清楚与低压紧负荷有关的各种问题，找到解决方法，对减少停机时间、安全危害、环境危害和由垫片失效引起的其他危害具有重要意义。
1.各种低压紧负荷的原因和场合
1.1 法兰材料
不同的使用场合，应使用不同材质的法兰。选择法兰材料时，既要考虑材料的化学性能或价格，也要考虑机械强度。一般来说，非金属材料法兰用在运行温度、压力、机械振动和冲击不太大的场合。如塑料材料法兰很脆，有些金属材料(如铸铁)延展性很差。这些法兰不坚固，不能承受很高的弯曲应力，因此要求使用较弱的易压缩的垫片材料。
化工场合应用玻璃材料法兰，是低压紧负荷应用。玻璃表面有波纹导致配合表面有较大间隙。这些间隙要求较厚的垫片。建议厚度为间隙的4~5倍。然而厚度越大，要求压紧负荷越大。而玻璃材料法兰强度低，易脆，压紧力不能太大。
1.2 法兰尺寸和质量
法兰尺寸也限制提高螺钉压紧负荷的能力。例如法兰太薄就不能支持高的压紧负荷。法兰缺陷(如法兰不平行，变形、环形沟槽、表面波浪、表面侵蚀)和对中不好要求垫片有很高的压紧负荷，若法兰连接包括凹凸不平，压紧负荷大小不一的区域，低压紧负荷的区域是泄漏或挤出的主要原因。
1.3 螺栓材料
螺栓材料也决定法兰系统的压紧负荷。法兰连接的螺栓像弹簧，拉伸后产生弹性力。弹性力愈大，垫片上应力愈好，防泄漏效果愈好。但螺栓不能过分拉长，不能超过弹性极限。螺栓变形后继续加力，就会断裂。
不锈钢螺栓因为不易腐蚀常被采用，很多化工厂用不锈钢法兰和低强度的不锈钢螺栓。易腐蚀的场合，建议采用强度高应力大的不锈钢螺栓。
1.4 运行工况
运行工况也影响有效的压紧负荷。如流体静压力是管道内流体运动引起的内部压力。这个压力分开法兰，减少了螺栓产生的压紧负荷。螺栓变长，受热，法兰变形和振动引起了压紧负荷减少。由于垫片材质的老化材质的老化变形而丧失原来的弹性都会使垫片失效而产生泄漏。
1.5 垫片尺寸
垫片厚度对玻璃法兰影响很大。厚度增加，垫片性能减弱。压紧负荷必须增加。垫片薄，费用低，连接性能好。法兰凹凸不平时，厚垫片比薄垫片密封性能好，为减少压紧负荷可用环形垫片代替全面垫片。全面垫片包含整个法兰表面，包括螺栓孔。而环形垫片位于螺栓孔中心线内。
2.低压紧负荷垫片解决方法
有各种技术和设计方法解决低压紧负荷垫片的问题。
2.1 改良的PTFE(聚四氟乙烯)
第1中方法采用改良的PTFE。聚四氟乙烯一般用于低压、中温、强腐蚀以及不允许污染的介质，如强酸、强碱、卤素、药品等。安全使用温度在150℃，压力1MPa以下。在低压紧负荷的法兰和螺栓连接场合，采用压缩性能和和耐腐蚀的PTFE材料。在硬的PTFE芯外包几层压缩性能和的PTFE，作为改良的PTFE，可减少常规PTFE具有的冷流动和蠕变。
2.2 膨胀垫片
第2种方法采用遇水油膨胀的材料。膨胀垫片扩张，对法兰施加力。换言之，遇水油膨胀增加了螺栓反作用力，从而增加了有效压紧负荷。如膨胀石墨垫片，又称柔性石墨垫片，不含粘结剂和填充物，因此纯度很高，具有很好的防腐蚀性，耐高低温，良好的压缩回弹性和高强型，适用于低压部位的密封。又如膨胀聚四氟乙烯垫片，具有抗蠕变、抗冷流、超低温、无污染、易安装与拆换的密封性能。在很小的预紧力下，即便在压力变动环境下又可承受相当大的内压，非常适用于粗糙或磨损不平及易碎玻璃面法兰的、温度交变的密封场合。
2.3 工程橡胶复合垫片
第3种方法采用工程橡胶复合垫片。橡胶柔软，具有100%的回弹性能。利用这些优点，将橡胶浇到PTFE模内，生产出具有优良的化学性能的特殊密封环。改良的PTFE 橡胶复合垫片密封环设计用在非金属法兰的低压紧负荷场合，具有良好的回弹性、密封性和润滑性。如低应力四氟(PTFE)橡胶复合垫片是将白色或黑色EPDM三元乙丙橡胶或丁腈橡胶外覆纯PTFE而成，具有优异的特性：(1)是唯一可重复使用的垫片;(2)是化工、制药和电子工业PTFE、玻璃钢、PVDF、CPVC、聚丙烯铸铁或球墨铸铁法兰密封垫的理想选择;(3)凸起的密封环大大减少了密封接触面，从而减少了75%的扭矩;(4)100%纯PTFE密封面，清洁无污染，能耐酸、碱、气体、水和碳水化合物等;(5)专门的粘结工艺，将PTFE牢牢粘在EPDM上，防止了分层和渗透。耐温达250℃，耐压达17bar，压缩率为82%，回弹率为33%。
3.结论
法兰密封是通过紧固螺栓压紧垫片实现密封的，预紧螺栓时，通过法兰压紧垫片，使垫片产生弹性或塑性变形，从而填满法兰面上微小的凹凸不平来实现密封。螺栓预紧力必须对称地作用于垫片上，预紧力过小，垫片没有压紧就不能止漏。预紧力过小通常是由于法兰材料、法兰尺寸和质量、螺栓材料、运行工况、垫片尺寸等引起的，在这种低压紧负荷情况下要使垫片具有良好的密封止漏效果，可采用各种技术和设计方法来解决，如采用改良的PTFE、膨胀垫片、工程橡胶复合垫片等。
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