Неметаллические уплотнительные фланцевые прокладки: вчера и сегодня

Содержание

Фланцевые прокладки для неответственных соединений

Замазки из сурика и свинцовых белил

Прокладки из льняной плетенки

Фланцевые прокладки из прессшпана и картона

Тканевые прокладки для фланцев

Резиновые прокладки

Асбестовые прокладки для фланцев

Паронитовые прокладки

Фланцевые прокладки из фторопласта

Графитовые прокладки для фланцев

Прокладки на основе вермикулита

Прокладки из витона

Прокладки из нитрила

Прокладки на основе стеклоэпоксидного слоистого пластика

Заключение

История развития неметаллических фланцевых уплотнительных прокладок зависела от успехов химической промышленности в области нахождения новых материалов и исследования их свойств, с одной стороны, и от достижений конструкторской мысли, с другой стороны.

Производители разработали множество типов мягких плоских прокладок (soft cut gasket), вырезаемых из листовых материалов.

Некоторые из материалов на практике уступали своим предшественникам в температурной и химической устойчивости, сопротивлении ползучести и уплотнительных свойствах.

Сейчас развит широкий диапазон плоских прокладок из спрессованных волокнистых листовых материалов. Некоторые из этих уплотнительных материалов были модернизированы за счет применения традиционного вальцевания или листовального каландрирования. Также и некоторые неволокнистые материалы имеют хорошие уплотнительные свойства.

Фланцевые прокладки для неответственных соединений

Важными преимуществами данного вида неметаллических прокладок для фланцев является невысокая цена на прокладки и доступность материалов. Эти прокладки не отличаются хорошими уплотнительными свойствами и резистентностью к многим типам агрессивных воздействий.

Некоторые виды таких прокладок не стойки даже к воздействию воды, а некоторые могут применяться только для сантехнических целей.

Материал прокла­док выбирается в зависимости от параметров трубопровода. Дан­ные о прокладках, применявшихся ранее, приведены в табл. 1. Некоторые типы уплотнительных материалов (особенно - паронит) применяются для уплотнения различных типов фланцевых соединений и по сей день.

Прокладки вырезают ручными ножницами, жестяницкими дисковыми ножницами или на штамповочном прессе. Последнее в особенности целесообразно при серийном производстве деталей трубо­проводов.

Замазки из сурика и свинцовых белил

Наиболее распространенными ранее являлись суриковая замазка и замазка из цинковых белил. Суриковая замазка представляет собой смесь свинцового сурика (рис. 1) и свинцовых белил, размешивае­мых в вареном масле.

Для паропроводов высокого давления применяли еще пасту, состоящую из свинцового глета (PbO), железных опилок, охры, мела и графита.

Прокладки из льняной плетенки

Рис. 2. Льняная
плетенка

Прокладки из льняной плетенки - старый "дедовский" способ уплотнения - уже нельзя считать пригодным для фланцевых соединений современных трубопроводов, так как лен выдерживает малые температуры и давления, может подвергаться гниению.

Для герметизации соединительных узлов трубопроводов применялись длинноволокнистые сорта трепаного льна:

• лен-сланец (колхозный),

• лен-моченец (колхозный),

• лен заводской обработки.

Фланцевые прокладки из прессшпана и картона

Прессшпан - тонкий плотный картон с глянцевитой поверхностью. Прокладки из картона толщиной 1…5 мм производятся по ГОСТ 15180-86, применяются для водяных трубопроводов при давлении до 17 ат = 1,6 МПа и температуре , нефте-маслопроводов при небольших температурах.

Прокладки из картона изготавливаются по ГОСТ 15180-86, а картон - по  ГОСТ 9347-74. Картонные прокладки применяются при рабочих давлениях 0,1…1,6 МПа.

Прокладки из фибры

Фибра - спрессованная, гибкая и прочная бумажная масса, используемая как изоляционный материал.

Прокладки для стальных фланцев из фибры ранее не были стойки даже к воздействию воды и могли применяться только для фланцев воздухопроводов.

Фибра по ГОСТ 14613-83 производится как прессованный картон из целлюлозной и древесной массы, пропитанный хлоридом цинка или кальция. При воздействии хлорида цинка бумага набухает и частично растворяется; образовавшаяся из клейких волокон масса спрессовывается, а затем промывается и сушится. Прокладки из пропитанной фибры уже более устойчивы к воздействию среды. Существуют различные марки фибры, применяемые для изготовления уплотнительных прокладок:

• ФТ — фибра техническая для изготовления конструкционных и изолирующих деталей машин, приборов и других изделий машиностроения;

• ФСВ - фибра специальная высокопрочная с ограниченными показателями масло- и бензинопоглощения для изготовления особо прочных деталей;

• ФПК —фибра прокладочная кислородостойкая для изготовлении прокладок и деталей, соприкасающихся с кислородом;

• КГФ—фибра касторово-глицериновая для изготовления уплотнительных прокладок к соединениям деталей трубопроводов.

Для повышения водостойкости фибра может пропитываться парафином. Пропитанная фибра легко подвергается механической обработке, не растворяется в керосине, бензине, спирте, ацетоне, но разрушается в крепких кислотах – серной, азотной и соляной.

Тканевые прокладки для фланцев

Тканевые прокладки, пропитанные суриковой замазкой, ранее устанавливались на подводных устройствах, судовых кингстонов, донной арматуры, соединениях, не требующих частого монтажа.

Резиновые прокладки

Раньше (см. табл. 1) резиновые прокладки применялись только на водопроводах. С появлением же масло-бензостойкой резины применение резиновых прокладок распространилось и на продуктопроводы.

Резина, применяемая для производства прокладок для фланцев, можно подразделить на не­сколько видов:

• ТМКЩ - тепломорозокислотощелочестойкая,

• АМС - атмосферомаслостойкая,

• МБС - маслобензостойкая,

• кислотно-щелочестойкая и

• пище­вая.

Резиновые прокладки обладают высокой эластичнос­тью, обеспечивающей высокую плотность контакта уплотнительной поверхности стального фланца с прокладкой без применения особых усилий при затяжке фланцевого крепежа. Материал обладает высокой устойчивостью к различным аг­рессивным средам, а также является практически непроницаемым для газов, паров и жидкостей.

В зависимости от твердости резина подразделя­ется на мягкую (М), средней твердости (С) и повышенной твердости (Т).

В зависимости от стойкости к воздействию мас­ла и бензина маслобензостойкая резина подраз­деляется на марки А и Б.

Для фланцевых соединений систем газорас­пределения с рабочим давлением до 6 кгс/см2 (0,6 МПа) рекомендуется применять прокладки, изготовленные из листовой маслобензостойкой резины (МБ) марок А и Б (без тканевой основы) по ГОСТ 17133-83 и ГОСТ 7338-77 толщиной 3-5 мм.

Пример условного обозначения прокладки для фланца Ду 100 мм на Ру 4,0 МПа (40 кгс/см²) исполнения Д из резины марки ТМКЩ (тепломорозокислотощелочетсойкая), средней твердости:

Прокладка Д-100—40-ТМКЩ-С-ГОСТ 15180-86

Асбестовые прокладки для фланцев

Асбестовые прокладки используют высокую стойкость асбеста против температурных и химических воздействий. Асбестовый шнур (рис. 4) и бумага применялись в качестве уплотнительного материала. Позже асбестовые прокладки стали армировать латунной сеткой.

Клингерит - прорезиненный и вулканизированный асбестовый картон - зачастую применялся только при уплотнении соединений водо- и паропроводов высокого давления вследствие использования немаслостойкой резины при его производстве.

Позже принципы армирования и прорезинивания были объединены, и разработано асбестовое армированное полотно (ГОСТ 2198-76 Полотно асбестовое армированное и прокладки из него) - прорезиненная и прографитизированная ткань полотняного или саржево­го переплетения на основе латунной проволоки.

Асбестовый картон по ГОСТ 2850-80 марок КАОН-1,КАОН-2 может применяться в качестве прокладочного материала при требовании огнестойкости фланцевого соединения.

Главный недостаток асбеста - его неэкологичность, вредность для организма (особенно дыхательной системы) человека, поэтому сегодня применения асбеста в составе неметаллических прокладок избегают.

Паронитовые прокладки

Паронит (Compressed asbestos fibre sheets) (ГОСТ 481-80) — прокла­дочный материал для уплотнения плоских разъ­ёмов с различными средами (холодные и горячие газы, воздух, пар, масло, нефтепродукты и пр.).

В зависимости от назначения паронит изготавливают девяти марок, некоторые из которых используются для уплотнения фланцевых соединений: паронит общего назначения (ПОН, ПОН-А, ПОН-Б, ПОН-В), паронит маслобензостойкий (ПМБ, ПМБ-1), паронит кислотостойкий (ПК), паронит, армированный сеткой (ПА).

Паронитовые прокладки используются при темпера­туре среды в диапазоне -40…+450 °С и при показателях по давле­нию до 6,4 МПа (64 кгс/см²). Такие показатели поз­воляют транспортировать воду, пар, воздух, сухие нейтральные инертные газы, водные растворы солей, аммиак, жидкий азот и кислород, а также тяжелые и легкие нефтепродукты.

Паронитовые прокладки применяются для уплотнения фланцевых соединений с уплотнительными поверхностями типа «гладкие»  (1-е исполнение по ГОСТ 12815-80), «шип-паз» (4-е, 5-е исполнения по ГОСТ 12815-80), «выступ-впадина», (2-е, 3-е исполнения по ГОСТ 12815-80), а также для фланцев сосудов и аппаратов.

Фланцевые прокладки из фторопласта

Фторопласт-4, представляющий собой продукт полимеризации тетрафторэтилена, обладает стой­костью к кислотам, органическим растворителям, нефтеп­родуктам, щелочам, кроме щелочных металлов. Фторопластовые прокладки обладают достаточно широким диапазоном допустимых темпе­ратур (-269…+260 °С), инертностью, стойкостью к водяному пару, климатическим и биологическим воздействиям, достаточно высокой прочностью (до 27 МПа на разрыв, ГОСТ 10007-80), отличными диэлектрическими, антифрикционны­ми и антиадгезионными свойствами.

Графитовые прокладки для фланцев

Графит - одно из аллотропных видоизменений углерода. Слоистая структура графита позволяет слоям (с шестиугольным расположением атомов углерода) легко отделяться друг от друга, что придает графиту антифрикционные свойства. Кроме того, графит устойчив к воздействию многих кислот и других агрессивных сред, кроме сильных окислителей (азотной и серной кислоты при некоторых условиях); уникальна химическая устойчивость графита к агрессивным водным растворам, по которой он не уступает даже цветным металлам. Также графит неплавкий (не имеет жидкой фазы), устойчив при анаэробном нагревании (пиролизе).

Диапазон применения графита в фланцевых прокладках широк. Например, применяется графитные слои как напыление на металлическую основу уплотнительной прокладки, ведь недостатком графита является невысокая прочность и хрупкость. Графитовый слой может присоединяться к металлическому "ядру" прокладки с помощью специальных адгезивов.

Стандартная номенклатура графитовых прокладок основана на использовании графита с содержанием углерода не менее 98 %. Прокладки фланцев для атомной энергетики производятся из графита с содержанием углерода не менее 99,85 %.

Графит в прокладках применяется для умеренно высоких температур и давлений, но для агрессивных сред. Графитовые прокладки часто применяются в фланцевых соединениях промышленных нефтехимических трубопроводов. Поскольку графитовые уплотнительные прокладки не содержат полимерных слоев, они удовлетворяют самым высоким требованиям надежности и долговечности.

При эксплуатации графитовых прокладок для фланцевых соединений необходимо принимать во внимание возможное медленное окисление графита кислородом внешней или внутренней среды при высоких температурах.

Прокладки на основе вермикулита

Особой универсальностью обладают прокладки на основе расслоенного волокнистого вермикулита.

Вермикулит - минерал группы гидрослюд c химической формулой (Mg⁺², Fe⁺², Fe⁺³)₃ [(AlSi)₄O₁₀]•(OH)₂•4H₂O, имеет слоистую структуру. Молекулы воды расположены между слоями.

Вермикулит вспученный - материал в виде чешуйчатых зерен, полученный при измельчении и кратковременном обжиге природного вермикулита.

В России вермикулит вспученный (expanded vermiculite) производится по ГОСТ 12865-67, согласно которому может применяться при температурах -260…+1100 °C  для статичных поверхностей и до 900 °C при изоляции вибрирующих поверхностей (например, прокладки фланцевых соединений химических и нефтехимических предприятий испытывают на себе динамическое воздействие как вследствие внешнего периодического воздействия на трубопровод, так и  из-за собственных колебаний участков трубопровода, соединяемого фланцами).

Вермикулит биологически стоек: не повергается разложению и гниению, не является благоприятной средой для насекомых и грызунов. Химически стоек к действию щелочей и кислот. Вермикулит, в отличие от асбеста, является экологически чистым и стерильным материалом, не токсичен, не содержит тяжелых металлов, pH — 7.0, обладает слабощелочной реакцией.

По смазочным свойствам вермикулит подобен графиту, то есть не истирается.

Прокладки из витона

Витон - эластомер общего назначения, используемый в оборудовании для нефтепромысла. Обладает высокой химической стойкостью к алифатическим углеводородам и гликолям. Весьма устойчив к воздействию ароматических углеводородов. Не рекомендуется для систем с аминными стабилизаторами, для трубопроводов с высоким парциальным давлением H₂S, полярного газа (или CO₂), а также трубопроводов с регулярными значительными перепадами давления (в диапазоне от 13,79 МПа до 0 Па).

Прокладки из витона могут эксплуатироваться в температурном диапазоне -26…+200° C.

Прокладки из нитрила

Нитрил - эластомер общего назначения. Лучше всего подходит для использования в водопроводах, а также в системах с алифатическими углеводородами, жидкостями на основе кремния или гликоля.

Прокладки, содержащие нитрил, не рекомендуется применяться в системах, содержащих сероводород H₂S, ароматические углеводороды, фосфатные эфиры или галогенизированные углеводороды; в трубопроводов с высокими перепадами давления, а также в трубопроводных системах с высоким парциальным давлением полярных газов (или CO₂). Могут применяться при температурах -34…+121° C.

Прокладки на основе стеклоэпоксидного слоистого пластика

Стеклоэпоксидный слоистый пластик выполняет функцию прочной основы-сердечника уплотнительной прокладки, так как имеет высокие прочностные характеристики: предел прочности 4 570 кгс/см² (448 МПа), электрическая прочность 750 В/м.

Заключение

История развития неметаллических прокладок для фланцевых соединений прошла довольно большой путь проб и ошибок. Развитию материалов и конструкции прокладок задают тон требования промышленности к надежности и долговечности прокладочных средств, а также экологичность и удобство монтажа и применения. Однако для особо отвественных трубопроводов нефтехимических, химических предприятий, объектов энергетики, а также для трубопроводов, работающих в критических температурных и барометрических условиях применяются особо надежные кольцевые стальные фланцевые уплотнительные прокладки и линзы различных сечений.

Список литературы

1. Klein, Cornelis and Cornelius S. Hurlbut, Jr. Manual of Mineralogy : fter Dana 20th ed. – ISBN 0-471-80580-7.