Подбор уплотнительных материалов для фланцевых соединений

Существует множество материалов, которые применяют для из­готовления уплотнений. Широкий выбор позволит применять эти изделия в любых отраслях промышленности и народного хозяйства.

С помощью уплотнительных материалов проводят полную герметизации соединений и систем для длительной, надежной и бесперебойной эксплуатации оборудования.

При выборе прокладок, также как и для других де­талей фланцевого соединения, необходимо иметь в виду обязательные характеристики: рабочая среда, номинальное давление, рабочая температура, соот­ветствие уплотнительной поверхности фланца.

Основные требования к уплотнению это: упругость, стойкость к среде, в которой работают, сохранение своих физических свойств при рабо­чей температуре среды и антикоррозийность. При использовании металлических прокладок металл не должен деформировать уплотняющие поверх­ности фланца, поэтому металл прокладок должен иметь твердость ниже, чем металл уплотняемых поверхностей фланцев.

Определения

Уплотнительные материалы — средства для герметизации сис­тем трубопроводной арматуры, резьбовых со­единений труб и подобных. Уплотнительные материалы способны значительно упростить монтажа и демонтаж трубопроводных соединений. Обычно уплотнительный материал состоит из пластичных веществ, которые содержат порошок графита не более 20%, дисульфид молибдена и мягкие металлы.

Уплотнительные мате­риалы для фланцевых соединений подбираются, согласно нормативному документу, в зависимости от рабочей среды, параметров дав­ления и температуры, а также согласно проекту и по рекомендациям специализирован­ных (экспертных) организаций.

Виды (типы) уплотнительных материалов

Условно прокладки для фланцевых соединений согласно используемому материалу мож­но разделить на:

• неметаллические (паронит, картон, фторопласт).
• металлические (стальные прокладки овального сечения и восьми­угольного сечения, линзовые).
• комбинированные (спирально-навитые про­кладки, прокладки типа «Графлекс» из терморас­ширенного графита, прокладки графитофторопластовые и т. п.).

Нормативные документы

Существует огромное количество различной нормативно-технической документации, которая регламентирует основные требования и нормы по изготовлению и эксплуатации прокладок для фланцевых соединений.

• ГОСТ 15180-86 «Прокладки плоские эластич­ные. Основные параметры и размеры».

• ГОСТ 28759.6-90 «Прокладки из неметалли­ческих материалов. Конструкция и размеры. Технические требования».

• ГОСТ 28759.8-90 «Прокладки металлические восьмиугольного сечения. Конструкция и размеры прокладок для фланцевых соединений. Технические требования».

• ОСТ 26 260 461 «Прокладки овального сечения ОСТ и восьмиугольного сечения стальные для фланцев арматуры. Конструкция, размеры и общие техни­ческие требования».

• ОСТ 26-845-73 «Прокладки овального и вось­миугольного сечения стальные. Конструкция и размеры прокладок для фланцевых соединений. Технические требования».

• АТК 26-18-6-93 «Прокладки овального и вось­миугольного сечения стальные».

• ГОСТ 10493-81 «Линзы уплотнительные жест­кие и компенсирующие на Ру 20-100 МПа» и т. д.

Наиболее востребованные уплотнительные материалы

Прокладки из неметаллических материалов Прокладки плоские эластичные (ГОСТ 15180-86)

Для плоских эластичных прокладок по ГОСТ 15180-86 используют материал: паронит, резина, картон, фторопласт 4 и композиционный материал. Они являются основой прокладок для фланцев арматуры, соединительных частей и трубопроводов с уплотнительными поверхнос­тями исполнений 1-5,8,9 по ГОСТ 12815-80. Прокладки будут иметь такие технические характеристики: условное давления от 0,1 до 20 МПа (от 1 до 200 кгс/см²) и условный проход от 10 до 3000 мм.

Табл. 1

Паронит (ГОСТ 481-80)

Паронит считается универсальным прокла­дочным материалом для фланцевого уплотнения плоских разъ­емов с различными средами (холодных и горячих газов, воздуха, пара, масел, нефтепродуктов и др.). В зависимости от назначения паронит производятся семи марок, некоторые из которых используются для уплотнения фланцевых соединений: ПОН, ПМБ, ПМБ-1, ПК, ПА, ПОН-А, ПОН-Б. Применяется в хи­мической и нефтехимической промышленности, в машиностроении, металлургии и металлообработ­ке, электротехнике и электроэнергетике для обес­печения необходимой герметичности соединений различного типа в условиях воздействия агрессив­ных сред, высоких температур и давления.

Прокладки из паронита используется при диапазоне темпера­тур от -40 до +450 °С и при показателях по давле­нию до 6,4 МПа (64 кгс/см²). Эти показатели поз­воляют транспортировать по системе воду, пар, воздух, сухие нейтральные инертные газы, водные растворы солей, аммиак, жидкий азот и кислород, а также тяжелые и легкие нефтепродукты.

ПОН-А. Для этого материала существуют ограничения по давлению при применении его для фланцевое уплотнение соединения типа «гладкие». Возможность их использования в этом случае до­пустима лишь при давлении до 4 МПа (40 кгс/см²). В остальных случаях выдерживается давление до 4,5 МПа (45 кгс/см²), и температура от -40 до +450 °С. Возможность транспортировки следующих сред: перегретая вода, пар, жидкий и газообразный ам­миак, тяжелые и легкие нефтепродукты.

ПОН-Б. Как и ПОН-А, этот материал обладает теми же самыми ограничениями. А вот диапазон по давлению у него более широк до 6,4 МПа (64 кгс/см²), температуру выдерживает такой матери­ал от -50 до +450 °С. Рабочая среда практически та же, что и ПОН-А, но добавляются следующие рабочие среды: спирты, жидкий кислород и азот.

ПОН-В. Прокладки из материала ПОН-В приме­няются в системах, транспортирующих минераль­ные масла и легкие нефтепродукты, топливно-воздушные смеси, воздух, воду, тосол и антифриз. Эти уплотнительные материалы выдерживают давле­ние до 4 МПа (40 кгс/см²).

ПМБ (паронит маслобензостойкий) используется для тех же типов соединения, как и ПОН. Показатели по температуре мало чем отличаются от показателей ПОН, от -40 до +490 °С, однако давление такой ма­териал выдерживает до 10 МПа (100 кгс/см²), кроме «гладких» исполнений, также в отличие от последнего этот вид материала устойчив к агрессивному воздейс­твию масел и бензина. Для фланцевого уплотнения соединений на газопроводах природного газа и в установках сжиженных газов рекомендуется применять паронит марки ПМБ (в диапазоне температур от -40 до +60 "С и предельного давления до 1,6 МПа (16 кгс/см²).

ПМБ-1 (паронит маслобензостойкий - 1) при­менение этого вида материала ограничивается показателями по давлению до 4 МПа (40 кгс/см²) при использовании для «гладкого» вида испол­нения, для других типов исполнения соответс­твуют диапазоны температур от -2 до +250 °С и показатели по давлению до 16 МПа (160 кгс/см²). Рекомендован для систем, транспортирующих тяжелые и легкие нефтепродукты, масляные фрак­ции, жидкость ВПС, хладоны 12,22,114В-2.

ПК (паронит кислотостойкий) применяется для всех вышеупомянутых типов исполнения без особых ограничений по температуре и давлению для какого-либо из них. Температура до 250 °С и давление до 10 МПа (100 кгс/см²). Применяется в системах, транспортирующих воду, пар, нейтраль­ные сухие инертные газы, воздух, тяжелые и лег­кие нефтепродукты и масляные фракции.

ПА (паронит армированный сеткой) исполь­зуется для уплотнения неподвижных соединений типа «гладкие» с рабочим давление среды до 4 МПа (40 кгс/см²), а также «шип-паз», «выступ-впадина» без ограничений. Температура до 180 °С и давле­ние до 10 МПа (100 кгс/см²). Подходят для систем, транспортирующих воду, пар, нейтральные сухие инертные газы, воздух, тяжелые и легкие нефтеп­родукты и масляные фракции.

Фторопласт-4

Фторопласт 4 обладает исключительной стой­костью ко всем кислотам, растворителям, нефтеп­родуктам, щелочам (кроме щелочных металлов). Обладает достаточно широким диапазоном темпе­ратур от -269 до +260 °С, инертностью, стойкостью к водяному пару, климатическим и бактериальным воздействиям, достаточно высокой прочностью, отличными диэлектрическими, антифрикционны­ми и антиадгезионными свойствами.

Лента ФУМ

Применяется для уплотнения резьбовых соеди­нений в пищевой и медицинской промышленнос­ти, в технологических трубопроводах для транс­портировки агрессивных газовых и жидких сред в диапазоне температур от -60 до +200 °С и при высоких давлениях до 10 МПа (100 кгс/см²).

Представляет собой ленту, изготовленную из фторопласта, содержащего смазку. Лента ФУМ считается универсальным уплотнителем для резьбовых со­единений любого типа, совместима со всеми материалами.

Уникальные свойства фторопласта позволяют использовать данный материал в качестве уплотнительного элемента. Выпускаются в виде:

• жгутов круглого и прямоугольного сечения;

•ленты.

Жгут ФУМ служит в качестве прокладок для неподвижных уплотнений и сальниковых набивок в насосах и арматуре, работающих при повышен­ных температурах и агрессивных средах.

Картон

Если по условиям работы прокладкам требуют­ся огнестойкие свойства, то для их изготовления рекомендуется применять:

•асбестовый картон (ГОСТ 2850-80) марок КАОН-1, КАОН-2;

• асбестовое армированное полотно (ГОСТ 2198-76) представляет собой прорезиненную и прографитизированную ткань полотняного или саржево­го переплетения на основе латунной проволоки.

Резина

Материал используется при производстве межфланцевых прокладок. Резиновые прокладки для фланцевых соединений делятся на не­сколько типов: теплостойкая, маслобензостойкая, морозостойкая, кислотно-щелочестойкая и пище­вая. Этот материал обладает высокой эластичнос­тью, что позволяет легко достичь плотности между металлической поверхностью фланца и прокладкой, не применяя особых усилий при затяжке. 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, средней твердости и повышенной твердости.

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.

Примечание. Поскольку чрезмерное сжатие ухудшает свойства резины, деформацию ее необ­ходимо ограничить 30-50 % допускаемой.

Примечание. Основным минусом некоторых неметаллических прокладок можно считать нали­чие в них асбеста, который уже запрещен во многих зарубежных странах в связи с тем, что асбест яв­ляется неэкологическим материалом и вреден для здоровья человека.

Металлические прокладки для фланцевых соединений

Металлические прокладки для фланцев обеспечивают высо­кую герметизацию в условиях высокого давлениях и температуры. Для уплотнения соединения дета­лей, оборудования установок сжиженных газов и на газопроводах всех давлений рекомендуемыми материалами для изготовления металлических прокладок являются:

• алюминий листовой отожженный по ГОСТ 13722-78, ленты из алюминия или алюми­ниевых сплавов (отожженных) по ГОСТ 13726-78, ГОСТ 21361-76, толщиной 1-4 мм;

• медь листовая мягкая марок М1, М2 по ГОСТ 495-77.

Прокладки овального и прокладки восьмиугольного сечения производятся согласно следующим нормативным документам: ОСТ 26-845-73; АТК 26-18-6-93; ГОСТ 28759.8-90.

Предназначены для уплотнения фланцевых соединений, выполненных с исполнением 7 (для прокладок овального сечения) на условное дав­ление Ру 6,3 до 16,0 МПа (от 63 до 160 кгс/см²) и температуру от -70 до 600 °С.

Прокладки могут изготавливаться из стали 08кп по ГОСТ 1577 и 10695 по ГОСТ 11036, стали 08X13 по ГОСТ 7350 или по ГОСТ 5949, из стали 08X18Н10 по ГОСТ 7350 или по ГОСТ 5949.

Согласно нормативным документам, разрешается изготовление этих прокладок и из других марок ста­ли в зависимости от требований по эксплуатации.

Линзовые прокладки предназначены для приме­нения в химической и нефтехимической отраслях для систем с повышенными требованиями к безо­пасности на фланцевые уплотнения соединений арматуры, соединительных частей и трубопрово­дов на условное давление от 2 до 100 МПа (от 20 до 1000 кгс/см²) и температурой среды от -50 до +510 °С. Производятся по ГОСТ 10493-81.

Линзовая прокладка служит уплотнительным материалом для фланцев с исполнением уплотнительной поверхности 6. Особенность этого исполнения состоит в том, что его конструкция обуславливает применение только линзовой прокладки.

Существует два вида линзовых прокладок: жес­ткие и компенсирующие. В свою очередь жесткая линза бывает исполнения 1, с буртом, либо ис­полнения 2, без бурта. Компенсирующие линзы делятся по показателям давления: линза испол­нения 1 применяется при давлении до 50 МПа (500 кгс/см²) и линза исполнения 2 при давлении от 63 до 100 МПа (от 630 до 1000 кгс/см²).

Жесткая линза может выдерживать давление до 100 МПа (1000 кгс/см²) и температуру среды от -40 до+510°С.

Примечание. Компенсирующие линзы и встав­ные кольца к ним должны изготавливаться из оди­наковых марок стали.

Примечание. Твердость основного металла прокладки (овального и восьмиугольного сечения) должна быть ниже твердости металла фланца, для того чтобы при осуществлении монтажа прокладка не повредила уплотнительную поверх­ность фланца и тем самым не нарушила герме­тичность всего соединения.

Табл.2

Зубчатые прокладки

Прокладки зубчатые металлические — производятся из нержавеющей стали для применения в уплотнении фланцев трубопроводов, цилиндров клапанов при температурах до 800 °С и давлении до 100 МПа (1000 кгс/см²).

Зубчатые прокладки применяются в системах, предназначенных для высоких давлений и темпе­ратур с горючими, токсичными и химически опас­ными средами, в связи с этим они нашли широкое применение в химической и нефтеперерабатыва­ющей промышленности, теплоэнергетике и т. п.

К преимуществам этих прокладок можно отнести:

• простой и быстрый монтаж;

• высокая химическая устойчивость рН 0-14;

• высокая устойчивость к давлению до 400 бар;

• возможность повторного использования при замене мягкого уплотняющего слоя;

• возможность изготовления перегородок, в том числе для теплообменников;

• защита от точечной коррозии на фланцах.

Прокладки для фланцевых соединений устье­вого оборудования

Этот уплотнитель фланцевый пред­ставляет собой стальные кольцевые прокладки восьмиугольного сечения и предназначены для соединения составных частей устьевого нефте­промыслового оборудования с рабочим давле­нием от 14 до 140 МПа (от 140 до 1400 кгс/см²) и условным проходом от 50 до 680 мм.

Технические требования по прокладкам этого типа описаны в ГОСТ 28919-91. Согласно этому ГОСТ прокладки должны изготавливаться толь­ко из цельных заготовок. Прокладки из стали 0, ГОСТ 380, из стали 08кп, ГОСТ 1050, из стали 20, ГОСТ 1050, и из стали 08, ГОСТ 1050, предназна­чены для некоррозионностойкого оборудования. Прокладки из стали 12Х18Н9Т, ГОСТ 5632, предна­значены для оборудования, работающего в усло­виях скважинной среды с объемным содержанием СО₂иН₂S до25%.

Примечание. Разность между твердостью ма­териала прокладок и фланцев или поверхности канавок фланцев, контактирующих с проклад­кой должна быть не менее 50 единиц по Бринеллю, только если в нормативно-технической доку­ментации не оговорена другая величина.

Примечание. Прокладки из нелегированных сталей должны изготав­ливаться с покрытием. Покрытие может быть кад­миевое или цинковое по ГОСТ 9.301. Предусматривается также и толщина этого покрытия, ее диапазон со­ставляет от 5 до 13 мкм.

Самое важное, на что нужно обратить свое вни­мание при покупке этих прокладок: уплотнительные поверхности прокладок не должны иметь никаких сле­дов коррозии, загрязнений, забоин, вмятин, царапин и других дефектов.

Комбинированные про­кладки

Спирально-навитые прокладки изготавливают­ся по ОСТ 26.260.454-99 и по ГОСТ Р 52376-2005.

СНП по ОСТ26.260.454-99

Спирально-навитые прокладки изготавливают­ся согласно ОСТ 26.260.454-99 для уплот­нения фланцевых соединений «выступ-впадина» и «шип-паз» арматуры, трубопроводов, сосудов, аппаратов, насосов и аналогичного оборудова­ния химической, нефтеперерабатывающей и дру­гих отраслей промышленности. Изготавливаются из V-образного или W-образного профиля и представляют из себя чередующиеся слои метал­лической ленты и мягкого наполнителя. В качестве материала для производства прокладки на­иболее распространенными являются: паронит ТП-1, паронит ТП-1р, паронит ПК, графитовая фольга типа «Графлекс» и защитная фторопласто­вая пленка Ф-4МБ-В.

Для обеспечения надежности прокладки в ус­ловиях скачков температуры и давления, пере­пада температуры требуется упругая прокладка. Наиболее важное свойство спирально-навитой прокладки — упругость в осевом направлении, поэтому она успешно применяется на фланцевых соединениях трубопроводов, сосудов, разъемов оборудования при высоких температурах и давле­ниях и в условиях агрессивных сред.

В зависимости от исполнения фланцев, спираль­но-навитые прокладки могут иметь ограничи­тельные металлические кольца, которые являются калибром сжатия и поэтому такую прокладку не­возможно перетянуть и раздавить. Также наруж­ное кольцо защищает прокладку от выдувания.

Термостойкая прокладка для фланцевого соединения ГОСТ Р 52376-2005

Согласно с этим документом, производятся спирально-навитые термостойкие про­кладки с уплотнительным кольцом в виде нави­той спирали из V-образных чередующихся слоев нержавеющей стальной ленты и наполнителя из терморасширенного графита или с ограничитель­ным кольцом снаружи, внутри или с обеих сторон уплотнительного кольца для соединений армату­ры, соединительных частей и трубопроводов с уплотнительными поверхностями исполнений 1-5, 8,9 по ГОСТ 12815, номинальным (условным) дав­лением PN от 0,1 до 20,0 МПа (от 1 до 200 кгс/см²), температурой рабочей среды от -253 до +600 "С, условным проходом (номинальным размером) DN от 10 до 3000 мм.

Эти прокладки производятся нескольких типов:

• без ограничительных колец;

• с внутренним ограничительным кольцом;

• с наружным ограничительным кольцом;

• с наружным и внутренним ограничительными кольцами.

Прокладки типа «Графлекс» из терморасши­ренного графита

Прокладки типа «Графлекс» производятся из терморасширенного графита по ТУ 3799-001-48948122-98. Прокладки типа «Графлекс» выпускаются в виде лент и набивок. Используются для уплотнения фланцев и соеди­нительных частей трубопроводов, а также присо­единительных фланцев арматуры, машин, прибо­ров, аппаратов и резервуаров. Производятся из графитовой фольги или на основе графитовой фольги. Такие прокладки выдерживают давление до 25 МПа (250 кгс/см²) и температуру рабочей среды от -200 до + 560 °С.

Рабочая среда: жидкость, воздух, пар, парово­дяная масса, газы с высокой проникающей спо­собностью (водород, гелий и т. п.), минеральные кислоты, органические кислоты, спирты, альдеги­ды, эфиры и другие органические продукты, хлор-неорганические и хлорорганические. «Графлекс» стоек к агрессивному воздействию этих сред. Графлекс нестоек к азотной кислоте, концентра­ции 10 %, серной кислоте, концентрации 60 %, царской водке, хромовой кислоте, соединениям, содержащим ион хрома VI валентности, раство­рам щелочных, щелочноземельных материалов, жидкому аммиаку, расплавам солей алюминия.

Фланцевая лента «Графлекс»

Используется для герметизации неподвижных разъ­емных соединений диаметром более 400 мм: фланцев трубопроводов, присоединительных фланцев арма­туры, машин, приборов, аппаратов и резервуаров, нестандартных фланцевых соединений различной формы и размеров.

Фланцевая лента «Графлекс» также используется для изготовления плоских прокладок. Прокладка набирается из нескольких слоев ленты, гофры позволяют укладывать ленту по диаметру фланца. Применяется для фланцевых соединений типа шип-паз, выступ-впадина.

Выпускается такая лента нескольких видов. Каждый вид имеется свои отличительные особенности.

• Фланцевая лента «Графлекс» гофрированная. Облада­ет повышенной гибкостью. Гофрированная структура позволяет придать ленте требуемый радиус кривизны.

• Фланцевая лента «Графлекс» с заданным радиусом кривизны. Ленту с заданным радиусом кривизны гораз­до легче укладывать в труднодоступных местах, снижа­ется риск повреждения ленты при монтаже.

• Фланцевая лента «Графлекс» плакированная фто­ропластом. Имеет верхний слой из экспандированного фторопласта, что повышает ее стойкость к агрессив­ным средам.

'Лента фторопластовая «Графлекс» с клеевым слоем. Основным отличием этой ленты является то, что клее­вой слой, входящий в состав ленты, позволяет в корот­кие сроки формировать многослойную уплотнительную ленту благодаря надежной фиксации.

Прокладки фланцевые на стальном основании «Графлекс-ПОГФ». Прокладки применяются в химичес­кой, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, газо­вой промышленности, тепловой и ядерной энергетике для герметизации фланцевых соединений арматуры, теплообменников, сосудов и трубопроводов при темпе­ратуре от -190 до+800 °С

• Прокладка «Графлекс-ПОГФ» на стальном зубчатом основании используется для герметизации соедини­тельных фланцев с гладкой уплотнительной поверх­ностью, а также типа «шип-паз» и «выступ-впадина».

• Прокладка «Графлекс-ПОГФ» на стальном основа­нии с буртами используется для герметизации соеди­нительных фланцев с гладкой уплотнительной поверх­ностью и типа «выступ-впадина».

Графито-фторопластовые

Появление новейшего оборудования с более вы­сокими характеристиками (высокие показатели по мощности, давлению, температуре и т. д.) обусловило повышение требований к уплотнительным деталям. Для решения проблем безопасности работы систем на таких предприятиях был разработан новый вид уплотнительного материала — графито-фторопласт. Объединение терморасширенного графита и экспандированного фторопласта обеспечивает стойкость, упругость и в тоже время пластичность, полностью исключает коррозионное воздействие на уплотнительный материал.

Этот вид прокладки фторопластовые для фланцев выдерживает широкий диапазон температур и давления, обладает жаропрочностью, устойчивостью к агрессивному воздействию рабочей среды. Прокладки смогут выдержать температуру от -60 до +260 °С, а выдерживаемое ей давление — до 25 МПа (250 кгс/см²).

На основе этого материала производятся: прокладки фторопластовые для фланцев, фланцевые ленты с фторопластовым покрытием, сальниковые кольца и сальниковая набивка с фторопластовым покрытием.