Прокладки для трубопроводной арматуры

К прокладочному материалу предъявляют требования, исходя из рабочих условий эксплуатации трубопроводной арматуры. Он должен быть дешевым и недефицитным, так как в процессе эксплуатации прокладки часто заменяют. Для создания надежной плотности материал прокладки должен заполнять неровности уплотняемых поверхностей — чаще всего поверхностей фланцевых соединений. Плотность создают при затяжке прокладок между ними с помощью болтов, шпилек и т. п. Материал прокладки должен быть упругим (эластичным), но и достаточно прочным, чтобы при затяжке соединения не происходило раздавливания прокладки или выжимания ее в сторону между уплотняемыми поверхностями под действием давления среды. Благодаря упругости прокладки обеспечивается плотность соединения при возможном искривлении поверхности фланца, например, в сварной арматуре больших размеров для малых давлений. Упругость прокладки позволяет также компенсировать влияние колебаний, возникающих от усилия затяжки, при изменении температуры или под влиянием релаксации напряжений в материале шпилек, болтов, фланцев. Коэффициент линейного расширения материала прокладки должен быть близким к коэффициенту линейного расширения материала арматуры и болтов.

Материал прокладки должен обладать стабильностью физических свойств при рабочей температуре среды, быть коррозионно-устойчивым. Если прокладку изготовляют из металла, то он должен иметь твердость и предел текучести ниже, чем металл уплотняемых поверхностей фланцев или патрубков, чтобы пластически не деформировать уплотняющие поверхности, а также не должен образовывать с металлом арматуры при данной среде гальваническую пару. Для изготовления прокладок применяют различные материалы: резину, картон, асбест, паронит, пластмассы и металлы, обеспечивающие плотность неподвижных соединений при различных условиях работы арматуры в различных жидких и газовых средах.

Для уплотнения неподвижных соединений наиболее часто применяют резину, которая практически непроницаема для жидкостей и газов, имеет достаточную химическую стойкость, обладает высокой эластичностью (относительное удлинение при разрыве составляет до 150 %). Для прокладок применяют листовую техническую резину на основе синтетического каучука без тканевых прослоек, так как прослойки иногда приводят к нарушению герметичности соединения (утечки через волокна ткани). По твердости резина подразделяется на мягкую, средней и повышенной твердости. По коррозионной стойкости резина делится на пять типов: маслобензостойкую для температур от минус 30 до 50 °С; кислотощелочностойкую для температур от минус 30 до 50°С; теплостойкую для температур до 140 °С; морозостойкую для температур от минус 45 до 50 °С и пищевую для температур от минус 30 до 50 °С. Под действием температуры в резине значительно ускоряются процессы "старения" (при более 50 °С), имеющие место и при нормальной температуре. При этом снижается эластичность резины, увеличивается ее твердость.

Для прокладок используют картон целлюлозный класса II промышленно-технический. Его применяют в арматуре для пара низкого давления, воды при температуре до 120 °С и при рабочем давлении до 0,6 Мпа; для масла при температуре не более 80 °С и давлении менее 4 МПа и в других случаях. Картон подразделяется на водонепроницаемый и прокладочный (пропитанный), используемый для нефтепродуктов при температуре менее 85 °С и давлении менее 0,6 МПа. Для высоких температур целлюлозный картон непригоден, так как он обугливается.

Фибра листовая (ФЛАК) представляет собой бумагу или целлюлозу, обработанную хлористым цинком и затем каландрованием. Применяют ее для прокладок, работающих при температуре до 100 °С и в средах керосина, бензина, смазочного масла, кислорода и углекислоты.

Асбест используют при повышенных и высоких температурах в виде листового картона или шнура. Большее распространение имеет белый хризотиловый асбест, обладающий высокой прочностью. При температуре 500 °С его прочность снижается на 33 %, а при температуре 600 °С — на 77 %. Температура плавления волокна 1500 °С. Для арматуры, работающей с газовыми средами при температуре до 600 ºС применяют непропитанный асбестовый картон. Он имеет рыхлое строение, низкую прочность, но высокую жаростойкость. Асбестовый картон, пропитанный натуральной олифой, используют для прокладок в среде нефтепродуктов при давлениях до 0,6 МПа и температуре менее 180°С. Для уплотнений больших задвижек в газовых средах используют также асбестовый шнур. Поверхность фланца в этом случае предварительно смазывают техническим вазелином. Для изготовления прокладок используют специальные ткани с пряжей из мягкой латунной или никелевой проволоки. Кроме этого, применяют комбинированные прокладки в виде колец различной формы и сечений, сердцевину которых изготавливают из асбеста.

Паронит получают из асбеста и каучука путем вулканизации и вальцевания под большим давлением. Состоит он из 60 — 70 % асбестового волокна, 12 — 15 % каучука, 15 — 18 % минеральных наполнителей и 1,5 — 2% серы. Паронит - универсальный прокладочный материал — используют в арматуре для насыщенного и перегретого пара, горячих газов и воздуха, растворов щелочей и слабых растворов кислот, аммиака, масел и нефтепродуктов при температуре до 450 "С. Допускаемое давление на паронит достигает 130 МПа. Существуют следующие марки паронита: ПОН (паронит общего назначения), ПМБ (паронит маслобензостойкий), ПА (паронит армированный) и ПЭ (паронит электролизерный).

Паронитовые прокладки общего назначения — асбосодержащий материал, изготовленный из смеси волокон хризотилового асбеста, синтетического и натурального каучука, наполнителей и вулканизующей группы. Устанавливаются для запорной арматуры при перекачке пресной перегретой воды, насыщенного и перегретого пара, сухих нейтральных и инертных газов, воздуха, водных растворов солей, жидкого и газообразного аммиака, спиртов, жидкого кислорода и азота, тяжелых и легких нефтепродуктов. Применяются при давлении до 6,4 МПа и температуре от минус 50 до 450 °С для труб диаметром 10 — 800 мм (рис. 1.15).

Рис. 1.15. Паронитовые прокладки.

Полимерные материалы применяют для прокладок при невысоких температурах среды. В качестве прокладочного материала применяют пластикат полихлорвиниловый, по эластичности близкий к резине. Он легко деформируется и уплотняет фланцевые соединения при относительно небольших усилиях натяга. Используют его для арматуры химических производств при температуре от минус 15 до 40 ºС. Полиэтилен, обладающий высокой химической стойкостью, применяют для прокладок при температурах среды от минус 60 до 50 ºС.

Фторопласт-4 служит для сложных прокладок, у которых сердцевину изготавливают из асбеста, резины или гофрированной стали, а облицовку — из фторопласта. В таких прокладках сердцевина обеспечивает упругость, а облицовка — высокую химическую стойкость. Фторопластовые прокладки используют при температуре среды от минус 250 до 200 ºС. Выпускают также фторопластовый уплотнительный материал (ФУМ) марок В, Ф, К для температуры от минус 60 до 150 °С в виде шнуров различных профилей и размеров. Он обладает высокими антикоррозионными свойствами, как и фторопласт-4, но более удобен для использования. Допускаемое давление на прокладку из ФУМ до 30 МПа.

Винипласт листовой применяют как прокладочный материал в агрессивных условиях кислот и щелочей при температуре не выше 65 и не ниже минус 15 °С.

Компласт является пористым фторопластовым уплотнительным материалом, получаемым в результате одноосной ориентации профильного жгута из ПТФЭ марки Ф4Д. Компласт содержит много пустот, поэтому он гибок, легко меняет форму, и может принять любую конфигурацию. При сжатии с достаточным усилием пустоты можно легко ликвидировать и получить материал нужного типа, обладающий большей упругостью и меньшей хладотекучестью по сравнению с традиционными фторопластовыми уплотнениями (рис. 1.16, рис. 1.17).

Рис. 1.16. Структура фторопласта.

Рис. 1.17. Комплект фторопластовых уплотнений.

Благодаря своему происхождению данный материал обладает высокой термической и химической стойкостью и может использоваться в очень жестких условиях. На основе данной технологии можно производить различные уплотнительные втулки и кольца с более высокими эксплуатационными показателями нежели, аналогичные, полученные методом механической обработки, кроме того, данная технология является практически безотходной в отличие от механической обработки, где количество отходов может достигать 90% от массы заготовки.

Компласт предназначается для использования в качестве химически стойкого набивочного и прокладочного материала, применяемого в узлах запорной арматуры, насосов и различных уплотнений машиностроительного оборудования, фланцевых и резьбовых соединений трубопроводов, включая оборудование и трубопроводы пищевой, фармацевтической и медицинской промышленности и трубопроводов горячего и холодного питьевого водоснабжения. Диапазон рабочих температур от минус 60 °С до 200 °С и давления среды до 20 МПа (210 кгс/см2). Если конструкция сальниковой полости изделия позволяет производить установку предварительно сформованной втулки из пористого жгута, то рекомендуется предварительно сформовать втулку с давлением, обеспечивающим обжатие по высоте примерно в два раза. Аналогичным образом можно формовать уплотнительные элементы любой формы, для различных задач.

Для изготовления прокладок применяют металлы: алюминий марок АО, А, АД1; свинец марки С2; никель марок НП1, НВК; медь марок M1, М2; малоуглеродистую сталь марок 05, 08 и легированную сталь марок ОХ18Н10 и 12Х18Н10Т. Для нефтяных и газовых сред обычно используют прокладки из алюминия, малоуглеродистой и легированной стали. Металлические прокладки изготавливают в виде плоских колец прямоугольного сечения из листового материала, колец фасонного сечения из труб и поковок чечевичного, овального и гребенчатого сечений. Гребенчатые прокладки имеют сечение плоского прямоугольника с треугольными выступами в виде гребенки. Применяют также комбинированные прокладки с мягкой сердцевиной из асбеста или паронита с облицовкой из листового алюминия, малоуглеродистой или кислотостойкой стали ОХ18Н10, 12Х18Н10Т. Металлические прокладки обеспечивают достаточную плотность при высоких давлениях и высоких температурах среды. Недостатки таких прокладок — необходимость создания больших усилий для обеспечения прочности соединения, относительно низкие упругие свойства, значительная релаксация напряжений и относительно высокая их стоимость.