选择符合工作条件的垫片材料及尺寸原则

垫片的选择应根据工作系统的温度、压力及被密封介质的种类、化学性能（如腐蚀性、毒性、易燃易爆性、污染性等）、物理性能（密度、黏度等）和密封面的形状等考虑。一般要求垫片材料不污染工作介质、具有良好的变形能力和回弹力；垫片的耐用温度应大于操作温度；要有一定的机械强度和适当的柔软性；在工作温度下不易变质硬化或软化。同时，应考虑介质的放射性、热应力及外力等对法兰变形的附加影响；检修更换垫片是否容易；垫片现场加工是否可能；经济性及材料来源等。

在垫片的使用中，压力和温度两者是相互制约的，且随着温度的升高，在设备运转一段时间后，垫片材料发生软化、蠕变、应力松弛现象，机械强度也会下降，密封的压力随之降低，反之亦然。

（1）垫片材料的选择 选择垫片材料要考虑以下因素：

1）考虑易挥发有机物的逸出要求。从健康和环保的角度出发，严格控制易挥发有机物的逸出，减少来自法兰接头的泄漏成为优先考虑的因素。因此，出现了多种密封性能更好的材料，包括无石棉材料的垫片。由于它们具有不同的性能和局限性，应正确选择、安装、使用和维护这类垫片，以得到最佳的性能变得尤其重要。

2）密封介质。垫片应在全程工作条件下不受密封介质的影响，包括抗高温氧化性、抗化学腐蚀性、抗溶剂性、抗渗透性等，显然垫片材料对介质的化学耐蚀性是选择垫片的首要条件。

3）温度范围。所选用垫片应在最高和最低的工作温度下有合理的使用寿命。为了在工作条件下保持密封，垫片材料应能耐受蠕变，以降低垫片的应力松弛。室温下，大多数垫片材料没有大的蠕变，不影响密封性能，但随着温度的升高（超过100℃），蠕变变得严重。因此最容易用来区分垫片质量优劣的是垫片在不同温度下的蠕变松弛性能。除了短期能耐受最高或最低的工作温度外，还应考虑允许连续工作温度的影响，通常该温度低于最高工作温度而高于最低工作温度。

4）工作压力。垫片必须能承受最大的工作压力。这种最大工作压力可能是试验压力，因为它可能是最大工作压力的1.25～1.5倍。对于非金属材料的垫片，在选择其最大工作压力的同时，要考虑垫片所能承受的最高工作温度，尤其如饱和水蒸气，因其蒸汽压力越高，蒸汽的温度也越高。用于真空操作的垫片也需作特殊考虑，如一般真空可采用橡胶黏结纤维压缩垫片；对于较高真空可采用橡胶O形环或矩形模压密封条；对于很高真空，需采用特殊的密封材料和结构形式。

5）法兰密封面表面粗糙度。法兰密封面表面粗糙度是影响密封性能的重要因素之一，但不同形式的垫片和应用场合，对粗糙度有不同的要求，应具体情况具体分析。

6）其他考虑。还有许多影响垫片材料和结构形式选择的因素如下：①循环载荷。若温度或压力存在频繁波动，则必须选择有足够回弹能力的垫片。②振动。若管线有振动，则垫片必须能经受反复的高循环应力作用。③污染介质。如密封介质是饮用水、血浆、药品、食品、啤酒等，要考虑垫片材料本身的化学物质是否会对介质造成污染，这时应采用符合食品和医药卫生要求的PTFE或橡胶等材料。④磨损。某些含悬浮颗粒的介质会磨损垫片，导致垫片的使用寿命缩短。⑤法兰腐蚀。某些金属（如奥氏体不锈钢）有应力腐蚀的倾向，应保证垫片材料不含会引起各种腐蚀的超量杂质，如核电站不锈钢耐酸法兰用的柔性石墨垫片中的氯离子含量要求不超过50×10^-6。⑥安全性。如密封高度毒性的化学品，则要求垫片具有更大的安全性；如对缠绕垫片而言，则选用带外环形式，使之具有很高的抗吹出能力等。此外，对石油炼厂，还有防火的要求。⑦经济性。虽然垫片材料相对比较便宜，但决定垫片的品质、类型和材料时，应考虑到泄漏造成的物料流失、停工损失以至发生重大破坏造成的经济后果，所以应综合考虑垫片的性能与价格比。

常用密封垫片的适用范围和经济性能见表2-1。

表2-1 常用密封垫片的适用范围及经济性能

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①SHB-S01规定使用压力一般不大于4.0MPa；HG标准规定适用于PN为0.6～4.0MPa（欧洲体系法兰）/2.0MPa（Classl50）、5.0MPa（Class300）（美洲体系法兰）。

②非氧化性介质为800℃。

（2）垫片尺寸选择的一般原则

1）尽可能选择薄的垫片。垫片要求的厚度与其形式、材料、直径、密封面的加工状况和密封介质等有关。例如对大多数非金属垫片而言，随垫片厚度减少，其抵抗应力松弛的能力会增加；薄的垫片其周边暴露于密封介质的面积也少，沿垫片本体的渗漏也随之减少。为保证垫片必须填补法兰密封面的凹凸和起伏不平的要求，垫片的最小厚度取决于法兰密封面的表面粗糙度、垫片的压缩性、垫片应力、法兰的偏转程度等。如果法兰是平行的，则对非金属平垫片，其最小厚度可由下式计算

t_min=2×法兰密封面表面粗糙度的最大深度×100/C

式中，C是给定垫片应力下的压缩率（%）。

2）尽可能选择较窄的垫片。在同样的螺栓载荷下，垫片越窄，垫片应力就越高，密封压力也就越高；但垫片应不至于被压裂或压溃；同时，要考虑具有必需的径向密封通道长度和足够的吹出抗力。一般的板状垫片通常可根据公称直径和公称压力选取，如图2-5所示，并按照实际法兰和使用情况做适当的修改，例如法兰密封面表面粗糙度低或密封介质黏度低，则增加宽度。

图2-5 垫片宽度选择参考

3）不让垫片内径伸进管道内且过分增加垫片的外径。前者会导致管内介质冲刷垫片，不但污染介质，增加流动阻力，还会因垫片材料被介质浸胀而损坏压缩部分的垫片；后者会因受环境的腐蚀，同样损害垫片。对于密封面为凸面或全平面的法兰，当垫片仅位于螺栓孔中心圆内时，通常出于安装定位的需要，将垫片外径（或外环外径）取为螺栓孔中心圆直径减去螺栓孔（或螺栓）直径。