金属缠绕垫片失效形式及原因分析

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1、金属缠绕垫片失效形式及原因分析金属缠绕垫片由V形或W形不锈钢带和非金属填充料叠合，螺旋卷绕，始末端点焊而成。主要的密封部位是由金属缠绕带和非金属填料带，交替缠绕在一起形成的，其中，金属缠绕带的通用材料为304SS不锈钢和316L/316SS不锈钢，非金属填料带的通用材料为石墨(Graphite)和四氟乙烯（PTFE）。具有良好的压缩－回弹性能，适用于温度、压力交变剧烈的密封部位，是管道、阀门、泵、换热器、塔、人孔、手孔等法兰连接处的静密封元件。广泛应用于石化、机械、电力、冶金、造船、医药、原子能和宇航等部门。在我公司特别是热力系统也得到了广泛的应用，取得了良好的密封效果，但

2、是，不到规定使用周期发生密封失效的现象也还是存在的。本文结合笔者多年的工作实践，对金属缠绕垫片的失效形式和原因进行剖析，以期找出相应的应对措施。1·金属缠绕垫片的失效形式。金属缠绕垫片的失效主要有以下几种：（1）金属缠绕垫片本身没有破损或者散卷，表面也没有明显的冲涮勾痕。但是却受到过度挤压，失去弹性,回弹率为0。（2）金属缠绕垫受压正常，无散卷现象，但是表面有冲涮勾痕，覆盖在表面的柔性石墨等非金属填料被介质冲掉。（3）基本型金属缠绕垫出现破碎散卷现象。（4）增强型金属缠绕垫的增强圈断裂，使得金属缠绕垫出现散卷。2·失效原因分析。我们知道，对于管道、换热器、阀门、塔槽等法兰连

3、接处的静密封元件，当密封垫承受的预紧力（端面比压）小于密封介质的压力时，密封失效,发生泄漏；当垫片承受的预紧力（端面比压）大于密封介质的压力时，就能实现完全密封，泄漏为0。所以密封的关键是始终使密封垫承受的预紧力不小于密封介质的压力，只要预紧力大于介质压力,就能实现良好的密封效果。金属缠绕垫片由于具有良好的压缩－回弹性能，广泛应用于热力管道及压力交变剧烈的密封部位，密封效果明显优于其他的密封垫。其密封效果综合取决于缠绕金属自身的压缩性、回弹性以及密封填料的塑性变形。压缩率越大，回弹率越高，(最佳压缩率满足18％～30％，回弹率最大—--不小于17%)，则密封性能越好。热力管

4、道最大的特点是输送介质的压力和温度不会是恒定不变的,在相对稳定的工况下也会有波动，而在系统停用、投运的过程中，波动就更大。当输送介质的温度和压力出现波动时，作用在密封垫片上的预紧力就会发生变化。波动范围越大，预紧力的变化也越大。（1）如果波动的趋势是使预紧力减小，由于金属缠绕垫片有良好的回弹率，会自动地补偿预紧力，在一定的范围内仍能实现良好的密封。当金属缠绕垫片出现完全回弹时,介质就会泄漏出去，一旦覆盖在垫片端面上的柔性石墨等非金属填料被冲掉，出现沟槽，密封就会永久失效。（2）如果波动的趋势是使预紧力增大，在合理的范围内，会强化密封效果。但是如果预紧力增加过大，使密封垫产生

5、塑性变形而不再产生回弹，当工况再次发生波动时，将会产生泄漏，同上，一旦覆盖在垫片端面上的柔性石墨等非金属填料被冲掉，出现沟槽，密封就会永久失效。（3）如果作用在金属缠绕垫上的预紧力足够大，密封垫将被压溃，基本型金属缠绕垫将出现散卷，密封永久失效。对于增强型金属缠绕垫，由于增强圈的约束作用而受到强烈的挤压，如果增强圈的强度不足或质量有问题，增强圈有可能会断裂，密封垫散卷。（4）基本型金属缠绕垫由V形或W形不锈钢带和非金属填充料叠合，螺旋卷绕，内外圈的始末端用高频点焊而成。当使用在热力系统，由于输送介质的温度和压力始终处于波动状态之中，作用在密封垫上的预紧力处于交变波动工况中，

6、也就是说，金属缠绕垫不停地处在压紧－松动－压紧···的状态之中。内外圈高频点焊部位受到交变应力作用，当这种作用力持续一定的时间，焊接部位将会出现裂纹、断裂、脱落，当所有的点焊部位都断裂脱落时，金属缠绕垫就会散卷，密封永久失效。基本型的金属缠绕垫90%是这样失效的。只有10%是因为预紧力过大而压溃失效的。3·应对措施。金属缠绕垫片由于具有良好的压缩－回弹性能，所以是较好的静密封材料，其良好的密封性能在热力系统上最能得到体现。对于基本型，其失效主要有两种原因：一是预紧力消失；二是缠绕金属散卷，散卷主要原因是交变的预紧力作用和预紧力过压溃所至。所以针对不同的使用工况,选用不同的金

7、属缠绕垫至关重要。3.1在管道输送介质压力和温度变化不大的工况下，如工业给排水管道、工业煤气管道可以选用基本型的柔性石墨金属缠绕垫，但安装时要注意两点：（1）预紧力一定要适中，不能过小更不能过大，不能出现肉眼可见的偏压现象；（2）垫片不能安偏，确保密封介质不直接冲涮垫片内圈。3.2在管道输送介质压力和温度变化较大的工况下，如热力系统管道，对于凸凹法兰，应选用带内增强圈的垫片柔性石墨金属缠绕；对于平法兰，应选用带内外增强圈的柔性石墨金属缠绕垫。但是要注意以下几点：（1）内增强圈内径比通径大1～2mm左右，外径比凹法兰