墊片密封一直都是工業(yè)安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。該文分析了傳統(tǒng)墊片在載荷力過大或者系統(tǒng)工況波動下存在的不足，提出了革新性的魚骨墊片創(chuàng)新設(shè)計，介紹了魚骨墊片的結(jié)構(gòu)和密封原理，通過測試數(shù)據(jù)的對比顯示，魚骨墊不僅極大地降低了密封泄漏率，而且顯著提高了生產(chǎn)、環(huán)境和人員健康的安全保障，為極端環(huán)境下更可靠、更牢固的密封問題提供了新的解決方案。

　　引言

　　墊片在確保工業(yè)的安全生產(chǎn)中一直都起著極其重要的作用，尤其是在石油、燃氣、化工、造紙和發(fā)電等這些與流體相關(guān)的行業(yè)中，比如那些供揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)和高壓蒸汽通過的管道。工廠里有成千上萬這種管道的連結(jié)點、象法蘭、泵閥座、換熱器和反應(yīng)器艙蓋之類。所以可靠而有效的密封一直都是安全生產(chǎn)的關(guān)鍵，而真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)認為墊片則是確保密封有效可靠的關(guān)鍵。

　　理論上，一個好的墊片需要同時具備堅韌性和回彈性，但事實上，要想真正有效地做到這兩點，其實是非常難的。一般情況下，在高溫高壓的工況下，超過90%工程師最先想到的一定是用纏繞墊和齒型墊進行密封。這兩種最傳統(tǒng)而保守的選擇有什么問題嗎?有問題就是在實際操作中，落后的設(shè)計根本無法同時做到既強韌又靈活。于是大家都在等待一種新設(shè)計的誕生，有時候，我們需要魚和熊掌可以兼得。

1、傳統(tǒng)墊片的種類

　　纏繞墊發(fā)明于1912年，由金屬鋼帶纏繞密封填料兩部分組成，見圖1。相較于單一材質(zhì)的墊片，纏繞墊在強度和非金屬的密封性能上具有明顯的優(yōu)勢。但在現(xiàn)場操作中，維修人員便很快發(fā)現(xiàn)這些性能沒法做到100%的可靠。

圖1 纏繞墊結(jié)構(gòu)

　　當(dāng)焊接結(jié)點在內(nèi)端的時候，纏繞墊時常會出現(xiàn)散架的現(xiàn)象，由此便會導(dǎo)致松散的金屬鋼帶被吸入管道系統(tǒng)，造成法蘭處發(fā)生泄漏，這種情況會直接威脅生產(chǎn)的安全和穩(wěn)定性。除此之外，這些情況也會造成纏繞墊散架，比如螺栓扭力過大，壓力高峰值過大，溫度的波動等。因此需要一種更好的設(shè)計來應(yīng)對這些狀況：一種可以讓墊片在極端環(huán)境下更可靠更牢固的設(shè)計。這種有明顯改進后的設(shè)計出現(xiàn)在1976年，一種叫做齒型墊的墊片，見圖2。齒型墊由一個一體成型的金屬骨架組成，骨架的上下兩面做溝槽處理，并在溝槽處填充非金屬密封材料。相對纏繞金屬帶，這種一體的金屬構(gòu)造的優(yōu)點是，強度增加且不會出現(xiàn)金屬帶松散的情況。但也同時帶來的問題是，缺乏彈性，導(dǎo)致回彈性較差。

　　除了纏繞墊和齒型墊，還有一部分專業(yè)設(shè)計墊片的出現(xiàn)，但這些設(shè)計卻沒有一個進入等待革新的主流市場，這些墊片加起來的占有率還不到小眾市場的10%。例如，包覆墊和金屬環(huán)墊都完全依賴“金屬對金屬”進行密封，效果并不理想；還有一種波齒墊，波形金屬構(gòu)造覆著非金屬密封填料，理論上近乎完美：牢固，有彈性，耐壓，不會損傷法蘭表面。但是，它依然有一個致命的缺點：波齒墊的厚度與其他所有墊片都不同。為了保證波齒墊的彈性，金屬的波形層必須要薄，但是一旦波形層厚度變薄，它的總厚度就不符合一般法蘭設(shè)計的要求。理論上，更換一個更薄的墊片不是什么大問題，甚至可以被認為是一個優(yōu)勢(這點需要另一篇文章詳細說明)；但到了現(xiàn)場，大多數(shù)工程師對此仍然顧慮重重。

圖2 齒型墊結(jié)構(gòu)

2、新型魚骨墊片

　　魚骨墊也是一種墊片，一種突破傳統(tǒng)設(shè)計，為高溫高壓下的密封問題提供最終解決方案的新型墊片，這是我們研發(fā)設(shè)計的一種可以承載革新重任的新設(shè)計。魚骨墊由艾志環(huán)保管接技術(shù)股份有限公司研發(fā)，受到國際專利保護。正如其名，魚骨墊主要有3個組成部分：魚骨形一體成型的金屬骨架，朝向流體的多層同軸斜齒，在墊片上下雙面貼覆非金屬的密封填料，如石墨或者聚四氟乙烯(PTFE)。客戶可以自由選擇是否需要加強型內(nèi)環(huán)。無論哪種選擇，魚骨墊都可以和傳統(tǒng)設(shè)計的墊片交替使用，比如同外徑，內(nèi)徑，厚度的纏繞墊和齒形墊。圖3所示是魚骨墊的基本結(jié)構(gòu)，上下兩面貼覆石墨或者PTFE，組成復(fù)合墊片。

圖3 魚骨墊的基本結(jié)構(gòu)

　　魚骨墊最明顯的優(yōu)勢是它具備纏繞墊理論上的彈性和齒型墊理論上的強度。您肯定會問，那不就是所有傳統(tǒng)設(shè)計的合體嗎?其實魚骨墊自身獨特的特性遠不止于此。

　　首先，我們之前說過魚骨墊的其中一個結(jié)構(gòu)：所有朝向流體介質(zhì)的斜齒，即使是靠近中心環(huán)的斜齒。這樣的設(shè)計使得魚骨墊可以在系統(tǒng)流體壓力下獲得自密封力，以此推動靠近中心環(huán)的斜齒打開法蘭構(gòu)成一個初密封。壓力越大，密封效果越佳。齒型墊是不具備這一特質(zhì)的，而對纏繞墊是否有自密封性一直都存有爭議。無內(nèi)環(huán)的纏繞墊可以具有自密封性，但是散架的可能性極大。這就是為什么按照美國API 和新版ASME的規(guī)定一般纏繞墊必須帶有增強性內(nèi)環(huán)�？山Y(jié)果是，一旦加上內(nèi)環(huán)纏繞墊又會喪失大部分的自密封能力。

　　再者，魚骨墊的斜齒結(jié)構(gòu)呈月牙形，因此，在月牙形的頂端，斜齒接觸的不會是一個點，而是一個面。而月牙斜齒的底端牢固且有彈性。我們來比較下纏繞墊和齒型墊，纏繞墊的金屬鋼帶朝向法蘭被壓至45°角，而齒型墊的齒就更加尖銳，對法蘭表面的傷害極大。因為這個原因而損毀的法蘭替換成本還是極高的。

3、對比測試

　　我們把魚骨墊片與其他類型的墊片進行了對比測試，測試項目和測試結(jié)果見表1～表3。

表1 魚骨墊與纏繞墊、齒型墊的泄漏率對比

表2 魚骨墊™與纏繞墊、齒型墊的TA-LUFT 測試對比

表3 魚骨墊™ 與纏繞墊的抗壓潰性能測試比對

4、結(jié)論

　　表1～表3 可以說明，魚骨墊相較于之前的纏繞墊、齒型墊設(shè)計有以下優(yōu)點：高強度和高彈性的平衡；可以和同規(guī)格任意傳統(tǒng)墊片替換使用；不會損傷法蘭；結(jié)構(gòu)不會散架。

　　那現(xiàn)場的工程師們會問：“我們需要用魚骨墊來替換掉現(xiàn)在所有的墊片嗎?”其實我們不會這樣建議，至少這不是首選的方法，可以先從問題發(fā)生最多的區(qū)域開始替換。這是一些可以自查的問題：哪個部分是最常需要維護的(法蘭的再次緊固，替換密封實效的墊片還是大設(shè)備上實效的墊片)?哪個部分的墊片最容易被壓壞?纏繞墊在哪里最容易散架?哪里的法蘭替換成本高，需要重點保護?

　　“可我為什么要換一個更好的墊片呢?”“世上哪有一種設(shè)計可以做到100%完美呢?”那我們的問題是：生產(chǎn)中，怎樣的安全才叫絕對的安全?1%的泄漏是不是就可以接受?如果不是，那0.1%呢?又能接受嗎?這就是我們想說的，沒有任何一個準(zhǔn)確的數(shù)字可以足夠說明我們的目標(biāo)。我們的目標(biāo)就是用最先進的技術(shù)，最合理的成本，將泄漏率減少到最小，真正實現(xiàn)最安全，最穩(wěn)定的生產(chǎn)。