Прокладки (уплотнители) для фланцевых соединений

Прокладки для фланцевых соединений: типы и описание

Прокладки – уплотнительные материалы, предназначенные для герметичных соединений фланцев типа «выступ-впадина» или «шип-паз» в трубопроводах, теплообменниках, резервуарах и пр.

Основными потребителями фланцевых прокладок являются химическая, тепловая и нефтегазовая промышленности, транспортирующие жидкости и газы под высоким давлением. Нарушение герметичности фланцевых соединений в местах стыковке труб ведет не только к сбою технологического процесса, потере сырья и ухудшению качества конечного продукта, но и к экологическим катастрофам. Поэтому для обеспечения высокого уровня герметичности и применяют фланцевые прокладки.

Классификация прокладок

В целом, все уплотнительные материалы делят на три условные группы в зависимости от материала изготовления:

• металлические – прокладки, которые изготавливаются из мягких и пластичных металлов, способных легко деформироваться и герметизировать стык при зажатии;
• неметаллические – прокладки, которые изготавливаются из резины, паронита, фибры, полимерных материалов, и подходят для всех типов фланцевых соединений;
• комбинированные (полуметаллические) – прокладки, материалом изготовления которых могут служить комбинации типа резина-полимер, металл-полимер и др.

А также в зависимости от конструкции и формы:

• плоские – прокладки, которые представляют собой плоскую деталь в виде фланца с отверстиями под болты. Диаметр таких изделий в месте стыка труб увеличен на 1-3 мм для предотвращения попадания прокладки в основные коммуникации при сжатии;
• овальные – прокладки, которые имеют двойную область уплотнения, а благодаря округлой поверхности при контакте прокладки и стенки паза возникает концентрация напряжения, что обеспечивает герметичность даже на изношенных фланцах;
• восьмиугольные (октагональные) – прокладки, которые размещаются в специальных пазах трапецеидальной формы. Эти изделия имеют двойную область уплотнения, что гарантирует герметичность даже в тяжелых рабочих условиях;
• спиральные – прокладки, которые состоят из двух ограничительных колец и спирали. Относятся к упругим уплотнителям;
• зубчатые – прокладки, которые оптимальны для разъемных фланцевых соединений благодаря конструкции: упругие концентрические зубцы воспринимают нагрузку, а графитовый слой уплотняет возможные раковины на поверхности фланцев. Выпускаются в двух модификациях: с буртом и без;  
• гофрированные – прокладки, у которых внутренний диаметр соответствует диаметру фланца, в внешний диаметр корректируется расположением болтов.

Кроме того, все уплотнительные прокладки делятся на:

• упругие: неметаллические и комбинированные прокладки;
• жесткие: металлические, фибровые и прокладки из твердой резины.

Регламентируют прокладки мировые стандарты:

• ASME B16.20 – металлические прокладки для трубных фланцев;
• ASME B16.21 – неметаллические плоские прокладки для трубных фланцев;
• EN 1514 – прокладки плоские для трубных фланцев;
• EN 12560 - прокладки для стальных фланцев;
• API 6A - прокладки восьмиугольные для стальных фланцев;
• BS 1560 - прокладки спирально-навитые для стальных фланцев.

Фланцевые прокладки по ASME B16.20

По этому американскому стандарту выделяют следующие типы и виды уплотнительных материалов:

Кольцевые шарнирные (кольца АРМКО) или Ring Joint Gaskets (RTJ) – прокладки, для производства которых используют мягкое железо, низкоуглеродистую и углеродистую сталь, а также нержавеющую сталь марок AISI 304, AISI 316, AISI 347, AISI 410. Кольцевые фланцевые уплотнители делятся на типы:

• Тип R – прокладки, которые монтируются в заранее подготовленные пазы. Изготавливаются из высокопрочных сталей и сплавов. Кольцеобразные прокладки типа R имеют овальную или восьмиугольную форму. Стандартные диаметры от 1/2 до 24 дюймов (фланцы ASME B16.5) и от 26 до 36 дюймов (фланцы ASME B 16.47 Series A (MSS SP-44) и Series B (API 605));
• Тип RX – модификация прокладки RTJ-R с более высокими уплотняющими свойствами. Могут производится с гальваническим покрытием при специальном исполнении. Кроме стандарта ASME B16.20 тип RX регламентирует API 6A;
• Тип BX – прокладки, которые специально предназначены для повышенных классов давления (до 20 000 psi). Имеют двойную область уплотнения и требуют специальных посадочных мест. Стандартные диаметры до 30 дюймов. Кроме стандарта ASME B16.20 тип BX регламентирует API 6A.

Спирально-навитые или Spiral Wound Gaskets (SW) – прокладки, которые конструкционно представляют собой два ограничительных кольца и спираль (навитая стальная лента) с графитовым или термопластовым (PTFE) наполнителем. Выпускаются с внутренним и внешним кольцом или без них. Рекомендованы к применению в условиях особо высоких давлений и повышенных температур (+550^оС). Предназначены для фланцевых соединений плоских или типа «выступ-впадина», «шип-паз».

В свою очередь спирально-навитые прокладки делятся на типы:

• Тип SW – прокладка без наружного и внутреннего кольца. Применяется с фланцами типа «шип-паз» LT/LG (LTG) / ST/SG (STG), «плоскость-паз», «плоскость- впадина»;
• Тип SW/I – прокладка с внутренним кольцом. Применяется с фланцами типа «выступ-впадина» LM/LF (LMF);
• Тип SW/C – прокладка с наружным кольцом. Применяется с фланцами с гладкими уплотнительными поверхностями RF/FF;
• Тип SWC/I – прокладка с наружным и внутренним кольцом. Применяется с фланцами с гладкими уплотнительными поверхностями RF/FF.

Уплотнительное кольцо - деталь, которая представляет собой навитую спираль из V или W-образные чередующихся слоев нержавеющей ленты и терморасширенного графитового или фторопластового (PTFE) наполнителя. Встречаются также спирально-навитые прокладки с уплотнительным кольцом из паронита. Уплотнительные кольца могут быть со стальными внутренними или внешними ограничительными кольцами, а также с кольцами с обеих сторон.

Внутреннее кольцо – деталь, которая предназначена для снижения турбулентности во фланцевой зоне или для минимизации чрезмерного сжатия, возникающего из-за высокого напряжения посадки при работе в условиях высокого давления.

Внешнее (центрирующее) кольцо – деталь, которая не вступает в контакт с рабочей средой. Чаще всего изготавливается из углеродистой стали с гальваническим покрытием или защитным антикоррозионным покрытием.

Прокладки с металлической оболочкой или Jacketed Gaskets - прокладки, завальцованные в металлическую оболочку. Такие уплотнительные материалы оптимальны для неподвижных разъемных фланцевых соединений в трубопроводах, приборах, резервуарах и пр.

Рифленые или Grooved Gaskets – прокладки с рифлеными канавками. Такие уплотнители покрыты несколькими слоями металла и имеют центрирующее кольцо.

Фланцевые прокладки по ASME B16.21

Этот стандарт регламентирует плоские неметаллические уплотнители. Прокладки ASME B16.21 должны быть изготовлены из эластичных или гибких материалов. Металл или соединения неметалла могут быть использованы только как наполнитель или укрепление. Наиболее популярными материалами для производства неметаллических плоских прокладок являются графит, резина, паронит, прессованное асбестовое волокно и фторопласт. Отсюда и классификация таких изделий:

• Паронитовые – прокладки, которые изготовлены из листовой заготовки, которая производится методом прессовки асбеста и каучука. Такие уплотнительные материалы востребованы для фланцевых соединений типа «шип-паз», «выступ-впадина» в трубопроводах, насосах, компрессорах, газобаллонной или отопительной системах. Могут быть общего назначения, маслобензостойкие, кислотостойкие и паронитовые безасбестовые прокладки;
• Резиновые (EPDM, этиленпропилендиеновый каучук) – прокладки, которые представляют собой резиновое кольцо.  Такие уплотнительные материалы применяют для фланцевых соединений в трубопроводах с различной рабочей средой (вода, пар, газ, масло) с температурой не выше +80^оС. Могут быть общего назначения или маслобензостойкие;
• Фторопластовые (PTFE, политетрафторэтилен, тефлон) – прокладки, которые изготовлены из модифицированного или чистого экспандированного PTFE с добавками графита или стекловолокна. Такой уплотнительный материал характеризуется повышенной устойчивостью к щелочам, кислотам, растворителям и окислителям, а также устойчивостью к высоким температурам (+230^оС).  Многогранные уплотнители предназначены для стальных фланцев в трубопроводах, теплообменниках, насосах и цистернах;
• Графитные – прокладки, выполненные из листовых заготовок, которые производят из прессованного терморасширенного графита. Такой уплотнительный материал характеризуется повышенной устойчивостью к агрессивному воздействию большинства кислот (кроме азотной и серной), соляных растворов, органических веществ и растворителей, а также высокой сжимаемостью и устойчивостью к высоким температурам (+650^оС). Графитные уплотнители предназначены для фланцевых соединений в трубопроводах с паром, трансформаторах и стальных емкостях фармацевтической и пищевой промышленности.

Фланцевые прокладки по EN 1514

По этому европейскому стандарту выделяют следующие типы и виды уплотнительных материалов:

• плоские неметаллические прокладки со вставкой или без;
• спирально-навитые прокладки;
• неметаллические прокладки из PTFE (тефлон);
• гофрированные, плоские и рифленые металлические прокладки;
• защитные зубчатые металлические прокладки;
• прокладки с металлической оболочкой;
• полимерные уплотнительные кольца для рифленых фланцев.

Фланцевые прокладки из других материалов

Классификация неметаллических уплотнительных материалов:

• Арамидно-каучуковые – прокладки, которые изготавливают из листовых заготовок Reinz AFM. Выпускаются в двух модификациях: с внутренней или наружной стальной оковкой. Свойства заготовки передается готовому изделию, поэтому арамидно-каучуковые прокладки характеризуются отличным сопротивлением к растяжению и сжатию, герметичностью, устойчивостью к воздействию агрессивной химической среды и высокими прочностными показателями. Арамидно-качуковые уплотнители устойчивы к маслам и растворителям и предназначены для фланцевых соединений в трубопроводах, компрессорах, трансформаторах и стальных емкостях;
• Многогранные – прокладки, которые сочетают в себе свойства металлических (сердцевина) и графитных или фторопластовых (накладки) уплотнителей. Оптимальны для особо тяжелых рабочих условий и повышенных давлений. Металлическая сердцевина, небольшое сечение и высокая плотность накладок гарантируют минимальную диффузию. Такой уплотнительный материал характеризуется повышенной устойчивостью к химическим веществам и устойчивостью к высоким температурам (+550^оС).  Многогранные уплотнители предназначены для плоских фланцев и фланцевых соединений типа «выступ-впадина», «шип-паз» в трубопроводах, теплообменниках и цистернах;
• Гофрированные – прокладки, которые изготовлены из гофрированного металла. Конструктивно гофрированный уплотнитель состоит из гофрированной бляхи и гофрированных накладок на ней. Благодаря этому площадь поверхности для диффузии значительно уменьшается. Выпускаются круглой, овальной или прямоугольной формы. Гофрированные уплотнительные материалы обеспечивают высокий уровень герметичности и характеризуются упругостью и прочностью. Прокладки этого типа особенно востребованы при сменных давлениях и перепадах температур. Такой уплотнительный материал характеризуется повышенной устойчивостью к маслам и пару, а также устойчивостью к высоким температурам (+550^оС). Гофрированные уплотнители предназначены для фланцевых соединений в трубопроводах, теплообменниках и цистернах;
• Металлорезиновые – прокладки, которые конструктивно представляют собой металлическую основу большого диаметра с резиновой оболочкой. Характеризуются повышенной жесткостью, устойчивостью к механическим повреждениям и герметичностью даже при небольших моментах затяжки. Оптимальны для непараллельных фланцев. Такой уплотнительный материал характеризуется повышенной устойчивостью к кислотам и работоспособностью при температурах от – 30 до +200^оС. Металлорезиновые уплотнители предназначены для стальных, чугунных и металлопластиковых фланцев.