法兰标准

氧气管道上的法兰用垫片，应按国家有关的现行标准选用；管道法兰的垫片应按下表选用： 氧气管道上法兰用垫片 工作压力MPa ≤0.6 ＞0.6≤3.0 ＞3.0≤10 ＞10 垫片 橡胶石棉板 缠绕式垫片、聚四氟乙烯垫片 波形金属包石棉垫片、缠绕式垫片、聚四氟乙烯垫片、退火软化铝片、铜片 退火软化铜片 国际上管法兰标准主要有两个体系，一个是以欧盟EN为代表的欧洲管法兰标准体系（公称压力采用PN表示）；另一个是以美国ASME为代表的美洲管法兰标准体系（公称压力采用class表示）。

欧洲管法兰标准体系与美洲管法兰标准体系是两个不同且不能互换的管法兰标准体系，此外，还有日本JIS管法兰（公称压力采用K表示）标准体系，但在我国石油化工装置中不多用，或仅用于公用管道工程。

EN1092-1（PN标识）包含了公称压力为PN2.5、PN6、PN10、PN16、PN25、PN40和PN100共七档，公称尺寸为DN10～DN4000。法兰的结构型式有板式平焊、对焊环松套、平焊环松套、翻边松套、带劲对焊、整体、螺纹和法兰盖共八种。密封型式有全平面、突面、凹面/凸面、榫面/槽面和O形圈槽。与英制管系列钢管配合使用。

美国ASME B16.5《管法兰和法兰管件》是一套完整的、系统的、使用广泛的管法兰标准。其公称压力为class150、class300、class400、class600、class1500和class2500共七档，公称尺寸为DN15～DN600，法兰结构型式有带劲平焊、承插焊、螺纹连接、对焊环松套、带劲对焊和法兰盖，密封面型式有突面、全平面、凹面/凸面（分大、小两种）、榫面/槽面（分大、小两种）以及金属环连接面。ASME B16.5-2003中除螺栓尺寸和螺栓孔尺寸以外，采用了米制单位，英制单位尺寸列在附录中。ASME B16.5-2003对材料分组和相应的压力-温度额定值作了较大的调整，增加了许多新材料。ASME B16.47《大直径钢法兰》适用于公称尺寸大于DN600的法兰，内容包含A、B两个尺寸系列，A系列为通用的大直径钢法兰（原MSS SP44），B系列为用于石油工业的紧凑型钢法兰（原 API605）。

欧洲体系法兰标准和美洲体系法兰标准都是以英制管为对象，但公称压力等级不同，相互交叉也有重复，连接尺寸完全不同，因此，无法互配。若以压力等级来区分，PN系列为PN2.5、PN6、PN10、PN16、PN25、PN40、PN63、PN100、PN160、PN250、PN320、PN400；class系列为class150（又可称为PN20）、class300（又可称PN50）、class400（又可称为PN68）、class600（又可称为PN110）、class900（又可称为PN150）、class1500（又可称为PN260）和class2500（又可称为PN420）。

ISO7005-1是国际标准化组织发布的管法兰标准，ISO 7005-1:1992实际上是把美国ASME B16.5与原德国DIN两套标准合并而成的。管法兰的公称压力分两个系列，第一系列为PN10、PN16、PN20、PN50、PN110、PN150、PN260、PN420，第二系列为PN2.5、PN6、PN25、PN40。在两个压力系列中，PN2.5、PN6、PN10、PN16、PN25、PN40的法兰尺寸按照DIN（欧洲体系）确定。法兰的结构型式有板式平焊、平焊环松套、翻边环松套、对焊环松套、带劲对焊、带劲平焊、螺纹法兰、承插焊法兰和法兰盖共九种类型。密封面有突面、全平面、凹面/凸面、榫面/槽面、橡胶环连接、环连接面共六种。

由于ISO 7005-1在公称压力系列上处理不当，即：

1、把两个体系混合编排，造成使用中的体系混乱；

2、而却把欧洲体系的公称压力体系限制在PN40以下，致使欧洲体系的使用不便； 3、美洲体系公称压力用PN表示，且管子外径按ISO 4200的规定，致使美洲体系的使用不便。

表1-1管法兰标准 配管 英制管 欧洲体系（PN系列） GB/T 9112～9124-2000 HG 20592～20605-1997 HG 20592～20605-1997 JB/T 74～86-1994 美洲体系（class系列） GB/T 9112～9124-2000 HG 20615～20626-1997 SH3406-1996 公制管 HG 20592～20605-1997《钢制管法兰、垫片、紧固件》是一套按欧洲体系和美洲体系分别编制的管法兰标准、体系清晰、使用操作性强，包括了欧洲体系的英制管和公制管以及美洲体系的英制管的使用。在编制上参照ISO 7005-1(1992)、ISO 7483:1991和ASME B16.5等标准。自发布以来，已在化工、炼油、冶金、电力、轻工、医药、化纤等行业部门的配管、设备专业广泛使用，经历了多年生产实践的检验，具有成熟的工程使用经验，满足了当时工程建设的需要。但是在反复使用过程中也反映出一些问题，如法兰密封面加工粗糙度的表示，紧固件长度规格等，加上我国材料标准的调整以及新材料的出现等标准化基础建设进步，需及时进行调整、修订、补充和完善。随着国际上实用管法兰技术和标准的不断发展，和我国工程建设的大型化、复杂化等发展趋势，以及引进装置、国际工程项目合作增加，对工况多样复杂，涉及的介质、材料繁多等特点的石油化工行业用管法兰连接提出了很多特殊的要求和结构型式。 第二节 HG∕T20592-2009《钢制管法兰（PN系列）》 1、公称压力 参照EN 1092-1-2002，公称压力范围定为PN2.5～PN160，取消PN250等级。PN250主要用于高压法兰，由于配合的钢管壁厚增加，为了维持管内的通径，必须对钢管的外径尺寸进行调整，加大钢管的外径。鉴于高压法兰特点，删除PN250，修订后不列入HG标准范围。

2、适用的配管尺寸系列

标准中保留使用两套配管的钢管尺寸系列，即国际上（ISO 4200）通用的管子系列（俗称“英制管”）和国内仍然保留使用的钢管外径系列（俗称“公制管”）。取消PN250法兰配用的钢管外径系列。

英制管系列是ISO 4200中的第一系列，也是HG/T20553《化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系列》中所列的Ia系列钢管外径尺寸，除表1-2所列外，与ASME钢管外径尺寸一致。

公制管系列是HG/T 20553中所列的Ⅱ系列钢管外径尺寸。

表1-2钢管外径 公称通径DN 英制管（ISO、HG、SH） 英制管（ASME） 65 76.1 73 125 139.7 141.3

3.连接尺寸

连接尺寸主要指螺栓中心圆直径、螺栓孔直径、螺纹尺寸、螺栓个数、法兰外径。本次修订中，有 螺栓孔径M M27 M30 M33 2009版 30 33 36 1997版 29.5 32.5 35.5 我国GB/T9112～9124-2000《钢制管法兰》与HG/T 20593-2009（PN系列）的连接尺寸一致，可以配合使用。

但是JB/T 74～86-1994《管路法兰》是一套PN系列的老标准，虽在1994年进行修订，但仍保留了众多不合时宜的规定，因此在新建的工程中不能再使用JB/T74～86。机械行业 标准法兰的连接尺寸与修订后化工行业管法兰（PN系列）并不完全一致； 1) 紧固件的螺纹尺寸和螺栓孔径部分有差别，但对于互换使用影响不大； 2) 有三个法兰的紧固件个数不同，影响配合使用（PN2.5-DN500，PN6-DN500，

PN10-DN80）；

3) PN160等级的机械行业标准法兰，其所有连接尺寸、结构尺寸以及配合的钢管外径

尺寸与化工行业标准法兰等都不相同。

4) 管法兰的外径尺寸不同，不影响使用，但影响外观。 4、密封面尺寸

化工行业标准法兰的密封面突台直径d按EN 1092-1进行了调整。与我国国家标准、机械行业标准都略有不同，不影响配合使用。密封面突台高度f1、f2、f3，按EN 1092-1进行了调整。

法兰的凹面/凸面和榫面尺寸W、X、Y、Z在标准包括的范围内，与EN、GB、JB是完全一致的。 5、法兰类型

本标准包括的法兰类型有板式平焊法兰、带劲平焊法兰、带劲对焊法兰、整体法兰、承插焊法兰、螺纹法兰、对焊环松套法兰、平焊环松套法兰、法兰盖和衬里法兰盖、孔板法及夹套法兰共计12种。

1) 板式平焊法兰。板式平焊法兰的适用范围从PN25提高到PN40，建议不使用在易燃

易爆和高度、极度危害介质等要求严格的场合。其密封面型式包括突面和全平面。国内外管法兰标准中板式平焊法兰的适用压力范围见表1-4.

表1-4 标准 EN 1092-1 ISO 7005-1、GB/T 9112 JB/T81-1994 JIS B2220-2004 HG/T20592 适用压力范围 PN2.5～PN100 PN2.5～PN40 PN2.5～PN25 PN7～PN14(5K、10K) PN2.5～PN40 2) 带劲平焊法兰好承插焊法兰。与带劲对焊法兰相比，带劲平焊法兰和承插焊法兰的劲部高度低，生产采用滚扎或模锻的工艺，比带劲对焊法兰简单。法兰上增加了短劲，对提高法兰刚度、改善法兰的承载能力都大有益处。在引进的石油化工装置中普遍使用带劲平焊法兰和承插焊法兰结构型式。另一方面，带劲平焊法兰和承插焊法兰采用填角焊缝结构，现场安装较方便。对于施工单位可以省略焊缝拍片探伤的

工序，所以比较受欢迎。

由于带劲平焊法兰和承插焊法兰的结构特点，对其使用亦有限制，可参考GB/T20801-2006《压力管道规范 工业管道》的规定。

3) 螺纹法兰。螺纹法兰是工程设计中广泛使用的一种法兰结构，具有现场安装方便，

不需要焊接的优点。螺纹法兰仅适用于英制管尺寸系列。采用的管螺纹分为按GB/T7306规定的55°圆锥螺纹（Rc）、按GB/T 7306规定的55°圆柱内螺纹（Rp）和按GB/T 12716规定的60°圆锥管螺纹（NPT）。采用60°圆锥管螺纹时，DN65法兰配用的钢管外径应为73mm，DN125法兰配用的钢管外径应为141.3mm。 对于螺纹法兰在使用上亦有一定的限制，可参考GB/T 20801的规定。 4) 对焊环松套法兰和平焊环松套法兰。对焊环松套法兰和平焊环松套法兰主要适用于

具有腐蚀性介质的管道系统，法兰和对焊环、平焊环可以采用不同的材料，所以能节省不锈钢的用量，降低法兰成本，提高使用性能。松套法兰中法兰的变形并不直接导致密封面的转角。

平焊环松套法兰的制作较为简单，尤其适合设备制造厂单件生产，可以避免单件、小批采购的困难。

6、法兰尺寸

1）法兰内径。平焊法兰的法兰内径是根据钢管外径泵考虑1%左右的外径偏差，加上适当的间隙而确定的。本次修订考虑与HG、GB、SH、ASNI标准的钢管配合使用，带劲平焊法兰的内径（英制管）在以下四档作了调整（见表1-5） DN 15 125 300 350 NPS 1/2 5 12 14 法兰内径（A系列钢管）HG/T20592-2009 22.5 143.5 326 360 法兰内径（A系列钢管）HG/T20592-1997 22 141.5 327.5 359.5 7、法兰的技术要求

法兰用材料。本次修订对管法兰用材料品种进行调整。根据我国材料标准的制订情况，增加了以下管法兰用材料：钢板有14CrMoR、12CrMo1R（GB 713-2007《锅炉和压力容器用钢板》）和0Cr18Ni11Nb（GB/T 4237-2007《不锈钢热轧钢板和钢带》）。锻件有A105、25(GB/T12228-2006《通用阀门 碳素钢锻件技术条件》)、14Cr1Mo（JB4726-2000《低温压力容器用低谷合金钢锻件》）。铸件有LC3、LCC（JB/T 7248-1994《阀门用低温钢铸件技术条件》）和WC6、WC9、C12A（JB/T5263-2005《电站阀门铸钢件技术条件》）。增加的铸钢件品种满足了阀门、泵及法兰的使用需要。 同时取消了以下材料：GB/T 16253《承压钢铸件》中ZG280/520G、ZG240/450G、ZG15Cr1Mo、ZG12Cr2MoG、ZG07Cr20Ni10、ZG07Cr19Ni11Mo2、ZG03Cr18Ni10、ZG03Cr19Ni11Mo、ZG08Cr20Ni10Nb；JB 4727中09Mn2VD;GB3531《低温压力容器用低合金钢钢板》中09Mn2VD。 表面粗糙度和尺寸公差。参照EN 1092-1和ASME B16.5对未标注要求的法兰密封面的表面粗糙度进行了修订。对加工后法兰密封面缺陷尺寸进行了规定。突面、凹面/凸面及全平面密封面是采用加工刀具加工密封面时自然形成的一种锯齿形同心圆或螺旋齿槽。 参照EN 1092-1对管法兰的尺寸公差进行了修订

8、法兰的压力-温度表

法兰的压力-温度表数值是指法兰在不同的工作温度下所能承受的最大允许工作压力，是标准法兰选用的重量参数，尤其是对高温下使用的法兰。长期以来，国外积累了大量的资料和

使用经验，制定了相应的标准管法兰压力-温度等级表。EN 1092-1中设定材料屈服强度225MPa为基准，按式（1-1）计算不同工作温度下最大允许工作压力p（PN为公称压力）

第三节GB/T20615-2009《钢制管法兰（class系列）》和GB/T20623-2009《大直径钢制管法兰（class系列）》

1.公称压力和适用的钢管外径系列

钢制管法兰（class系列）部分的编制以ASME B16.5和ASME B16.47（大直径）为依据，直径在DN15～DN600时，公称压力设class150、class300、class600、class900、class1500、class2500六个等级，直径在DN650～DN1500时，公称压力范围定为class1500、class300、class600、class900四个等级。公称压力等级标识由PN改为class。

美国ASME管法兰标准适用于英制管，其适用的钢管外径尺寸与ISO以及我国化工、石化部门的HG、SG英制管尺寸有所差异。本标准中使用的钢管外径为HG/T 20553中所列的Ia系列钢管外径尺寸，也是ISO 4200中第一系列。除表1-6所列外，与ANSI钢管外径尺寸一致。

表1-6钢管外径 公称通径DN 英制管（ISO、HG、SH） 英制管（ASME） 65 76.1 73 125 139.7 141.3 2.连接尺寸 连接尺寸主要指螺栓中心圆直径、螺栓孔直径、螺纹尺寸、螺栓个数、法兰外径。本次修订中，有三档螺栓孔尺寸作了调整，见表1-7.

表1-7 螺栓孔径M M27 M30 M33 2009版 30 33 36 1997版 29.5 32.5 35.5 4.法兰的类型

本标准包括的法兰类型有带劲平焊法兰、带劲对焊法兰、整体法兰、长高劲法兰、承插焊法兰、螺纹法兰、对焊环松套法兰、法兰盖、孔板法兰以及夹套法兰共计10种。在1997版标准的基础上增加了长高劲法兰、孔法兰和夹套法兰结构型式。各种类型法兰的适用公称压力和公称尺寸范围以及密封面型式同1997版标准。 7.法兰的压力-温度表

法兰的压力-温度表数值是指法兰在不同的工作温度下所能承受的最大允许工作压力，是标准法兰选用的重量参数，尤其是对高温下使用的法兰。长期以来，国外积累了大量的资料和使用经验，制定了相应的标准管法兰压力-温度等级表。ASME B16.5中材料设定许用应力8750（psi）为基准，按公式（1-2）计算不同工作温度下最大允许工作压力p（class为公称压力）。而且最大允许工作压力p应不大于按使用经验确定的最大允许工作压力p的限定值pc。 （1-2）

（1-3） pc（bar）为最大允许工作压力p的限定值。Class为公称压力标识后面的数字，对于公称压力为class150的法兰，取115代入。法兰材料许用应力（MPa）取下列最低值：

1）常温或者设定温度下屈服强度的60%（碳钢和合金钢）或者70%（奥氏体不锈钢）； 2）常温或者设定温度下抗拉强度25%的1.25倍；

3）由高温长期强度决定的许用应力值。

本次修订的HG/T 20615-2009《钢制管法兰（class系列）》按照法兰用材料分组原则，参照按ASME B16.5确定材料的压力-温度值。 第二章

管法兰连接的主要失效形式是泄漏。泄漏与密封结构型式、被连接件的刚度、密封件的性能、操作、安装和配合等许多因素有关。垫片作为法兰连接的主要元件，对密封起着重要的作用。所以，在修订钢制管法兰标准的同时，也应相应地与管法兰配套的垫片标准。 第一节

本系列标准中管法兰用垫片型式包括非金属平垫片、聚四氟乙烯包覆垫、金属包覆垫、缠绕垫、具有覆盖层的齿形垫和金属环垫。原1997版中柔性石墨复合垫归入非金属平垫片标准中。此外，在飞金属平垫片标准中增加了高温云母复合板垫片，它由316双向冲齿不锈钢板和云母层复合而成，可用于高温工况，在极端高温下（900度）云母完全不会氧化。适用的密封面型式有突面、凹面/凸面和榫面/槽面。 第二节

根据各种垫片的结构、材料和实际密封性能以及与其相配合的法兰结构型式、主要参数和密封面型式，确定了本标准六种垫片的适用范围。

1）管法兰用垫片（PN系列）的适用范围见HG/T 20614-2009附录A表A.0.3。 2）管法兰用垫片（class系列）的适用范围见 HG/T20635-2009附录A表A.0.3。 本次修订与1997版相比，增加了缠绕垫C型（带对中环型）和D型（带内环和对中环型）Class2500的尺寸，以适应用户的订货要求。

扩大了齿形垫的公称压力范围，为class15~class2500，并增加用于榫面/槽面和凹面/凸面法兰的A型（基本型）(class300~class1500)。补充了大直径法兰用金属环垫尺寸（class系列）

需要注意的是，除金属包覆垫外，垫片的外径到紧固件，而不是到螺栓孔边缘。 3）垫片的最大（P*T）值

垫片的使用压力和使用为温度之间存在一定的关系。一般，使用温度升高，垫片的许用工作压力降低，垫片的适用不应超过HG/T20614-2009或HG/Y20635-2009中规定的最大（P*T）值，且不推荐垫片在其最大（P*T）值附近使用。

中低压法兰常用密封面形式有平面、凹凸面和榫槽面三种。 1、平面法兰

该法兰面是一光滑平面，有时也在密封面上车有两条截面为三角形的同心圆沟槽（俗称水线）

适用于平面法兰的垫片有各种非金属平垫片，包覆垫、金属包垫、缠绕式垫片（可同时带内环、外环和内外环。由于结构简单加工方便，便于防腐衬里的施工，故可在公称压力P<2.45MPa时使用，在0.588MPa压力以下，温度不高的场所尤为适宜，但这种密封面与垫片接触面积较大，所需压紧力大，安装时垫片不易定位，预紧后垫片易向两侧伸展或移动，故如聚四氟乙烯等摩擦因数较小的垫片，不宜采用该种密封面，另外，如使用缠绕垫片，为了重复利用垫片，密封面上不车制三角槽。 2、凹凸面法兰

该法兰密封面由一凹面和一凸面组合而成，垫片放置在凹面上，其适用的垫片有：各种

非金属平垫、包覆垫、金属包垫、缠绕垫片（基本型或带内环型），金属波形垫、金属平垫和金属齿形垫。

与平面法兰相比，凹凸面法兰中垫片不易被挤出，装配时便于对中，工作压力范围比平面法兰宽，用于密封要求较严的场合，但对于操作温度高，封口直径大的设备，使用该种密封面时垫片仍存在被挤出的可能，如某换热器，压力2.45MPa，温度250℃，使用纯铝平垫片。纯铝最高使用温度为425℃，其密封应该可靠，事实上，换热器投入运行不久就出现泄漏，二次紧固后也仅维持一段时间，经停车检查，发现垫片内径发生显著变形，其原因是纯铝的塑性良好，250℃时的屈服强度约是常温下的15%，伸长率高达4~5倍，这就是说在高温下铝垫的压延、蠕变现象严重，因此垫片和法兰面之间无法保持所需要的密封比压，故必须更换垫片材质或采用榫槽面法兰易于解决。 3榫槽面法兰

该法兰密封面由一榫面和一槽面配合组成，垫片置于槽内，适用垫片有金属及非金属平垫、金属包垫、缠绕垫（基本型）等，与凹凸面法兰一样，榫槽面法兰在槽中不会被挤出，压紧面积最小（只有平面法兰和凹凸面法兰的52%~68%）垫片受力均匀，由于垫片和介质不直接接触，介质腐蚀影响和压力介质的渗透影响较小，可用于高压、易燃、易爆、有毒介质等密封面要求严格的场合，这种密封面垫片安装时对中性好，但该密封面加工和垫片更换较为困难。 4其他密封面形式的法兰

透镜法兰、椭圆垫圈法兰、梯形槽法兰、O型垫圈法兰等特殊密封面形式。 采用透镜垫圈的透镜法兰，受介质压力作用将透镜垫向外挤压，与法兰上的透镜槽表面贴合得更严，加强密封效果，提高可靠性，使用压力大于6.4MPa，缺点是要求较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，（法兰透镜槽加工困难）。

椭圆垫圈法兰采用椭圆垫圈密封，密封效果较好，但加工比较麻烦，椭圆度要求较高。 梯形槽法兰采用的密封有八角垫和椭圆垫，密封效果可靠，使用压力大于6.4MPa。 O形密封垫圈法兰，密封效果很好，奶冲击振动，可承受32MPa的高压，广泛用于液压系统和真空系统。

垫片的种类：垫片的种类繁多，按其材料和结构大致可分为三大类：非金属垫片、金属复合型垫片、金属垫片。

非金属垫片：橡胶、橡胶石棉板、柔性石墨、聚四氟乙烯等，截面形状皆为矩形。 金属复合型垫片：金属包垫、金属缠绕垫。

金属垫片：金属平垫、波形垫、环形垫、齿形垫、透镜垫、三角垫、双锥环、C形环、中空O形环等

按照密封分类的原则，上述垫片中的金属平垫、波形垫、环形垫、齿形垫、透镜垫属于强制型密封，而其余则属于半自紧或自紧式密封。 2.2.3垫片的性能和构造

各种垫片的性能和构造分别介绍如下。 1、非金属垫片

1）橡胶板 用于密封的橡胶品种比较多，一般有天然橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、异丁橡胶、丁苯橡胶、乙丙橡胶、硅橡胶、氟橡胶。

制作垫片的橡胶板材用量较大的有天然橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶三种。近几年，氟橡胶等特种橡胶也逐步推广使用。 由于橡胶材料质地柔软，故经常在橡胶板中加入各种织物予以增强，如尼龙布、涤纶布、玻璃纤维布以及金属丝网布等。

有关橡胶板的数据，详见工业橡胶板标准GB 5574-85。

2）石棉橡胶板 是由石棉、橡胶和填料经压制而成的。根据其配方、工艺、性能及用途不同，主要有高压石棉橡胶板，中、低压石棉橡胶板和耐油石棉橡胶板。

石棉橡胶板有适宜的强度、弹性、柔软性、耐热及耐介质性，用它制作垫片，既方便又便宜，因此在化工企业中，尤其是中、小型化工厂得到广泛使用。

随着石油化工行业的迅速发展，石棉橡胶板相继出现了一些新产品。例如，由石棉橡胶板和一层或多层镀锌钢丝网或不锈钢丝网组成的增强石棉橡胶板以及在石棉中加入氟橡胶制成的耐酸耐油石棉板。

3）膨胀石墨 亦称柔性石墨，是用天然鳞片石墨制成，经强氧化性混合酸处理，形成层间化合物----氧化石墨。氧化石墨受热分解放出CO2等气体，急速分解膨胀，致使石墨体积急剧膨胀（其膨胀程度可为原来厚度的100～300倍），形成疏松、柔性而又有韧性的膨胀石墨。经膨胀后的石墨疏松、多孔而又卷曲，类似毛虫，其表面极大，表面能高，吸附力强，无需黏结剂。

纯膨胀石墨垫片与低压石棉垫片相比，压缩率很大，但其厚度仅是石棉垫片的一半。如用于管法兰时0.8mm厚即可。垫片尺寸如太大，由于其机械强度低，易折断，不利安装使用，为此需用金属给予不强。如汽车的气缸垫，它是汽缸密封的新密封材料，使膨胀石墨的特点在苛刻使用条件下得到很好发挥，其使用寿命相当石棉垫片的5倍，即相当于汽车的使用寿命。垫片尺寸较小时，可用牛皮纸之类粘贴于垫片表面，予以增强，安装使用也较方便，有时也把垫片直接粘贴于法兰面上使用，网状铁芯石墨垫片是以镀锌铁皮件骨架（厚度0.5mm），在铁皮上开孔，利用两侧铁皮毛刺粘接膨胀石墨后压制成垫片，用于3MPa以下压力，金属垫片两侧均粘贴膨胀石墨垫片，最高使用压力可为2.1～4.2MPa，垫片系数m=2，预紧比压为7～140MPa。当其内径或外径接触强氧化介质时，介质温度应在400℃。这种垫片已用于换热器、管道法兰、液面计、燃烧炉及阀门盖的密封。厚度有0.38mm、0.76mm、0.8mm、1.52mm及1.6mm等几种。 使用时最终负荷决定膨胀石墨的堆积密度，在适宜的堆积密度下使用，能获得良好的密封效果，考虑设备安装、设备本身精度会产生附加载荷，故一般工况条件下选取垫片的填料密度不需太大。如搪瓷件表面或不平直法兰的密封就是将低密度垫片（带）分段安装在密封面上，每段均有5～10mm搭接长度，密封件尺寸大、厚度不够时可重叠一层，但不宜超过三层。上述方法很适用于大型化工设备如加热器、搅拌机的密封面。当更换垫片时，只需将设备上部吊起，去掉损坏的密封垫，按上述原则放上新的密封垫（带），然后压紧即可，此法也可用于设备抢修等应急场合。

如密封面粗糙度差，填料函、轴、阀杆精度不高，也应选用低密度填料环，施加较低的预紧力即可使填料产生较大的变形，从而与密封副贴合良好取得预期密封效果。在高温、高压及高速条件下，则应选较高密封的填料，如能采用一组密度不同填料则效果更佳，近压盖处放置的填料密度最低，，按离压盖的近远依次放较低密度和较高密度的填料，使填料对轴、阀杆产生较均匀的密封力，从而提高密封效果。 4）氟橡胶

A.聚四氟乙烯是用于密封的氟塑料之一。聚四氟乙烯以碳原子为骨架，氟原子对称而均匀的分布在其周围，构成严密的屏障，它具有非常好的综合物理力学性能。聚四氟乙烯对强酸、强碱、强氧化剂及有很高的抗蚀性，即使温度较高，也不会发生作用，其耐腐蚀性能甚至超过玻璃、陶瓷、不锈钢以致金、铂，所以，素有“塑料王”之称。除某些芳烃化合物能使聚四氟乙烯有轻微的溶账外，对酮类、醇类等有机溶剂均有耐蚀性。只有熔融态的碱金属及元素氟等在高温下才能对其起作用。 聚四氟乙烯的介电性能优异，绝缘强度及抗电弧性能也很突出，介质损耗角正切值很低，但抗电晕性能不好。聚四氟乙烯不吸水，不受氧气、紫外线作用，耐候性好，在户外暴

露3年，抗拉强度几乎保持不变，仅伸长率有所下降。聚四氟乙烯薄膜与涂层由于有细孔，故能透过水和气体。

聚四氟乙烯在200℃以上，开始极微量的裂解，即使升温到结晶体溶点327℃，仍裂解很少，每小时失重为万分之二。但加热至400℃以上热裂解速度逐渐加快，产生有毒气体，因此，聚四氟乙烯烧结温度一般控制在375～380℃。

聚四氟乙烯的热导率较小，该性能对其成型工艺及应用影响较大。其不但导热性差，且线膨胀系数较大，加入填充剂可适当降低闲膨胀系数。在负荷下会发生蠕变现象，亦称作“冷流”，加入填充剂可减轻蠕变程度。

聚四氟乙烯可以添加不同的填充剂，选择的填充剂应基本满足下述要求：能耐380℃高温即四氟制品的烧结温度；与接触的介质不发生反应，与四氟树脂有良好的混入性，能改善四氟制品的耐磨性、冷流性、导热性及线膨胀系数等。常用的填充剂有无碱无蜡玻璃纤维、石墨、碳纤维、MoS2、Al2O3、CaF2、焦炭粉及各种金属粉。如填充玻璃纤维或石墨，可使四氟制品的耐磨、耐冷流、填充MoS2，可提高其润滑性；填充青铜、铝、镍、银、钨、铁等，可改善导热性；填充聚酚亚胺或聚苯脂，可提高耐磨性，填充聚苯硫醚后能提高抗蠕变能力，保证尺寸稳定等。在相同的温度条件下，填充后的聚四氟乙烯其抗压强度、压缩弹性模量、抗弯强度、硬度、摩擦因数和耐磨耗性、热导率均比纯四氟乙烯高。但抗拉强度和伸长率则有所下降，线胀系数也减小。

应予注意的是加入填充剂后对PV的影响，pv值不是常数，而是随负荷及速度而改变。负荷增加则最大pv值减小；速度增加最大pv值增大，加入填充剂可使最大pv值提高10倍以上。

由于聚四氟乙烯有一系列优异的性能，因此，常用做化工生产中的密封材料，如机械密封的摩擦副、压缩机的填料、活塞环；或制成V形、O形及楔形的成型填料、垫片、缠绕垫、生料带、弹性带等。

聚四氟乙烯由于分子本身结构上的特点，分子链较僵硬，结晶能力强，即使加工温

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度达到其熔融温度（327℃），黏度仍高达10～10Pa.s，，故其加工只能采用类似陶瓷制品及粉末冶金成型加工方法。

b.聚四氟乙丙烯F46（FEP）的透明性比聚四氟乙烯好，耐化学药品性能与介电性能基本上与聚四氟乙烯相当，但耐热性不如聚四氟乙烯，最高使用温度为205℃。聚全氟乙丙烯的高频介质损耗角正切高于聚四氟乙烯，其薄膜的密封性比聚四氟乙烯薄膜好，表面特性基本与聚四氟乙烯相同，当其熔融成黏稠液态时，对金属如铝、钢、不锈钢等有很好的润湿性，可做黏结剂。在室温空气中，聚全氟乙丙烯耐辐射性能比聚四氟乙烯好。

C.可溶性聚四氟乙烯（PFA）的性能与聚四氟乙烯基本相同。它可在260℃以下长期使用，耐开裂性能及挠曲寿命比聚全氟乙丙烯好得多，高温时力学性能降低的程度比聚四氟乙烯小，同聚全氟乙丙烯一样，在熔融或液态时，对金属有良好的润湿性，可做黏结剂，其黏结强度比用聚全氟乙丙烯高。

5、其他 为了解决化工生产中的密封问题，国内还试制出一些石棉类垫片。 A.石棉树脂板垫片。采用蓝石棉和聚氯乙烯树脂等原料制成的一种软质板状材料裁成的耐酸垫片，强度较高，耐压性能好，价格较为便宜。试样在65%硝酸中煮沸1h，重量损失为7.28%。

B.石棉浸渍垫片。采用耐酸的蓝石棉板冲制成型并经浸渍耐酸涂料而成的一种定型耐酸密封垫片。

上两种垫片在硝酸、硫酸做浸泡、煮沸试验后，其失重和增重百分比均大大低于耐酸石棉橡胶板。

C.石棉编织垫片。将石棉绳编织成扁平状，然后将两头用石棉绳缝接而制成的垫片。根据使用温度的高低，石棉用料有所不同。目前，国内采用60%～70%蓝石棉与一级温石棉混制的石棉编织垫片，可使用至800℃。

2、金属复合型垫片

非金属垫片（除柔性石墨外）的耐高温、高压性能均不如金属材料。因此，为了解决高温、高压设备的密封，设计了金属复合型垫片。

金属包垫 该垫片以非金属材料为芯材，外包厚度为0.25～0.5mm的金属薄板。按包覆状态，可分为全包覆、半包覆、波形包覆、双层包覆等。

金属薄板根据材料的弹塑性、耐热性和耐蚀性选取。主要有铜、镀锌铁皮、不锈钢、钛、蒙乃尔合金等。使用较多的为铜、镀锌铁皮和不锈钢。

作为金属包垫的芯部材料，耐热性是主要考核指标。一般采用石棉板或低橡胶用量的石棉橡胶板、耐高温性能好的碳纤维或瓷质纤维（一般指碳化硅纤维、氮化硅、氮化硼纤维）及柔性石墨板材等。

金属包垫的另一特点是能制成各式异形垫片。如椭圆形、方形、带叉形或更复杂的形状，可以满足各种热交换器管箱和非圆形压力容器密封的需要，而其他复合型垫片却不能。

金属带缠绕式垫片 是由薄的金属波形带与石棉或柔性石墨等非金属带交替绕成螺旋状，将金属带的始末端点焊而制成。国外亦称作螺旋垫片。

缠绕垫有四种类型：基本型、带内环的、带外环的、带内外环的。钢带剖面形状也有两种：W形和V形。W形钢带回弹性能优于V形，但加工困难，目前国内大部分使用V形。钢带材料一般使用低碳钢、不锈钢、钛、蒙乃尔合金等，厚度为0.15～0.2mm。国内大都采用低碳钢、1Cr18Ni9Ti不锈钢。非金属带材中，曾以石棉带为主，但随着柔性石墨材料得到迅速发展，已取代石棉缠绕垫。此外，国外还出现了聚四氟乙烯带、陶瓷纤维纸、碳纤维纸缠绕垫片。缠绕垫的标准有JB 1162-82。

加内、外环对增进缠绕垫的密封性能有一定作用。由于金属带断面形状使缠绕垫获得一定弹性，再加上内、外环，则当基本型垫片受压时，外环与内环分别处于受拉和受压的状态；当基本型垫片载荷下降时，内、外环储藏的能量释放，提高了垫片的回弹力。与其他类型垫片相比，增强了对压力和温度变化的适应能力，二次紧固的必要性也大大减小。

另外，加内环可阻止由于过度紧固造成的垫片压损，减小法兰之间的间隙，防止因流体涡流对垫片的侵蚀；加外环有助于安装时垫片的定位。

膨胀石墨金属缠绕垫（以下称缠绕垫）有不锈钢型带缠绕垫，还有采用软钢或不锈钢板补强的。其适用介质及使用温度有一定范围，用软钢板补强的垫片使用温度为-10～500℃，用不锈钢板补强的为-240～800℃，如接触强氧化介质，则使用温度不高于400℃。缠绕垫的垫片系数m=3，预紧比压63MPa。缠绕垫所用不锈钢的物理力学性能参见表1-5-1.

缠绕垫的耐温性、耐渗透性均优于石棉缠绕垫。如缠绕垫的抗氧化温度可达580℃，而石棉材料在500℃时烧损量已达25%，在约300℃时开始失去结晶水，渗透率大大增加。

表1-5-1不锈钢的物理力学性能 刚类 1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni 韦氏硬度（HV） 170～200 170～200 使用最高温度/℃ 870 510 钢带厚度/mm 0.15～0.20 0.15～0.20 缠绕垫的加、卸载特性与其他类垫片相似，加压后有永久变形，但变形量较之四氟

及石棉金属缠绕垫片为小，当预紧比压为500MPa时，压缩率为11%～26%。

缠绕垫的回弹率范围较大，预紧比压在30～60MPa之间是，回弹率为30%～70%，比压大时回弹率小，比压小则回弹率大。由于加强环有储能作用，带内外环加强环的缠绕垫的回弹性最好，单纯带外加强环的比单纯带内加强环的为好，而带内环加强的则比基本型好，同类型的垫片其直径则回弹性好。

缠绕垫的卸载弹性模量是表示垫片在工作状态下自动补偿密封能力的参数，受压垫片工作时，由于介质压力波动或螺栓应力出现松弛，往往造成法兰间隙的增加，需垫片回弹以补偿此间隙，从而保证密封效果。缠绕垫当预紧比压小于60MPa时，其卸载弹性

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模量E0.076=1.7X10MPa，而石棉缠绕垫E0.076=（2～3）X10MPa，这表明膨胀石墨缠绕垫对间隙的补偿能力优于石棉缠绕垫。

膨胀石墨缠绕垫的原始厚度和压缩厚度达到下表时，密封性能最佳： 原始厚度/mm 压缩厚度/mm 3.2 2.4~2.6 4.5（V1型） 3.3~3.7 4.5（V2型） 3.3~3.5 7.5 5.4~5.7 垫片的密封面宽度随其内经增大及使用压力增高而增大，膨胀石墨缠绕垫国内外均已应用，由于其回弹性比石棉缠绕垫好，对温度波动又不敏感，故可用于有热冲击的场合。

国外在410℃、19.4MPa的热交换器，水煤气管道，566℃、24MPa电站的蒸汽锅炉与管道使用缠绕垫密封，效果较好。日本某炼油厂的渣油加氢脱硫反应器，温度为400～450℃，压力为14～16MPa，缠绕垫片尺寸已达到φ760mm。国内某厂用于Dg200、Pg25阀门时，温度为370℃，预紧比压为22.05MPa，在温度为268～350℃、压力为2.3MPa时预紧比压为40MPa。

3、金属垫片

强制型密封常用的金属垫片有金属平垫、波形垫、齿形垫、环型垫（包括八角垫、椭圆垫两种）。这些垫片制造比较复杂，特别对于直径大的垫片（如环形垫），需经卷制、焊接、探伤、车削多道工艺，精度和表面粗糙度要求相对高一些，故成本也高，一般用于高温、高压和非金属垫以及金属包垫所不能胜任的苛刻条件下。

金属垫片根据介质的温度和物理性能，通常选用铝、铜、软钢、纯铁、不锈钢、钛、蒙乃尔合金等材料。