В трубопроводных системах и трубопроводной арматуре используют прокладки различных конструкций. Но не меньшим разнообразием отличаются материалы, из которых их изготавливают. В их число входят: бумага, картон, целлюлоза, фибра, резина, асбест, графит, металлы (прокладки металлические ─ из стали, меди, алюминия бронзы и т. д.), паронит, широкий спектр полимерных материалов ─ полиэтилен, фторопласт, поливинилхлорид и другие.
Требования к прокладочным материалам
Условия обеспечения герметичности в прокладках, как и в сальниковых уплотнениях, зависят от свойств рабочей среды ─ ее давления, температуры, агрессивности. Разуплотнение прокладок во фланцевых соединениях может быть вызвано не только абсолютными значениями температуры, но и ее колебаниями, изменяющими размеры прокладки и механические свойства материала, из которого прокладка изготовлена. Повышение температуры создает пластическую деформацию прокладки, вызываемую увеличением затяга болтов или шпилек. При понижении температуры, напротив, затяг снижается, и прокладочное соединение теряет плотность.
В соответствии с задачами, решаемыми прокладками, к прокладочным материалам предъявляется целый набор требований, наиболее важными из которых являются:
-
Дешевизна и доступность
Эти качества важны как фактор снижения эксплуатационных расходов трубопроводной арматуры в связи с большими объемами использования прокладочных материалов и необходимостью их частой замены;
-
Упругость
Упругость ─ качество, необходимое для обеспечения лучшей герметичности уплотняемых с помощью прокладок соединений. Например, при искривлениях уплотняемых поверхностей материал прокладки должен компенсировать эти искривления даже при не слишком больших усилиях зажатия, чтобы предупредить возможность появления опасных, приводящих к потере герметичности пустот между соединяемыми деталями. Или при колебаниях температуры компенсировать упругими свойствами вызванное температурным расширением изменение размеров прокладки. В отдельных документах это искривление (отклонение от параллельности) может быть регламентировано. Например, в «ГОСТ 32569-2013. Межгосударственный стандарт. Трубопроводы технологические стальные. Требования к устройству и эксплуатации на взрывопожароопасных и химически опасных производствах» указано, что при сборке фланцевых соединений сборочных единиц, допускаемые отклонения от параллельности уплотнительных поверхностей фланцев не должны превышать 10% от толщины прокладки.
-
Механическая прочность
Прокладка не должна разрушаться под воздействием механических нагрузок, связанных с ее монтажом, т. е. при затягивании болтов или шпилек; в то же время материал прокладки не должен быть таким твердым и прочным, чтобы деформировать уплотняемые поверхности, что может иметь место при использовании в качестве прокладочных материалов металлов.
-
Температуроустойчивость
Материал прокладки не должен терять свои механические свойства при воздействии высоких и низких температур. Иначе он расплавится и вытечет при высоких температурах или начнет трескаться и рассыпаться при низких;
-
Коррозионная устойчивость
Подобно механическим нагрузкам и высоким температурам химическое воздействие рабочей среды способно вызвать разрушение или, по меньшей мере, потерю функциональности прокладки.
Прокладки картонные: бумага, картон, целлюлоза, фибра
Картон, бумага, целлюлоза и фибра ─ родственные материалы. А бумага и картон ─ фактически один и тот же.
Различие между бумагой и картоном основывается, прежде всего, на оценке их толщины и массы. Картон толще, обладает более высокой жесткостью, отличается низкой степенью воспламеняемости.
У картона немало «специальностей»: кровельный картон, обувной картон, электротехнический картон, тарный картон. Прокладки из целлюлозного картона используются в трубопроводной арматуре в ограниченном диапазоне ─ при температуре до 120°C и давлении до 6 кГ/см2. Для изготовления прокладок применяют водонепроницаемый картон (с низкими показателями водопоглощаемости и линейной деформации при увлажнении и высыхании) и прокладочный картон. Последний бывает двух марок: А ─ для прокладок, используемых в среде воды, масла и бензина, и Б ─ для прокладок, используемых в воде и воздухе. Предел прочности при растяжении в поперечном направлении картона марки А составляет не менее 18 МПа, а картона марки Б ─ не менее 16 или 20 МПа в зависимости от толщины.
Картон марки А изготавливают из небеленой хвойной целлюлозы; в картон марки Б допустимо добавлять макулатуру.
Предназначенный для изготовления уплотнительных прокладок во фланцевых и других соединениях прокладочный картон используют также для изготовления лекал в легкой промышленности и в качестве основы для картин, написанных маслом.
По своим параметрам с прокладкой из картона сходна фибровая прокладка. Листовая фибра ─ твердый монолитный материал, получаемый в результате обработки нескольких слоев бумаги-основы. Для изготовления прокладок трубопроводов применяется фибра прокладочная кислородостойкая (ФПК) и фибра касторово-глицериновая.
Резиновые прокладки
Резина (на латыни resina означает смола) ─ продукт вулканизации каучука ─ обладает немалым числом достоинств, делающих целесообразным ее применение в качестве материала для изготовления прокладок. Главные среди них ─ высокая эластичность и непроницаемость для жидкостей и газов.
Различают резины, изготавливаемые на основе натурального каучука и его сочетания с другими каучуками, а также резины на основе синтетических каучуков. Отличительная особенность резины ─ способность к обратимым упругим деформациям в чрезвычайно широком температурном диапазоне. Этому способствует наличие в составе технической резины немалого числа (иногда нескольких десятков) компонентов. Состав и технологии изготовления предопределили большое разнообразие видов резин и областей их применения. В т. ч. для уплотнения соединений.
Прокладки из резиновой пластины ТМКЩ (тепломорозокислотощелочестойкой) используют в трубопроводной арматуре, управляющей такими средами как воздух, азот, вода (пресная, морская, техническая), кислоты и щелочи концентрацией до 20% при температуре от −40 до +80 OС.
Морозостойкость резины означает ее способность сохранять эластичность и другие ценные свойства при низких температурах. Добиться повышенной вплоть до −55°C морозостойкости резины можно, управляя кристаллизацией каучуков, подбирая их соответствующие смеси, добавляя пластификаторы и наполнители.
В несколько более узком температурном диапазоне (от −30 до +80°C) работают прокладки из пластины резиновой МБС (маслобензостойкой). В соответствии с названием резины, сделанные из нее прокладки используют в арматуре, перемещающей масла, бензин и другие виды топлива на нефтяной основе, а также воздух, азот и иные газы.
В сторону более высоких температур смещен рабочий диапазон теплостойкой резины. Выполненные из нее прокладки можно применять при температурах от −30 до +90°C, а для пара при температуре до 140°C. Теплостойкость резины определяется по температуре, после достижения которой происходит снижение предела прочности и относительного удлинения.
Еще один вид резины, из которого изготавливают уплотнительные прокладки, ─ «пищевая» резина, безопасная при соприкосновении с пищевыми продуктами. Прокладки из нее можно использовать при перемещении таких рабочих сред как молоко, растительное масло, фруктовые соки, пиво и т.д.
Асбестовые прокладки
Асбест получают из минерального сырья. Асбест как почти никакой другой материал способен противостоять огню. Асбестовые прокладки особенно уместны в трубопроводной арматуре, предназначенной для управления потоками высокотемпературных или горючих пожароопасных сред, их можно использовать при температуре до 600°C.
Температура плавления асбестового волокна превышает 1000°C. Хотя при росте температуры прочность асбеста несколько снижается. Так, при 500°C он теряет примерно треть своей прочности. Все виды асбеста (а их параметры варьируются в зависимости от месторождения) достаточно устойчивы к щелочам, а асбест отдельных месторождений устойчив к кислотам.
Асбестовые прокладки могут изготавливать из асбестового картона: картон асбестовый КАОН-1, КАОН-2 ─ общего назначения; КАП ─ картон асбестовый прокладочный. Для прокладочного картона КАП нормативными документами предусмотрен ряд толщин: 1,3, 1,6, 1,9, 2,5 мм.
Асбестовая прокладка может армироваться мелкой латунной или никелевой проволокой.
Для уплотнений в качестве прокладки используется асбестовый шнур, в виде спирали укладываемый на поверхность фланца.
Хорошие эксплуатационные параметры имеют прокладки из колец различной формы и сечений, с сердцевиной из асбеста, а облицовкой из тонкого пластмассового или металлического листа.
Паронит. Паронитовые прокладки
Паронит ─ листовой прокладочный материал, получаемый в результате прессования асбокаучуковой массы, состоящей из асбеста, каучука и порошковых ингредиентов. Прокладки из паронита позволяют добиться необходимой герметичности соединений различного типа в условиях воздействия агрессивных сред, высоких температур и давления. Прокладки из паронита применяют для уплотнения соединений, работающих:
в воде и паре при давлении 5 МПа и температуре 450°C;
нефти и нефтепродуктах при температуре 200─400°C и давлении 7─4 МПа;
а также жидком и газообразном кислороде, этиловом спирте и т. д. Для улучшения механических свойств паронитовых прокладок их армируют металлической сеткой.
Выпускаются различные марки паронита. Прокладки изготавливают из паронита общего назначения паронит ПОН, паронита маслобензостойкого — ПМБ, паронита кислотостойкого ПК.
Последний может использоваться для изготовления прокладок, работающих в среде кислот, щелочей, окислителей, нитрозных и других агрессивных газов, органических растворителей. Прокладки из паронита марки ПМБ функционируют в среде тяжелых и легких нефтепродуктов, масел, рассолов, сжиженных и газообразных углеводородов.
Паронит общего назначения ПОН пригоден для изготовления прокладок, контактирующих с пресной перегретой водой, насыщенным и перегретым паром, воздухом, сухими нейтральными и инертными газами, водными растворами солей, жидким и газообразным аммиаком, спиртами, жидкими кислородом и азотом, тяжелыми и легкими нефтепродуктами.
Прокладки из пластиковых материалов
Внедрение полимеров (пластиков) произвело настоящий переворот в промышленных технологиях. Сегодня они занимают все более значимое место в производстве уплотнительных материалов. Для изготовления прокладок используют такие широко известные пластики как поливинилхлорид (прокладки ПВХ) и полиэтилен. Но и прокладка полиэтиленовая, и прокладка поливинилхлоридная по совокупности своих эксплуатационных параметров уступают прокладкам из фторопласта. На сегодняшний день именно фторопластовые уплотнительные материалы вообще и фторопластовые прокладки, в частности, являются наиболее востребованными.
Фторопласт ─ материал химически стойкий и достаточно температуроустойчивый (сохраняет свои механические свойства при температуре от минус до плюс 200 градусов Цельсия) ─ применятся для изготовления прокладок любых сечений, как конструктивно простых, так и сложных, в т. ч. в комбинации с асбестом, резиной, сталью. В любых формах (лист, лента, жгут) фторопласт в качестве уплотнителя податлив, удобен в использовании, способен уплотнять даже изношенные и неровные поверхности, прекрасно проявляет себя на сложных контурах.
Прокладки металлические
Металлические прокладки изготавливают из стали, алюминия, меди и медных сплавов, монель-металла, никеля, свинца и других металлов. Достоинства металлических прокладок ─ сохранение герметичности уплотняемого соединения при воздействии высоких давлений и температур. Коэффициент линейного расширения металлической прокладки очень близок к аналогичному показателю материалов других элементов соединения (фланцев, болтов, шпилек), что снижает негативное влияние резких колебаний температуры. Металлические прокладки отличаются ремонтопригодностью.
Вместе с тем, в силу своих физико-механических свойств, прокладки металлические для обеспечения необходимой герметичности соединения требуют приложения больших усилий, что сопровождается дополнительными нагрузками на крепежные детали.
Стальные прокладки используются в трубопроводной арматуре, где рабочими средами являются водяной пар, нефтепродукты, вода. Для этих же рабочих сред, плюс некоторые кислоты, могут применяться алюминиевые прокладки и прокладки из никеля. Прокладки из монель-металла устанавливают на трубопроводной арматуре, контактирующей с морской водой. Медные прокладки устойчивы к действию щелочей, а свинцовые ─ кислот.
Графитовые прокладки
Широкий спектр уплотнительных материалов изготавливается из графита, чье использование, как и применение фторопласта, стало одним из знаковых трендов развития уплотнительных технологий. Благодаря своим антифрикционным свойствам графит очень эффективен при герметизации подвижных соединений. Но этот материал находит применение и в качестве уплотнения неподвижных соединений. Его используют при изготовлении спирально-навитых прокладок. Для герметизации фланцевых соединений арматуры применяется армированный графитовый лист, графитовая фольга, уплотнительные ленты на основе графита, уплотнительные прокладки из терморасширенного графита (ПУТГ), прокладки из графита (ПФГ).
Благодаря разнообразию используемых для изготовления прокладок материалов, производителям трубопроводной арматуры и тем, кто ее эксплуатирует, удается обеспечить требуемую герметичность уплотняемых с их использованием соединений. А таких соединений, как в самой трубопроводной арматуре, так и в трубопроводных системах в целом, совсем немало.
