Что такое прокладка, и какие функции она выполняет в трубопроводной арматуре
Словари определяют прокладку как деталь, изолирующую друг от друга разъемные части технических устройств, или как вспомогательную деталь, размещенную в промежутке между сопрягаемыми фрагментами конструкции (устройства). В трубопроводной арматуре прокладкой называют элемент, обжатием которого обеспечивается герметичность соединений неподвижных деталей и узлов. В этом отличие уплотнительной прокладки от сальникового уплотнения, герметизирующего подвижные соединения.
Прокладки, будучи элементами крепления трубопровода, наряду с опорами, подвесками, болтами, гайками и шайбами, играют важную роль в трубопроводных системах в целом, и в трубопроводной арматуре в частности. Например, их устанавливают между корпусными деталями ─ корпусом и крышкой. От уплотнительной способности прокладок, как и деформации фланца, зависит герметичность фланцевых соединений. Используют прокладки и для уплотнения бесфланцевых соединений, каковым может быть упомянутое выше соединение крышки арматуры и корпуса.
Использование прокладок не только помогает обеспечить высокую герметичность трубопроводной арматуры, но и упрощает ее обслуживание, поскольку замена прокладки ─ сравнительно простая и не требующая значительных трудозатрат технологическая операция. А своевременная замена прокладок помогает предупредить утечки рабочей среды через фланцевые и резьбовые соединения. Утечки, которые не только способны привести к материальным потерям, но и создать предпосылки для аварий, пожаров (если рабочая среда является пожароопасной) и даже экологических катастроф.
Требования к прокладкам, используемым в трубопроводной арматуре
Гарантом герметичности фланцевых и других уплотняемых с помощью прокладок соединений являются:
- правильный расчет усилия обжатия, который производят, исходя из параметров материала прокладки и площади обжатия, а также с учетом таких, дающих знать о себе в процессе эксплуатации, факторов, как релаксация напряжений в прокладке и болтах (шпильках), нестабильность свойств материала прокладки (т. н. «старение»), вибрации, колебания температуры;
- высокое качество прокладок, отсутствие у них повреждений;
- правильный монтаж. Гайки (шпильки) соединений, уплотненных мягкими прокладками, следует затягивать, равномерно подтягивая крепежные элементы, расположенные друг против друга в крестообразном порядке. Сначала одну пару противоположно расположенных болтов (шпилек), затем ─ ту, что находится к ней под углом 90° и т. д. При использовании металлических прокладок болты, гайки или шпильки затягивают, последовательно двигаясь по окружности. Но, не заворачивая каждую резьбу сразу, от начала до конца, а, совершив, по меньшей мере, три-четыре круговых обхода;
- полный контакт прокладки и уплотняемых поверхностей в месте монтажа;
- и, наконец, важнейший фактор ─ правильный выбор соответствующего особенностям рабочей среды материала прокладок.
Конструкция прокладок
Прокладки бывают разные. Мягкие неметаллические и твердые металлические. Они отличаются по форме, принимая вид колец, шнуров, лент и т. д. Кольца могут быть плоскими прямоугольного или фасонного сечения. Фасонное сечение тоже бывает разным: прокладки ─ овальные, линзовые, восьмиугольного сечения, гребенчатые с выступами треугольной формы. Навивая в виде спирали тонкие ленты из стали и терморасширенного графита (ТРГ), изготавливают имеющие форму кольца спирально-навитые прокладки (СПН).
Форма прокладки оказывает непосредственное влияние на ее свойства. Так, например, металлическим гребенчатым прокладкам достаточного меньшего по сравнению с плоскими прокладками удельного давления, для того, чтобы обеспечить аналогичную степень уплотнения. Но для надежной работы требуется максимально тщательная обработка уплотнительных поверхностей фланцев и предельно аккуратный без перекосов монтаж.
Прокладки плоские эластичные
В соответствии с «ГОСТ 15180-86. Прокладки плоские эластичные. Основные параметры и размеры» существует пять исполнений этого вида прокладок ─ А, Б, В, Г, Д. И еще больше исполнений уплотнительных поверхностей (по ГОСТ 12815-80).
У прокладок исполнения А минимальный наружный диаметр составляет 38 мм, минимальный внутренний (он же ─ диаметр отверстия) ─ 14 мм; максимальные значения наружного и внутреннего диаметра ─ 3119 и 3020 мм.
Минимальные наружный и внутренний диаметр прокладок исполнения Б ─ 29 и 14 мм. Максимальные наружный и внутренний диаметры существенно меньше, чем аналогичные размеры у прокладок исполнения А ─ 877 и 820 мм, соответственно.
Точно такой же диапазон размеров наружного диаметра у прокладок исполнения В (877 и 29 мм). А вот наибольший и наименьший внутренний диаметры другие ─ 851 и 19 мм. Т. е. лента кольца несколько уже, а отверстие, напротив, больше.
Самый узкий диапазон размеров наружного и внутреннего диаметров у прокладок исполнения Г: наружный диаметр ─ от 30 до 576 мм, внутренний диаметр ─ от 18 до 548 мм; толщина прокладки в зависимости от наружного и внутреннего диаметра ─ от 1,0 до 3,0 мм.
У прокладок исполнения Д минимальный и максимальный наружный диаметр составляет 58 и 878 мм, а минимальный и максимальный внутренний ─ 48 и 860 мм.
Необходимая толщина картонных прокладок обеспечивается склеиванием или набором нескольких более тонких прокладок. Прокладки исполнений А, Б, В диаметром свыше 500 мм допускается изготавливать составными.
Традиционным материалом для изготовления прокладок трубопроводной арматуры является паронит. Размеры и свойства паронитовых прокладок регламентированы в «ГОСТ 481-80. Паронит и прокладки из него. Технические условия». В трубопроводной арматуре используются прокладки, изготовленные из паронита общего назначения марок ПОН, ПОН-А, ПОН-Б; паронита маслобензостойкого ПМБ, ПМБ-1; паронита кислотостойкого ПК; армированного сеткой паронита ПА. Перечень рабочих сред, с которыми способны справляться паронитовые прокладки, очень широк ─ перегретая пресная вода, насыщенный перегретый пар, воздух, сухие нейтральные инертные газы, нефтепродукты, кислоты, щелочи, органические растворители и т. д.
Спирально-навитые прокладки
Для уплотнения трубопроводных систем широко применяют спирально-навитые прокладки (СНП) ─ уплотнительные кольца из навитых в виде спирали V-образных чередующихся лент из нержавеющей стали и терморасширенного графита (ТРГ). В зависимости от исполнения конструкция СНП может не содержать ограничительных колец вообще или включать одно либо два ограничительных кольца ─ только снаружи, только внутри, изнутри и снаружи.
Уплотнение соединения происходит благодаря тому, что при обжатии терморасширенный графит (ТРГ) заполняет все неровности уплотняемых поверхностей. Металлическая лента исполняет роль упругого каркаса. Ограничительные кольца защищают спирально-навитую часть от воздействия рабочего давления и механических повреждений в процессе монтажа, а также помогают лучшему центрированию прокладки. Благодаря уникальным характеристикам терморасширенного графита СНП не теряют уплотнительных свойств даже при воздействии таких неблагоприятных факторов, как колебания давления и температуры, вибрации, ослабление затяжки болтов.
В соответствии с «ГОСТ Р 52376-2005. Прокладки спирально-навитые термостойкие. Типы. Основные размеры» выпускаются следующие типы СНП ─ А, В, Г, Д.
Тип А ─ без ограничительных колец.
Плотность ленты терморасширенного графита ─ 0,85-1,00 г/см³, толщина ─ 0,6-0,7 мм. Содержание углерода (а, как известно, чем больше в ТРГ углерода, тем лучше его параметры) ─ не менее 99%. Для изготовления стальной ленты толщиной 0,2-0,25 мм используют сталь 08Х18Н10, 08Х18Н10Т, 08Х18Н9 или других марок, обладающих не худшими, чем у перечисленных сталей, свойствами.
Тип В ─ с внутренним ограничительным кольцом. Кольца изготавливают из коррозионно-стойких сталей 08Х18Н10Т, 08Х18Н9 или иных, не уступающих им по свойствам.
Тип Г ─ с наружным ограничительным кольцом. Наружное ограничительное кольцо может быть выполнено не только из коррозионно-стойкой стали марок 08Х18Н10Т и 08Х18Н9, но и углеродистой стали марок 20, 35, 40.
Тип Д ─ с наружным и внутренним ограничительными кольцами.
Внутреннее ограничительное кольцо изготавливают из тех же сталей, что и для прокладок исполнения В, а наружное ─ как в прокладках исполнения Г.
Спирально-навитые термостойкие прокладки рекомендуется эксплуатировать при давлении рабочей среды, не превышающей 20 МПа (200 кгс/см²). При этом допустимая температура таких неагрессивных рабочих сред как вода, пар, тяжелые нефтепродукты, сухие газы может составлять до +600°C. Почти столь же высокую (до +550°C) температуру допустимо иметь воздуху, и до +500°C ─ таким агрессивным средам, как кислоты, щелочи, растворители, продукты переработки нефти и газа. Спирально-навитые термостойкие прокладки можно устанавливать в трубопроводной арматуре, управляющей движением потоков кислорода с температурой до +350°C, хромовой кислоты с массовой концентрацией 0-100 г/дм³ ─ до +250°C и азотной кислоты с такой же концентрацией, только до +85°C.
Прокладки стальные
В «ГОСТ Р 53561-2009. Арматура трубопроводная. Прокладки овального, восьмиугольного сечения, линзовые стальные для фланцев арматуры. Конструкция, размеры и общие технические требования» предусмотрено три типа прокладок: прокладки овального сечения (тип 1), прокладки восьмиугольного сечения (тип 2), линзовые прокладки (тип 3).
Диапазон размеров стальных прокладок овального и восьмиугольного сечения, используемых для фланцев, изготовленных по ГОСТ 12815-80, составляет: наружный диаметр ─ от 43 до 496 мм, внутренний ─ от 27 до 464 мм. Ряд значений толщины (высоты) прокладки ─ 14, 18, 22, 30 мм. У прокладок типа 3 для фланцев, изготовленных по ГОСТ 12815-80, наружный диаметр составляет от 20 до 475 мм; внутренний ─ от 10 до 400 мм; толщина (высота) ─ 14 мм.
Прокладки для резьбовых соединений
В «ГОСТ 23357-78. Соединения трубопроводов резьбовые. Прокладки уплотнительные для радиального монтажа. Конструкция» регламентированы размеры и параметры уплотнительных прокладок, используемых для уплотнения мест соединения корпусной детали с нажимным кольцом резьбовых соединений трубопроводов с радиальным монтажом. Материалом изготовления таких прокладок служат паронит, алюминий марок А, А0, АД0, АД00 и медь марок М1, М3. Наружный диаметр составляет от 15,9 мм, внутренний от 8 мм.
В «ГОСТ 23358-87. Соединения трубопроводов резьбовые. Прокладки уплотнительные. Конструкция» содержится информация о плоских прокладках, предназначенных для уплотнения ввертных концов корпусных деталей переборочных и поворотных штуцеров.
Наружный диаметр таких прокладок составляет от 12,0 мм, внутренний от 8 мм, толщина (высота) металлических прокладок ─ 1,0, 1,5, 2,0 мм; неметаллических (из паронита, картона, фибры) ─ 1,5, 2,0, 2,5 мм.
Выше были приведены ссылки на целый ряд нормативных документов довольно почтенного возраста. Но все они, тем не менее, остаются действующими. Правда, в отличие от хорошо известного ранее принципа «Несоблюдение ГОСТа преследуется по закону», сегодня эти нормативные документы за редким исключением имеют рекомендательное значение. Некоторые из них должны были утратить силу уже не одно десятилетие назад, но их действие было продлено. Например, «ГОСТ 481-80. Паронит и прокладки из него. Технические условия», введенный в действие еще в 1981 году, должен был потерять силу с 1 января 1996 года. Но ограничение срока его действия было снято согласно Протоколу № 5-94 Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации.
Особенности конструкции во многом определяют функциональность прокладок. Но нисколько не меньшее влияние на нее оказывают свойства материалов, из которых они выполнены. Более подробно об этом можно прочитать в статье «Материалы для изготовления прокладок».
