连接处的液体泄漏同时造成工厂运营和环境困扰

流体密封件在广泛的加工工业中起到了重要的作用，包括化工、炼油、造纸和其他许多行业。密封产品的作用是防止泵渗漏、阀门泄漏、法兰连接处喷出流体和其他人们不期望出现但经常发生的危险情况。然而，由于这些密封件只占它们所在的整个系统费用的极小部分，密封件经常没有得到应有的重视。

流体密封件有许多不同的材料和结构，主要是法兰连接中的垫片、用于泵及阀门中的压缩填料。为任意给定的应用工况选择正确的密封件的第一步是确定要求的密封件性能等级以及应用工况。

最终，无论选择的是何种密封方法，它都必须能承受所处的工况条件，以及在其预期的使用寿命期间保持理想的无需维修状态。为免除计划外的停工，很重要的一点是确认密封件的使用寿命符合工厂维修周期的要求。密封设备同时也应符合成本效益，控制在预算限制内节省更多开销。

另一重要的选择密封件的标准则是遵循标准和规定。大部分密封生产商能提供他们产品的质保书，但是如要出具证明产品符合行业标准的质保书需要基于规定的测试和测量手段的性能记录文件。

图1 这种压缩纤维垫片含有专利的橡胶粘合剂，能让垫片在水和油的环境下膨胀并产生压缩载荷

此外，密封设备也经常用于保护设备和部件，最大程度地降低对更换零件的需求。在许多应用中，尤其在炼油厂它们必须防火。这意味着在着火时，密封件必须保持其自身的完整性而不会再“火上加油”。在缺乏通用的密封方案的情况下，将不同的密封件整合成最少的数量，能最小化库存的需求。

幸运的是，多数流体密封应用工况不涉及所有这些要求。然而，他们对人们着手制定密封材料选择对策很有帮助。下一步是证实要被选择的密封方法所服务的操作条件的参数。
　　
TAMPSS：选择密封设备的指导

TAMPSS是几个密封件选择要素的首字母缩写，它们分别是温度、应用、介质、压力、尺寸和速度，为确保依照应用工况选择正确的密封件提供一个全面综合的指导。

温度 接触到密封件的流体温度应是首要的考虑因素，该温度还会因旋转设备中的摩擦热而得到提升。了解温度能立刻减少可适用的密封材料的数量。

图2 聚四氟乙烯垫片广泛地用于化学加工、食品、饮料和医药行业中

应用 密封元件是如何使用的——旋转泵轴，突面法兰，阀杆等。确定应用工况本身的参数需要获取安装该密封的设备信息，这些信息非常必要，也有助于确定安装步骤以优化密封性能但往往很难获取。

对于垫片，你需要知道安装垫片的法兰形式，以及材料和螺栓信息用以决定可达到的压缩力。由于高达70%的垫片失效归因于压缩载荷不足，因此这些都是极其重要的因素。

选择用于泵和阀杆的压缩填料取决于设备是做直线往复运动、螺旋运动、还是旋转运动。

介质 那些接触到密封件的气体、液体或固体的俗名或化学名都可以用来确定它们与密封材料的兼容性。还需要考虑密封会接触的任何第二次介质，例如经受化学或水蒸气/热水冲洗时与密封接触的流体。有时，还需考虑到介质对颜色污染的敏感性或对从密封材料中浸出物质的敏感性。

压力 大部分的系统运行于相当恒定的压力下，但是也需要考虑到可能会发生的严重的波动起伏。

尺寸ASME B 16.5、B 16.20、B 16.21和B 16.47提供了法兰和垫片的标准尺寸。所需信息包含公称尺寸和法兰等级。大部分泵和阀门按照API/ANSI标准，否则需要现场测量。

速度 FPM上测得的接口密封轴的表面速度在选择用于泵的填料是至关重要的。注意，不同轴径的两个泵在相同转速下的表面速度是不同的。表面速度表明会产生多少摩擦热；高速需要材料能承受和有效地消散热量。

图3 压缩填料套装将碳、石墨、垫圈和柔性石墨编织层组成一套。当上紧压盖，在阀杆外径和填料函内径处形成正确密封时，密封环会迅速膨胀

密封材料的选择

收集完所需的数据后，下一步就是为应用工况匹配密封方法。大多数生产商会提供许多建议，让你可以考虑每个方法的优点和缺点，从多种方案中选择，同时需要考虑其他因素，例如供货期和价格。

如今，人们的成本意识不断提高，价格往往胜过质量和性能。为一个特定的工况选择最好的密封解决方法宜由工况自身决定，价格应成为第二位因素。例如，在要求满足行业标准或管理规章的工况中，当评定低成本与高成本解决方法之间的不同之处时，必须考虑到用于密封的原材料价格、使用寿命、可靠性、安装和拆卸的难易度和潜在的失效成本。失效成本可以按照生产损失、维修或替换失效密封的人力成本、劳工安全和不遵守环境法规的后果来评定。

垫片

用于法兰连接的垫片有多种多样的材料、形状和尺寸。使用有机或无机纤维、填料和橡胶粘合剂生产的压制板材垫片可用于广泛的工业领域。无论是一般的使用工况、轻度腐蚀性介质到高温、高压和腐蚀性相对强的介质，都有多种密封材料配方可供选择。同样也可使用含有特殊弹性体的垫片，能够接触流体后膨胀而不失去其完整性和密封效果。在该过程流体中，这些垫片为轻型法兰提供压缩载荷。比标准的纤维垫片压缩性更好，他们在低载荷下就能密封，同时，不同于大多数通用垫片只能在油中膨胀，他们同样适合应用于水介质的工况下。这些垫片能在非完美工件下使法兰密封，对于压缩机、发电机、泵和其他设备是理想的选择（见图1）。

用于极端温度（-400~1000F），高压（达到2000PSI）和腐蚀性介质的工况中时，石墨垫片能够抵御大多数非氧化性化学品，并提供卓越的压缩力和低的蠕变松弛度。在腐蚀较严重的工况下，我们通常选择聚四氟乙烯垫片，它能提供更好的抗化学腐蚀性能。在这些垫片的生产中使用改性的聚四氟乙烯，相比传统的聚四氟乙烯，能提高抗冷流和抗蠕变性能。这些改进帮助保持扭矩力，省去了屡次重新上紧法兰的需要。聚四氟乙烯垫片能承受暴露在众多的腐蚀性介质下，包括强酸、苛性碱、溶剂、烃类和低温环境。

垫片生产商会为他们的每种产品提供详细数据，包括材料和物理性能，以及密封特性。当参照这些数据做出最终选择时，也必须考虑到垫片的几何形状。

图4 法兰上的螺栓要均匀地上紧，沿连接的圆周按星形交叉方式上紧螺栓

垫片性能一般随材料厚度的增加而降低。较厚的垫片需要更高的压缩载荷，而这些压缩载荷在某些工况中不一定能得到，比如搪玻璃、非金属或特别设计定制的法兰。较薄的垫片需要较平的法兰，而且有许多种法兰表面的缺陷令薄的垫片无法密封，但它们成本较低，并能通过减少逸散和产品损失、增强抗吹出性能来提高法兰连接的性能。尽可能地选择环形垫来代替覆盖整个法兰面的全平面垫片。相较之下，环形垫能在螺栓圆周内同心座合，对一个有效密封来说显著减少所需压缩载荷。

压缩填料

类似垫片材料，用于密封阀门、泵、搅拌器和其他旋转设备的压缩填料有不同的材料和结构组成。

高温、高压和高速化工工况下的阀门和泵应使用具有石墨润滑的碳纤维编制填料或模压成型柔性石墨填料以降低摩擦力、减少轴磨损和维修。

柔性石墨填料能抵抗化学品及自润滑，能够用于需要密封百万分之一等级泄漏率的工况。用高度石墨化纺线制成的填料在极端温度和压力下表现良好，并能提供优良的抗化学品和导热性。选择该类型的填料，要确定它能保留其原始体积，并保留易于拆除的柔韧性。用聚四氟乙烯编织的填料能抵挡化学侵蚀。

聚四氟乙烯纺线填充聚四氟乙烯微粒的编制填料很适合用于阀门。用于化工和食品加工业的泵使用浸渍和涂有硅或其他润滑材料的聚四氟乙烯纺线编织的填料。

也有为应用于泵和阀门特别设计的工程填料部件。例如，最近发展的在工业泵的应用中取代机械密封的旋转密封，其在泵送稀泥浆类介质的应用中能提供零泄漏、无稀释。优异的散热能力使其只需最少的水就能保持密封。阀杆填料正日益采用几种组件的简化形式以达到低逸散性排放（图3）。

正确安装

密封件的正确安装正如为应用工况选择正确的密封方法一般重要。对密封件的正确处理及安装首先要遵照生产厂商的操作指南。在一些情况中现场支持是必须的，这取决于使用工况的苛刻要求和资源可得性。

使用扭矩扳手或其他能控制上紧力的方法来帮助确保达到适当的垫片载荷并均匀地分布在法兰密封面上（图4）。然而扭矩扳手很少有使用或只有在被认定是关键工况下才使用。

许多情况下，使用螺栓螺纹润滑剂可用在垫片上以方便拆卸。但是，如果垫片含有非耐油粘结材料，例如SBR或EPDM，石油基润滑剂会对他们产生化学腐蚀，软化这些粘结材料，降低他们的压碎强度。这些润滑剂也会减少垫片与法兰面间的摩擦力，使垫片被挤出，最终被吹出。润滑剂中的金属会嵌在法兰上填平法兰密封面的齿槽中，而这些齿槽能啮合住垫片，将垫片固定住。此外，润滑剂在高温下会老化或“烘干”，于是在垫片与法兰间留下成问题的空隙。

另一种普遍的做法则是用填隙堵漏材料使垫片固定粘牢在法兰上，或用来填平法兰的坏损表面或者不规则表面。然而，有些填隙材料含酸性会侵蚀含橡胶粘结剂的垫片。由于填隙材料的润滑性，它们还会导致垫片在法兰内移位或滑动，这会导致摩擦力、耐压碎强度和抗吹出能力的损失。垫片应只使用生产商指定的产品进行安装。

正确安装阀杆填料要求阀杆和填料函表面状况良好，阀杆表面粗糙度为32微英寸AARH或更好，同时填料函壁要无毛刺。填料函要清除掉任何残留的环，同时测得它的深度要能容纳一般的5个环的填料组件。如果填料函的深度大于所要求的深度，应该用碳或不锈钢的衬套来填补。如果填料函太浅，请联系生产商。

安装多环填料组件先将底部的两个环一次一个分别塞到填料函底部并将其夯实。将每一个环的接口处与另一个环接口处交错90°放置，之后用压盖随动件将其压紧。重复以上步骤安装第三，第四和第五个环。安装完成后，压盖随动件宜能深入填料函大约为半个环厚度。使阀杆移动启闭阀门3~5下来分布填料组件内的载荷。如果在驱动后压盖松动了，重新上紧至初始水平。

与密封方法的供应商紧密合作有助于选择最好的密封件并最优化密封性能。预先进行标识，处理故障并汇总有疑难问题的信息无疑能帮助您为流体密封应用找到较好的密封方法，正确地安装也会确保密封效果满足期望值。