Металлографитовое уплотнение ПГП
- от объёма, заполните заявку
Что такое металлографитовое уплотнение ПГП
Металлографитовые уплотнения ПГП — это плоские фланцевые прокладки, изготавливаемые из терморасширенного графита (ТРГ). Аббревиатура ПГП расшифровывается как «прокладка графитовая плоская». Эти изделия предназначены для герметизации неподвижных разъёмных соединений: фланцев трубопроводов, арматуры, сосудов, аппаратов, насосов, теплообменников и другого промышленного оборудования.
Основу прокладки составляет терморасширенный графит — материал, получаемый из природного кристаллического графита путём химической интеркаляции и последующего термического расширения при быстром нагреве до 900–1000 °C. После расширения графит прокатывается в фольгу или листы без добавления связующих веществ. В результате получается материал с уникальным сочетанием свойств: высокая термостойкость, химическая инертность, упругость на сжатие и способность заполнять микронеровности уплотнительных поверхностей фланцев.
Прокладки ПГП выпускаются в двух основных вариантах: неармированные (из чистого листа ТРГ) и армированные (из листа ТРГ, усиленного перфорированной или гладкой фольгой из нержавеющей стали). Армирование повышает механическую прочность прокладки, расширяет допустимый диапазон рабочих давлений и обеспечивает стабильность формы при монтаже и эксплуатации.
Материал основы: терморасширенный графит
Терморасширенный графит — основной материал всех типов прокладок ПГП. Его свойства определяют эксплуатационные характеристики готового уплотнения. Листовые материалы из ТРГ для изготовления уплотнений регламентируются ГОСТ 34708-2021 «Арматура трубопроводная. Уплотнительные материалы на основе терморасширенного графита. Общие технические условия».
Физико-химические свойства ТРГ
Терморасширенный графит, используемый для изготовления прокладок ПГП, обладает следующими свойствами:
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Массовая доля углерода | от 95 % до 99,9 % (в зависимости от класса чистоты) |
| Плотность листового материала | 0,7–1,4 г/см³ |
| Рабочая температура в окислительной среде | от −200 до +450 °C |
| Рабочая температура в среде пара | до 600 °C |
| Рабочая температура в инертной среде и вакууме | от −200 до +3000 °C |
| Сжимаемость | не менее 40–50 % |
| Восстановление после сжатия | не менее 10–15 % |
| Диапазон pH рабочих сред | 0–14 |
Важная особенность ТРГ — отсутствие связующих веществ в структуре материала. Это означает, что при нагреве не происходит деструкция полимерных компонентов, а значит, прокладка сохраняет герметичность в широком диапазоне температур. Материал не подвержен старению и сохраняет свои свойства при длительном хранении.
Следует учитывать, что ТРГ имеет ограничения по химической стойкости: он не стоек к сильным окислителям (концентрированная азотная кислота, олеум, растворы хромовой кислоты). В среде кислорода при температурах выше 450 °C начинается окисление графита, поэтому рабочая температура в окислительных средах ограничена. В инертной среде или вакууме этот предел значительно выше.
Армирующие материалы
Для повышения механической прочности листовой ТРГ армируется металлической фольгой. В качестве армирующего элемента применяется перфорированная или гладкая лента из нержавеющих сталей: 08Х18Н10, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т. Для агрессивных сред (кислоты, щёлочи высоких концентраций) используются молибденсодержащие стали типа 06Х17Н14М2 или иные коррозионностойкие сплавы.
Согласно ГОСТ 34708-2021, листовые графитовые материалы подразделяются по наличию армирования:
| Обозначение | Описание |
|---|---|
| ЛГ (лист графитовый) | Неармированный лист ТРГ |
| ЛГА (лист графитовый армированный) | Лист ТРГ с одним или двумя слоями металлической фольги |
Перфорация фольги обеспечивает механическое сцепление слоёв графита и металла, предотвращая расслаивание при эксплуатации. Гладкая фольга обеспечивает более высокую коррозионную стойкость, но уступает перфорированной по прочности сцепления с графитом.
Типы прокладок ПГП и их конструктивные особенности
Классификация прокладок ПГП основана на наличии или отсутствии армирования и защитных элементов (обтюраторов). Каждый тип предназначен для конкретных условий эксплуатации.
Неармированные прокладки ПГП 2000
Прокладки ПГП 2000 изготавливаются из чистого листа терморасширенного графита без армирования. Это наиболее простая и экономичная конструкция.
Допускаемые рабочие параметры:
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Давление | до 6,0 МПа |
| Температура | до 600 °C (в неокислительной среде) |
Из-за отсутствия армирования прокладки ПГП 2000 менее устойчивы к механическим нагрузкам, чем армированные варианты. Их применяют в соединениях с умеренными давлениями, где нет значительных циклических и вибрационных нагрузок. Неармированные прокладки более хрупкие при обращении и требуют аккуратности при транспортировке и монтаже.
Армированные прокладки без обтюраторов — ПГП 2100
Прокладки ПГП 2100 изготавливаются из листа ТРГ, армированного перфорированной металлической фольгой. Это базовый армированный вариант без дополнительных защитных элементов.
Допускаемые рабочие параметры:
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Давление | до 12 МПа |
| Температура | до 600 °C (в неокислительной среде) |
Армирование значительно повышает допустимое рабочее давление — вдвое по сравнению с неармированными аналогами. Прокладки ПГП 2100 применяются в ненагруженных фланцевых соединениях, где на прокладку действуют только усилие обжатия фланцев и рабочее давление среды.
Армированные прокладки с наружным обтюратором — ПГП 2300
Прокладки ПГП 2300 дополнительно оснащены наружным обтюратором — тонким металлическим кольцом, завальцованным по наружному диаметру прокладки. Обтюратор защищает графитовый слой от контакта с окружающей средой (кислородом воздуха) и предотвращает окисление графита при температурах выше 400 °C.
Наружный обтюратор также препятствует выдуванию графитового наполнителя давлением рабочей среды в направлении наружного диаметра прокладки.
Армированные прокладки с внутренним обтюратором — ПГП 2400
Прокладки ПГП 2400 оснащены внутренним обтюратором — металлическим кольцом по внутреннему диаметру. Этот элемент защищает графит от контакта с агрессивной рабочей средой и от эрозии потоком среды. Внутренний обтюратор особенно важен при работе с высокоскоростными потоками жидкости или газа, способными вымывать частицы графита.
Армированные прокладки с двумя обтюраторами — ПГП 2500
Прокладки ПГП 2500 — наиболее защищённая конструкция с внутренним и наружным обтюраторами. Графитовый слой полностью изолирован от контакта как с рабочей средой, так и с окружающей атмосферой. Такие прокладки применяются в наиболее ответственных соединениях: при высоких температурах в окислительных средах, при работе с агрессивными жидкостями и газами.
Сводная таблица типов ПГП
| Тип ПГП | Армирование | Обтюраторы | Давление, МПа | Температура, °C |
|---|---|---|---|---|
| ПГП 2000 | Нет | Нет | до 6,0 | до 600 |
| ПГП 2100 | Перф. фольга | Нет | до 12 | до 600 |
| ПГП 2300 | Перф. фольга | Наружный | до 12 | до 600 |
| ПГП 2400 | Перф. фольга | Внутренний | до 12 | до 600 |
| ПГП 2500 | Перф. фольга | Наружный + внутренний | до 12 | до 600 |
Температурный предел 600 °C указан для неокислительных сред (пар, инертные газы). В окислительных средах (воздух) рабочая температура ограничивается 450 °C. Прокладки с обтюраторами позволяют работать при более высоких температурах, поскольку металлические кольца защищают графит от окисления.
Конструктивные элементы: обтюраторы и ограничители сжатия
Назначение обтюраторов
Обтюратор — это защитное металлическое кольцо из тонкой (0,2–0,3 мм) нержавеющей ленты, завальцованное по кромке прокладки. Обтюраторы выполняют несколько функций:
Защита графита от контакта с агрессивной средой (внутренний обтюратор) или с воздухом при высоких температурах (наружный обтюратор). Предотвращение выдувания графитового материала давлением рабочей среды. Увеличение эрозионной стойкости прокладки в условиях высокоскоростных потоков.
Выбор типа обтюратора определяется условиями эксплуатации. Если среда агрессивна по отношению к графиту — необходим внутренний обтюратор. Если температура в зоне наружного диаметра превышает 400 °C на воздухе — требуется наружный обтюратор. При сочетании обоих факторов применяют прокладки с двумя обтюраторами (ПГП 2500).
Ограничители сжатия для нагруженных соединений
Ограничитель сжатия — это металлическое кольцо определённой высоты, устанавливаемое совместно с прокладкой. Его назначение — предотвратить чрезмерное обжатие прокладки, которое может привести к её разрушению или потере упругих свойств.
Ограничители сжатия обязательны в следующих случаях:
При установке прокладок на фланцы с гладкими уплотнительными поверхностями (исполнение 1 по ГОСТ 12815 и ГОСТ 33259). На гладких фланцах отсутствует конструктивный ограничитель высоты обжатия, и без ограничительного кольца возможно раздавливание прокладки.
В нагруженных фланцевых соединениях, где на прокладку кроме усилия обжатия и рабочего давления действуют дополнительные нагрузки: от температурного расширения трубопроводов, гидродинамических ударов, вибрации, термоциклических воздействий.
Максимально допустимое обжатие прокладки по высоте не должно превышать 50 %. Ширина ограничителя сжатия для фланцев с уплотнительными поверхностями «шип-паз» составляет 3–10 мм и определяется размерами фланцев и действующими нагрузками.
Типы уплотняемых фланцевых соединений
Прокладки ПГП изготавливаются для трёх основных типов уплотнительных поверхностей фланцев:
Фланцы типа «шип-паз»
Соединения, в которых один фланец имеет кольцевой выступ (шип), а ответный — соответствующую канавку (паз). Прокладка зажимается между шипом и пазом, что обеспечивает её центрирование и частичную фиксацию. Такое соединение препятствует выдавливанию прокладки давлением среды и обеспечивает дополнительную надёжность. Применяются по ГОСТ 12815 (исполнения 4 и 5) и ГОСТ 28759.
Фланцы типа «выступ-впадина»
Аналогично предыдущему варианту, но с меньшей глубиной канавки. Один фланец имеет кольцевой выступ, ответный — кольцевую впадину. Прокладка фиксируется конструкцией соединения. Применяются по ГОСТ 12815 (исполнения 2 и 3).
Фланцы с гладкими уплотнительными поверхностями
Наиболее распространённый тип. Оба фланца имеют плоские уплотнительные поверхности (исполнение 1 по ГОСТ 12815 и ГОСТ 33259). При использовании прокладок ПГП на гладких фланцах обязательно применение ограничителей сжатия.
Размерный ряд прокладок
Размеры и типоразмеры прокладок определяются стандартами на фланцевые соединения: ГОСТ 28759 (фланцы сосудов и аппаратов) и ГОСТ 12815 (фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов). Прокладки ПГП выпускаются на условные проходы от Ду 10 до Ду 3000 мм и более. Также возможно изготовление нестандартных прокладок произвольной конфигурации (с отверстиями, перегородками, овальной и иной формы) по чертежам заказчика.
Условное обозначение прокладок ПГП
Система обозначений прокладок ПГП включает информацию о типе конструкции, материале армирования, размерах и толщине. Пример условного обозначения:
ПГП 2300-3-120×100×4
Расшифровка: прокладка из терморасширенного графита, армированная перфорированной металлической фольгой, с наружным обтюратором; материальное исполнение 3 (нержавеющая сталь); наружный диаметр 120 мм, внутренний диаметр 100 мм, толщина 4 мм.
В зависимости от нормативного документа производителя, система обозначений может отличаться. Уточняйте систему маркировки при заказе.
Области применения металлографитовых прокладок ПГП
Графитовые плоские прокладки ПГП находят применение в различных отраслях промышленности, где требуется надёжная герметизация фланцевых соединений в условиях высоких температур, перепадов давлений и воздействия агрессивных сред.
Тепловая и атомная энергетика
Уплотнение фланцевых соединений паропроводов, конденсатопроводов, питательных трубопроводов, теплообменников, подогревателей, деаэраторов. Прокладки ПГП эффективны при работе с перегретым паром (до 600 °C) и выдерживают термоциклические нагрузки, характерные для энергетического оборудования.
Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность
Герметизация фланцевых соединений на установках первичной и вторичной переработки нефти, ректификационных колоннах, реакторах, теплообменном оборудовании. Прокладки устойчивы к воздействию нефтепродуктов, углеводородных газов, сероводорода.
Химическая промышленность
Применяются в оборудовании, работающем с кислотами (кроме сильных окислителей), щелочами, растворителями, при производстве удобрений, полимеров и других химических продуктов.
Газовая промышленность
Уплотнение фланцевых соединений газопроводов, компрессорных станций, газораспределительного оборудования.
Судостроение
Герметизация соединений судовых трубопроводных систем, работающих в условиях вибрации и переменных нагрузок.
Преимущества прокладок ПГП перед другими уплотнительными материалами
Сравнение с паронитовыми прокладками
Паронит (ГОСТ 481-80) — традиционный уплотнительный материал, широко применяемый в промышленности. Прокладки из паронита ПОН-Б работают при температурах до 450 °C и давлениях до 6,4 МПа. Металлографитовые прокладки ПГП превосходят паронитовые по ряду параметров:
| Параметр | Паронит ПОН-Б | ПГП (армированные) |
|---|---|---|
| Макс. температура, °C | до 450 | до 600 |
| Макс. давление, МПа | до 6,4 | до 12 |
| Термоциклическая стойкость | Ограниченная | Высокая |
| Повторное использование | Нет | Допускается (с контролем) |
| Содержание асбеста | Содержит (стандартные марки) | Не содержит |
| Старение при хранении | Подвержен | Не подвержен |
Прокладки из ТРГ не содержат асбеста, что соответствует современным экологическим требованиям и стандартам промышленной безопасности. Паронит, содержащий хризотил-асбест, ограничен в применении в ряде отраслей.
Возможность повторного использования
Важное эксплуатационное преимущество прокладок ПГП — возможность многоразового использования. При разборке фланцевого соединения прокладка может быть установлена повторно при соблюдении условий: отсутствие видимых повреждений (трещины, расслоение, деформация), сохранение упругих свойств, установка в прежнее положение (по меткам, нанесённым при разборке). Это снижает эксплуатационные расходы и сокращает время простоя оборудования при обслуживании.
Монтаж прокладок ПГП: технические требования
Подготовка уплотнительных поверхностей фланцев
Перед установкой прокладки необходимо подготовить уплотнительные поверхности фланцев:
Очистить поверхности от следов коррозии, налипших частиц старого уплотнения, грязи и масляных загрязнений. Для очистки используется металлическая щётка или шабер. Следы механической обработки на уплотнительных поверхностях должны располагаться концентрически относительно оси фланца. Радиальные царапины и задиры недопустимы — они создают каналы для утечки среды.
Проверить плоскостность и качество поверхности. Значительные повреждения (раковины, вмятины, глубокие царапины) подлежат исправлению механической обработкой. В случае невозможности проведения огневых работ допускается заклеивание мелких дефектов самоклеящейся лентой ТРГ.
Для предотвращения прилипания графита к стали и повреждения прокладки при последующей разборке рекомендуется протереть поверхности фланцев ветошью, смоченной в бензине или уайт-спирите, а затем ветошью с тальком.
Установка прокладки и затяжка крепежа
Прокладку устанавливают по центру уплотнительной поверхности. На фланцах с поверхностями «выступ-впадина» и «шип-паз» центрирование обеспечивается конструкцией соединения. На гладких фланцах прокладку центрируют по шпилькам или болтам.
Затяжка крепежных болтов (шпилек) выполняется в соответствии с рекомендациями изготовителя оборудования. Обязательно соблюдать перекрёстную схему затяжки — поочерёдная затяжка диаметрально противоположных болтов для обеспечения равномерного обжатия прокладки. Затяжку производят в несколько проходов с постепенным увеличением момента.
Максимально допустимое удельное давление на прокладку не должно превышать:
| Конструкция | Допустимое удельное давление, МПа |
|---|---|
| Без ограничителя сжатия, толщина 2 мм | до 60 |
| Без ограничителя сжатия, толщина 3 мм | до 50 |
| С обтюраторами, исполнение И2, И3 | до 100 |
| С обтюраторами, исполнение И4 | до 200 |
Правила повторного использования
При разборке фланцевого соединения для повторного использования прокладки необходимо:
Нанести метки на фланцах и прокладке для фиксации их взаимного положения. При повторной сборке установить прокладку строго по этим меткам — графит обминается по микрорельефу фланца, и смещение приведёт к нарушению герметичности. Осмотреть прокладку на предмет трещин, расслоения, выкрашивания графита. При наличии повреждений прокладку заменить.
Нагруженные и ненагруженные фланцевые соединения
При выборе типа прокладки ПГП и определении необходимости ограничителей сжатия важно понимать разницу между нагруженными и ненагруженными фланцевыми соединениями.
Ненагруженное соединение
В ненагруженном соединении на прокладку действуют только два вида нагрузок: усилие обжатия фланцев (от затяжки болтов) и рабочее давление среды. Такие соединения характерны для прямых участков трубопроводов, не подверженных значительным температурным деформациям. Для ненагруженных соединений допускается использование прокладок ПГП без ограничителей сжатия (при условии фланцев типа «шип-паз» или «выступ-впадина»).
Нагруженное соединение
В нагруженном соединении, помимо указанных нагрузок, на прокладку действуют дополнительные усилия: от температурного расширения и деформации трубопроводов, гидродинамические удары, термоциклические воздействия, вибрация. Такие условия характерны для энергетического оборудования, трубопроводов с резкими перепадами температур, соединений вблизи насосов и компрессоров. Для нагруженных соединений обязательно применение ограничителей сжатия.
Хранение и транспортировка
Материалы на основе ТРГ не взрывоопасны, не воспламеняются, не поддерживают горения. По воздействию на организм человека графит относится к веществам 4-го класса опасности (малоопасные вещества) по ГОСТ 12.1.007. Предельно допустимая концентрация графитовой пыли в воздухе рабочей зоны составляет 10 мг/м³ (ГОСТ 12.1.005). При работе с прокладками возможно выделение графитовой пыли, поэтому рекомендуется использование средств защиты органов дыхания.
Прокладки хранят в заводской упаковке в сухом помещении, защищённом от прямых солнечных лучей и механических повреждений. Графит не подвержен старению — при соблюдении условий хранения свойства прокладок сохраняются неограниченно долго.
Родственные уплотнительные изделия из ТРГ
Помимо плоских прокладок ПГП, из терморасширенного графита изготавливается широкий ассортимент уплотнительных изделий, предназначенных для различных условий эксплуатации:
Спирально-навитые прокладки (СНП) — кольцевые уплотнения из навитых в виде спирали чередующихся лент нержавеющей стали и ТРГ. Сочетают упругость металлического каркаса с герметизирующими свойствами графита. Применяются при давлениях до 20 МПа.
Сальниковые кольца — кольцевые уплотнения, вырубленные или вырезанные из листа ТРГ, для герметизации подвижных соединений (штоков, валов арматуры, насосов). Графитовые кольца обеспечивают низкий коэффициент трения и минимальный износ подвижных деталей.
Сальниковые набивки — плетёные шнуры из графитовой нити, применяемые для уплотнения сальниковых камер арматуры, насосов, компрессоров.
Листовой и рулонный материал ТРГ — графитовая фольга и листы, поставляемые как полуфабрикат для изготовления уплотнений любой конфигурации непосредственно на месте эксплуатации.
Рекомендации по выбору типа прокладки ПГП
Правильный выбор типа прокладки ПГП определяется совокупностью эксплуатационных параметров: рабочее давление и температура, тип рабочей среды, конструкция фланцевого соединения, характер нагрузок.
Алгоритм подбора
Определить тип уплотнительных поверхностей фланцев (гладкие, выступ-впадина, шип-паз). Для гладких фланцев — учесть необходимость ограничителя сжатия.
Определить характер соединения: нагруженное или ненагруженное. Для нагруженных — применять ограничители сжатия.
Оценить рабочее давление. При давлении до 6 МПа и отсутствии агрессивных сред допускается применение неармированных прокладок ПГП 2000. При давлении свыше 6 МПа — только армированные прокладки (ПГП 2100 и выше).
Оценить температурный режим и характер среды. При температурах выше 400 °C в окислительных средах — применять прокладки с наружным обтюратором (ПГП 2300 или 2500). При работе с агрессивными средами — с внутренним обтюратором (ПГП 2400 или 2500).
Определить материальное исполнение армирующих и защитных элементов. Для стандартных условий — нержавеющая сталь 08Х18Н10Т. Для кислотных сред — молибденсодержащие стали. Материал обтюраторов и ограничителей также подбирается с учётом коррозионной стойкости в рабочей среде.
Формы поставки
Металлографитовые уплотнения ПГП поставляются в следующих формах:
Готовые кольцевые прокладки стандартных типоразмеров — по ГОСТ 28759 и ГОСТ 12815, на типовые фланцевые соединения. Прокладки нестандартной конфигурации — овальные, с отверстиями, с перегородками (для теплообменников), фасонные и иные — по чертежам заказчика. Листовой графитовый материал (армированный и неармированный) — для самостоятельного изготовления прокладок на месте эксплуатации методом вырубки или вырезки. Графитовая фольга в рулонах — для ремонта и восстановления уплотнений.
Толщина прокладок варьируется от 1 до 5 мм. Наиболее распространённые толщины — 2 и 3 мм. Выбор толщины зависит от допусков на параллельность уплотнительных поверхностей фланцев и условий эксплуатации.
