Метално уплътнение: Решение за уплътняване на сърцевината на фланцови връзки с висока температура/високо налягане

Металните уплътнения са най-широко използваното и надеждно решение за уплътняване на промишлени тръбопроводи и фланци за оборудване. Тяхната уникална, зряла структура осигурява изключителна уплътнителна производителност при високи температури, високо налягане и циклични условия, което ги прави незаменими в енергетиката, нефтохимическата и химическата промишленост.

1. Структурен анализ: Хибриден твърдо-гъвкав композит

Основната структура се състои от редуващи се спирални слоеве отметална лентаинеметален пълнителен материал, обикновено подсилени с вътрешни/външни пръстени (Фигура 1):

Фигура 1: Структура на метално навито уплътнение

https://via.placeholder.com/450×250.png?text=Метална+Рана+Уплътнение+Структура

(Илюстрация: V-образна метална лента + пълнителен материал, спирална намотка с вътрешни/външни пръстени)

​Ключови компоненти:​​

• ​Уплътняващо ядро:​​
  • V/W-образна метална лента(0,15–0,25 мм дебелина): Неръждаема стомана (304/316) или специални сплави (Inconel®). Осигурява еластично възстановяване и механична якост.
  • Неметален пълнителГрафитни, PTFE, слюдени или керамични влакна, вградени в канали на метална лента. Осигурява първоначално уплътняване и компенсира микронесъвършенства.
  • Процес на навиванеМетални/пълнителни ленти, навити под ъгъл ≈30°, образуват концентрични запечатващи слоеве.
• ​Армировъчни пръстени:​​
  • Вътрешен пръстенПлътен метал (въглерод/неръждаема стомана). Предотвратява отпускането на уплътнението навътре, устойчив е на издухване и подпомага центрирането.
  • Външен пръстенИдентичен материал. Защитава ръбовете, ограничава отпускането навън и разпределя натоварването на болтовете.

2. Структурни предимства: Превъзходно уплътняване

• ​Еластична компенсацияМногослойни тънки ленти + мек пълнител поемат деформация на фланците, вибрации и вариации в натоварването на болтовете.
• ​Изключителна устойчивост на Т/ПМеталните ленти издържат на болтово натоварване/вътрешно налягане; графитът/слюдата поддържат стабилност при ≤1000°C.
• ​Разпределение на стреса и антирелаксацияСпиралната намотка разсейва компресионното напрежение; V/W геометрията осигурява пружинен отскок по време на термични цикли.
• ​Устойчивост на издухванеВътрешните/външните пръстени + твърдата структура предотвратяват изхвърляне под високо налягане.
• ​Широка адаптивностПерсонализируемите материали/дизайни са подходящи за температури (от -200°C до +1000°C+), налягания (вакуум до 500+ бара) и среди (киселини, H₂, пара).

3. Сравнение с други фланцови уплътнения

​Таблица 1: Метално уплътнение срещу алтернативи​

​Имот​	​Метална рана​	​Гума/Композит​	​PTFE уплътнение​	​Метална обвивка​	​Назъбен метал​
​Макс. температура​	​от -200°C до 1000°C+​	от -40°C до 150°C	-200°C до 260°C*	-200°C до 800°C+	от -200°C до 1000°C+
​Максимално налягане​	​​500+ бара​	40–80 бара	60–100 бара	300+ бара	500+ бара
​Термично циклиране​	​Отлично​	Лошо (застаряващо)	​Слаб (студен поток)​	Умерено	​Лошо (невъзстановимо)​
​Химическа устойчивост​	​Широк (в зависимост от материала)​	Ограничен (гумен тип)	​Отличен (PTFE инертен)​	Широк	Широк
​Покритие на фланеца​	RF (Ra 3,2–6,3 μm)	Ниска толерантност към грапавост	Гладка (против екструдиране)	Необходимо е огледално покритие	Необходим е жлеб RTJ
​Цена/Многократна употреба​	Висока цена;за еднократна употреба​	Ниска цена; многократна употреба	Умерено; ограничено повторно използване	Високо; за еднократна употреба	Високо; за еднократна употреба
*Избягвайте силен термичен шок.

4. Ключови материали и приложения

Избор на метална лента:

• ​SS 304/304LОбща промишлена употреба (-200°C–550°C; пара, масло, слаби киселини).
• ​SS 316/316LПревъзходна устойчивост на хлориди (напр. морска вода, оцетна киселина).
• ​Инконел® 625/X750Екстремни условия (+1000°C, H₂, сериен газ, ядрена енергия).
• ​Монел® 400: HF киселина, горещи основи, морски.
• ​ТитанАерокосмическа индустрия, хлор-алкали.

Пълнежни материали:

• ​Гъвкав графит:
  • Плюсове: -200°C–1600°C (инертна атмосфера); химическа устойчивост; самосмазващо се.
  • НедостатъциНеподходящ за силни окислители (HNO₃).
  • Използвайте: ​Основен избор за пара, H₂, амоняк, термично масло (≥90% от приложенията за HT/HP).
• ​ПТФЕ:
  • ПлюсовеУниверсална химическа устойчивост; ниско триене.
  • Недостатъци: ​Силно студено течение (>100°C/20 bar)термично разширение;
  • ИзползвайтеФармацевтични/хранителни продукти; киселини/алкали <200°C.
• ​СлюдаВисокотемпературна изолация; устойчивост на електрохимична корозия.
• ​Керамични влакнаЕкологичен; умерена температура (≤1000°C).

Заключение

Металните уплътнения доминират при критичното уплътняване на фланци, като съчетават якостта на метала със свиваемостта на пълнежа. Въпреки по-високата цена, невъзможността за повторна употреба и строгите изисквания за покритие на фланците (за предпочитане RF), тяхната надеждност при термични цикли/пикове на налягане е несравнима. Гъвкавостта на материалите позволява персонализирани решения съгласно ASME B16.20/EN 1514. Изборът изисква строга валидация на температура, налягане, среда и циклични натоварвания.