墊片密封一直都是工業安全生產的關鍵。該文分析了傳統墊片在載荷力過大或者系統工況波動下存在的不足，提出了革新性的魚骨墊片創新設計，介紹了魚骨墊片的結構和密封原理，通過測試數據的對比顯示，魚骨墊不僅極大地降低了密封泄漏率，而且顯著提高了生產、環境和人員健康的安全保障，為極端環境下更可靠、更牢固的密封問題提供了新的解決方案。

　　引言

　　墊片在確保工業的安全生產中一直都起著極其重要的作用，尤其是在石油、燃氣、化工、造紙和發電等這些與流體相關的行業中，比如那些供揮發性化學物質和高壓蒸汽通過的管道。工廠里有成千上萬這種管道的連結點、象法蘭、泵閥座、換熱器和反應器艙蓋之類。所以可靠而有效的密封一直都是安全生產的關鍵，而真空技術網(http://203scouts.com/)認為墊片則是確保密封有效可靠的關鍵。

　　理論上，一個好的墊片需要同時具備堅韌性和回彈性，但事實上，要想真正有效地做到這兩點，其實是非常難的。一般情況下，在高溫高壓的工況下，超過90%工程師最先想到的一定是用纏繞墊和齒型墊進行密封。這兩種最傳統而保守的選擇有什么問題嗎?有問題就是在實際操作中，落后的設計根本無法同時做到既強韌又靈活。于是大家都在等待一種新設計的誕生，有時候，我們需要魚和熊掌可以兼得。

1、傳統墊片的種類

　　纏繞墊發明于1912年，由金屬鋼帶纏繞密封填料兩部分組成，見圖1。相較于單一材質的墊片，纏繞墊在強度和非金屬的密封性能上具有明顯的優勢。但在現場操作中，維修人員便很快發現這些性能沒法做到100%的可靠。

圖1 纏繞墊結構

　　當焊接結點在內端的時候，纏繞墊時常會出現散架的現象，由此便會導致松散的金屬鋼帶被吸入管道系統，造成法蘭處發生泄漏，這種情況會直接威脅生產的安全和穩定性。除此之外，這些情況也會造成纏繞墊散架，比如螺栓扭力過大，壓力高峰值過大，溫度的波動等。因此需要一種更好的設計來應對這些狀況：一種可以讓墊片在極端環境下更可靠更牢固的設計。這種有明顯改進后的設計出現在1976年，一種叫做齒型墊的墊片，見圖2。齒型墊由一個一體成型的金屬骨架組成，骨架的上下兩面做溝槽處理，并在溝槽處填充非金屬密封材料。相對纏繞金屬帶，這種一體的金屬構造的優點是，強度增加且不會出現金屬帶松散的情況。但也同時帶來的問題是，缺乏彈性，導致回彈性較差。

　　除了纏繞墊和齒型墊，還有一部分專業設計墊片的出現，但這些設計卻沒有一個進入等待革新的主流市場，這些墊片加起來的占有率還不到小眾市場的10%。例如，包覆墊和金屬環墊都完全依賴“金屬對金屬”進行密封，效果并不理想；還有一種波齒墊，波形金屬構造覆著非金屬密封填料，理論上近乎完美：牢固，有彈性，耐壓，不會損傷法蘭表面。但是，它依然有一個致命的缺點：波齒墊的厚度與其他所有墊片都不同。為了保證波齒墊的彈性，金屬的波形層必須要薄，但是一旦波形層厚度變薄，它的總厚度就不符合一般法蘭設計的要求。理論上，更換一個更薄的墊片不是什么大問題，甚至可以被認為是一個優勢(這點需要另一篇文章詳細說明)；但到了現場，大多數工程師對此仍然顧慮重重。

圖2 齒型墊結構

2、新型魚骨墊片

　　魚骨墊也是一種墊片，一種突破傳統設計，為高溫高壓下的密封問題提供最終解決方案的新型墊片，這是我們研發設計的一種可以承載革新重任的新設計。魚骨墊由艾志環保管接技術股份有限公司研發，受到國際專利保護。正如其名，魚骨墊主要有3個組成部分：魚骨形一體成型的金屬骨架，朝向流體的多層同軸斜齒，在墊片上下雙面貼覆非金屬的密封填料，如石墨或者聚四氟乙烯(PTFE)。客戶可以自由選擇是否需要加強型內環。無論哪種選擇，魚骨墊都可以和傳統設計的墊片交替使用，比如同外徑，內徑，厚度的纏繞墊和齒形墊。圖3所示是魚骨墊的基本結構，上下兩面貼覆石墨或者PTFE，組成復合墊片。

圖3 魚骨墊的基本結構

　　魚骨墊最明顯的優勢是它具備纏繞墊理論上的彈性和齒型墊理論上的強度。您肯定會問，那不就是所有傳統設計的合體嗎?其實魚骨墊自身獨特的特性遠不止于此。

　　首先，我們之前說過魚骨墊的其中一個結構：所有朝向流體介質的斜齒，即使是靠近中心環的斜齒。這樣的設計使得魚骨墊可以在系統流體壓力下獲得自密封力，以此推動靠近中心環的斜齒打開法蘭構成一個初密封。壓力越大，密封效果越佳。齒型墊是不具備這一特質的，而對纏繞墊是否有自密封性一直都存有爭議。無內環的纏繞墊可以具有自密封性，但是散架的可能性極大。這就是為什么按照美國API 和新版ASME的規定一般纏繞墊必須帶有增強性內環。可結果是，一旦加上內環纏繞墊又會喪失大部分的自密封能力。

　　再者，魚骨墊的斜齒結構呈月牙形，因此，在月牙形的頂端，斜齒接觸的不會是一個點，而是一個面。而月牙斜齒的底端牢固且有彈性。我們來比較下纏繞墊和齒型墊，纏繞墊的金屬鋼帶朝向法蘭被壓至45°角，而齒型墊的齒就更加尖銳，對法蘭表面的傷害極大。因為這個原因而損毀的法蘭替換成本還是極高的。

3、對比測試

　　我們把魚骨墊片與其他類型的墊片進行了對比測試，測試項目和測試結果見表1～表3。

表1 魚骨墊與纏繞墊、齒型墊的泄漏率對比

表2 魚骨墊™與纏繞墊、齒型墊的TA-LUFT 測試對比

表3 魚骨墊™ 與纏繞墊的抗壓潰性能測試比對

4、結論

　　表1～表3 可以說明，魚骨墊相較于之前的纏繞墊、齒型墊設計有以下優點：高強度和高彈性的平衡；可以和同規格任意傳統墊片替換使用；不會損傷法蘭；結構不會散架。

　　那現場的工程師們會問：“我們需要用魚骨墊來替換掉現在所有的墊片嗎?”其實我們不會這樣建議，至少這不是首選的方法，可以先從問題發生最多的區域開始替換。這是一些可以自查的問題：哪個部分是最常需要維護的(法蘭的再次緊固，替換密封實效的墊片還是大設備上實效的墊片)?哪個部分的墊片最容易被壓壞?纏繞墊在哪里最容易散架?哪里的法蘭替換成本高，需要重點保護?

　　“可我為什么要換一個更好的墊片呢?”“世上哪有一種設計可以做到100%完美呢?”那我們的問題是：生產中，怎樣的安全才叫絕對的安全?1%的泄漏是不是就可以接受?如果不是，那0.1%呢?又能接受嗎?這就是我們想說的，沒有任何一個準確的數字可以足夠說明我們的目標。我們的目標就是用最先進的技術，最合理的成本，將泄漏率減少到最小，真正實現最安全，最穩定的生產。