法蘭與墊片構(gòu)成的密封系統(tǒng)需要保證可靠性，首先需要保證密封墊片的材料暴露在低溫環(huán)境下不會發(fā)生破壞，需要密封材料具有良好的屈服強(qiáng)度。同時，密封墊片的材料在溫度發(fā)生變化時需要有較好的延展性，避免在低溫環(huán)境下發(fā)生收縮變形，導(dǎo)致法蘭與墊片的間隙過大，造成油品泄漏。此外，還需要密封墊片的材料表面粗糙度合適，墊片與法蘭接觸面縫隙完美貼合，提高密封結(jié)構(gòu)的可靠性。從力學(xué)性能和低溫脆性的角度分析，鋁合金和聚四氟乙烯材料( PTFE) 可作為低溫環(huán)境下原油輸送管道法蘭墊片密封材料的良好選擇。
圖示某常壓車間管道法蘭
一、材料拉伸時的力學(xué)性能
1、 鋁合金材料
鋁合金材料具有密度小、低溫下合金相穩(wěn)定和氣密封性好等特點(diǎn)。隨著溫度的降低，很多金屬的屈服強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度增加得更多，造成其很容易發(fā)生低溫脆性斷裂。鋁合金材料具有很好的低溫力學(xué)性能。在溫度降低到 20 K 之前，鋁合金的抗拉強(qiáng)度的增加比其屈服強(qiáng)度的增加大很多，即鋁合金不會因?yàn)榍䦶?qiáng)度大于抗拉強(qiáng)度而發(fā)生脆性形變。低溫環(huán)境下，鋁合金能夠滿足作為密封墊片材料的要求。
2、聚四氟乙烯材料( PTFE)
PTFE 是以碳原子為骨架，氟原子均勻、對稱地分布在碳原子周圍。PTFE 具有很好的拉伸性能和抗腐蝕性，其抗腐蝕強(qiáng)度甚至超過玻璃、鋼、鐵等很多材料。隨著溫度的降低，聚四氟乙烯的拉伸強(qiáng)度逐漸增大，在溫度低至 -50 ℃ 時，PTFE 仍具有很好的拉伸強(qiáng)度。
圖示奧賽羅聚四氟乙烯墊片
二、 材料的低溫脆性
金屬材料及其合金材料在進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)或者裝配使用過程中，當(dāng)環(huán)境溫度低于某一特定數(shù)值時，材料的物理狀態(tài)將由韌性變?yōu)榇嘈裕?沖擊吸收功明顯下降，斷口特征由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀，尤其是工程中較為常用的中、低強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)鋼材料會發(fā)生這種情況。
鋁合金材料不會因?yàn)闇囟鹊南陆祵?dǎo)致材料的韌性隨之下降。反而，在溫度為 77 K 的情況下，大部分鋁合金的斷裂韌性隨著溫度的下降而增大，說明鋁合金材料具有很好的韌性。
聚四氟乙烯是一種溫度適應(yīng)性很強(qiáng)的復(fù)合材料，它在-196 ℃ 和260 ℃ 之間都能保持優(yōu)良的力學(xué)性能，全氟碳高分子較為明顯的特點(diǎn)就是在低溫下能夠保持良好的韌性，不發(fā)生脆變行為。
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