گسکت - معرفی، انواع و کاربرد های آن

گسکت برای اتصالات فلنجی

گسکت (آب بند یا واشر) فلنج برای ایجاد آب بندی استاتیک بین دو وجه فلنج، در شرایط کاری مختلف، با درجه بندی فشار و دما متفاوت استفاده می شود. یک گسکت فضاهای میکروسکوپی و بی‌نظمی‌های صفحه فلنج را پر می‌کند و سپس یک مهر و موم را تشکیل می‌دهد که برای نگهداری مایعات و گازها طراحی شده است. نصب صحیح گسکت های بدون آسیب و صفحات فلنجی بدون آسیب از الزامات اتصال فلنج بدون نشتی است.

 

انواع گسکت
مواد گسکت را می توان به سه دسته اصلی تقسیم کرد.

۱-انواع غیر فلزی
۲-انواع نیمه فلزی
۳-انواع فلزی

۱-گسکت های غیر فلزی
گسکت های غیر فلزی معمولاً مواد ورق کامپوزیتی هستند که با فلنج های سطح صاف و برآمده در کاربردهای کلاس فشار پایین استفاده می شوند. گسکت های غیر فلزی از الیاف آریمید، الیاف شیشه، الاستومر، (PTFE)، گرافیت و غیره ساخته می شوند. گسکت های تمام وجه برای استفاده با فلنج های صفحه تخت مناسب هستند. گسکت های حلقه تخت برای استفاده با فلنج های صورت برجسته مناسب هستند.

ASME B16.21 انواع، اندازه‌ها، مواد، ابعاد، تحمل‌های ابعادی و علامت‌گذاری گسکت های مسطح غیرفلزی را پوشش می‌دهد.

 

۲-گسکت های نیمه فلزی
گسکت های نیمه فلزی ترکیبی از فلز و مواد غیرفلزی هستند. این فلز برای ارائه استحکام و انعطاف پذیری در نظر گرفته شده است، در حالی که بخش غیر فلزی سازگاری و آب بندی را فراهم می کند. گسکت های نیمه فلزی که اغلب مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از: مارپیچ spiral wound و کامپروفیل camprofile و انواع گسکت های گرافیتی تقویت شده با فلز. نیمه فلزی تقریباً برای تمام شرایط عملیاتی و کاربردهای دما و فشار بالا طراحی شده است و بر روی فلنج های صورت برجسته، نر و ماده و فلنج های زبانه و شیار استفاده می شود.
 ASME B16.20مواد، ابعاد، تلورانس های ابعادی و علامت گذاری برای گسکت های فلزی و نیمه فلزی را پوشش می دهد.

 

گسکت مارپیچی spiral wound

۳-گسکت های فلزی
گسکت های فلزی از یک یا ترکیبی از فلزات به شکل و اندازه دلخواه ساخته می شوند. گسکت های فلزی که اغلب مورد استفاده قرار می گیرند، گسکت های حلقه ای (RTJ) هستند. آنها همیشه روی فلنج های ویژه و همراه اعمال می شوند که آب بندی خوب و قابل اعتماد را با انتخاب صحیح پروفیل ها و مواد تضمین می کند.
گسکت های RTJ برای مهر و موم شدن با " تماس اولیه خط " یا عمل جوش زدن بین فلنج جفت و واشر طراحی شده اند. با اعمال فشار بر روی رابط آب بند از طریق نیروی پیچ، فلز " نرم تر " گسکت به ساختار ریز مواد فلنج سخت تر جریان می یابد و آب بندی بسیار محکم و کارآمدی ایجاد می کند.

ASME B16.20 مواد، ابعاد، تلورانس‌های ابعادی و نشانه‌های گسکت فلزی و نیمه فلزی را پوشش می‌دهد.

 

اغلب از گسکت های نیمه فلزی استفاده می شود
در زیر شرح مختصری از تعدادی گسکت نیمه فلزی را مشاهده خواهید کرد که تا حد زیادی مورد استفاده قرار می گیرند.

گسکت مارپیچی spiral wound
مفهوم ساخت گسکت مارپیچی توسط شرکت Flexitallic در سال ۱۹۱۲ ابداع شد و آغاز یک دوره جدید در آب بندی ایمن و موثر بود. هدف اولیه برای این توسعه، دماها و فشارهای شدیدی بود که توسط اپراتورهای پالایشگاه ایالات متحده در نیمه اول قرن استفاده می شد.

لزوم داشتن قابلیت بازیابی گسکت را نمی توان بیش از این تاکید کرد. اثرات نوسانات فشار و دما، اختلاف دما در سراسر صفحه فلنج، همراه با کاهش تنش پیچ و خزش، نیاز به گسکت با انعطاف پذیری و بازیابی کافی برای حفظ آب بندی حتی در این شرایط مختلف خدماتی دارد. گسکت مارپیچی spiral wound راه حل مهندسی دقیقی برای چنین مشکلاتی است که دقیق ترین شرایط دما و فشار را در اتصالات فلنجی و مجموعه های مشابه و تقریباً در برابر هر رسانه خورنده و سمی شناخته شده ای برآورده می کند. گسکت مارپیچی برای موارد ذیل دقیق ترین شرایط را برآورده می کند. دما و فشار در اتصالات فلنجی و مجموعه های مشابه و در برابر هر محیط شناخته شده خورنده و سمی. گسکت مارپیچی به ویژگی‌های مکانیکی یک نوار مارپیچی فلزی شکل‌گرفته بستگی دارد، نه به ویژگی‌های فشاری مواد گسکت سنتی‌ تر. این امر آن را به ویژه برای بارهای پیچ و مهره کم یا نوسانی مناسب می کند. نوارهای آب بندی یا پرکننده ها معمولاً گرافیت هستند، اگرچه ممکن است از مواد دیگری مانند (PTFE) استفاده شود، سیم پیچ ها همیشه فولاد ضد زنگ Stainless Steel هستند. برای کارکرد این نوع گسکت، مارپیچ نباید بیش از حد فشرده شود، بنابراین معمولاً از یکی از دو نوع کنترل فشار استفاده می شود. واشر تکمیل شده در یک حلقه فولادی با ضخامت خاص نصب می شود. هنگامی که گسکت در فلنج نصب می شود و بار پیچ اعمال می شود، بسته شدن فلنج توسط حلقه فولادی بیرونی گسکت کنترل می شود. برای بهبود بیشتر درجه فشار گسکت پیچ مارپیچی، ممکن است یک حلقه فولادی به داخل اضافه شود. این یک توقف محدود کننده تراکم اضافی ایجاد می کند و یک مانع گرما و خوردگی ایجاد می کند که از سیم پیچ های گسکت محافظت می کند و از فرسایش فلنج جلوگیری می کند. مرسوم است که مواد حلقه داخلی را مانند سیم پیچ فلزی انتخاب کنید.
 ASME B16.20 که گسکت های مارپیچی را می پوشاند نیاز به استفاده از حلقه های داخلی فلزی جامد دارد. کلاس فشار ۹۰۰، اندازه لوله اسمی ۲۴ و بزرگتر، کلاس فشار ۱۵۰۰ از سایز اسمی لوله ۱۲ و بزرگتر، کلاس فشار ۲۵۰۰ از اندازه لوله اسمی ۴ و بزرگتر و تمام واشرهای پر شده از PTFE. در همان استاندارد همچنین توضیح داده شده است که چگونه یک واشر زخم مارپیچی باید مشخص شود، در زیر تصویری روی آن خواهید دید.

 

علامت گذاری گسکت مارپیچی spiral wound

مقطع گسکت مارپیچی spiral wound

گسکت کمپروفیل Grooved

گسکت های کمپروفایل یا "Grooved" خود را در تمام کاربردهای صنعتی ثابت کرده اند. گسکت کمپروفایل Grooved در نیروگاه های صنعتی و در مدارهای اولیه در تاسیسات هسته ای یافت می شود. بین فلنج ها یا در واحدهای مبدل حرارتی در کاربردهای هسته ای استفاده می شود. صنایع پترو و شیمیایی نیز سود می‌برند، زیرا گسکت ها در کاربردهایی استفاده می‌شوند که در آن فشارها و دماهای بالا حفظ می‌شوند و در نتیجه بارهای پیچ بالا باید کنترل شوند.
گسکت کمپروفایل از یک هسته فلزی (به طور کلی فولاد ضد زنگ Stainless Steel) با شیارهای متحدالمرکز در دو طرف با مواد آب بندی تشکیل شده است. لایه های آب بندی (بسته به وظیفه سرویس) می توانند گرافیت، PTFE , CAF یا فلز (به عنوان مثال آلومینیوم یا نقره) باشند. Camprofile را می توان بدون لایه های آب بندی استفاده کرد تا آب بندی عالی ایجاد کند، اما خطر آسیب سطح فلنج وجود دارد - به خصوص در بارهای نشستن زیاد. لایه های آب بندی علاوه بر ایجاد آب بندی موثر، سطوح فلنج را از آسیب محافظت می کند.

گسکت فلزی Metal Jacketed gaskets

گسکت های فلزی Metal Jacketed gaskets ، همانطور که از نام پیداست، از یک پوسته بیرونی فلزی با پرکننده فلزی یا غیرفلزی تشکیل شده‌اند. مواد پرکننده به گسکت انعطاف ‌پذیری می‌دهد، در حالی که روکش فلزی از پرکننده محافظت می‌کند و در برابر فشار، دما و خوردگی مقاومت می‌کند. آنها به طور سنتی برای کاربردهای مبدل حرارتی، پمپ‌ها و شیرها استفاده می‌شوند، با این حال ویژگی‌های انعطاف ‌پذیری و بازیابی این گسکت ها محدود است. گسکت های Metal Jacketed gaskets برای مهر و موم شدن به سطح فلنج صاف، بارهای پیچ و مهره زیاد و صافی فلنج نیاز دارند.

انواع مختلفی از گسکت های Metal Jacketed موجود است. در این نوع مواد پرکننده به طور کامل توسط یک ژاکت فلزی Metal Jacketed دو تکه محصور شده است که هم قطر داخلی و هم خارجی و هر دو سطح تماس را می پوشاند. 

گسکت گرافیتی تانگ

این ماده گسکت که حاوی آزبست نیست دارای یک درج فولاد ضد زنگ Stainless Steel است که بین دو لایه گرافیت قرار گرفته است. اگر به درستی کار نشود، ممکن است درج پرسنل را از بین ببرد. این نوع گسکت به " گسکت درهم " معروف است. گسکت ها به خصوص روی سطوح فولادی ضد زنگ Stainless Steel  نچسب هستند. 

احتیاط: برای گرفتن این فلنج با دست، حتما دستکش بپوشید!

استفاده از گسکت گرافیتی ساده در سیستم های انتقال اکسیژن آب دریا توصیه نمی شود. برای چنین وظایفی باید از گسکت غیر آزبستی استفاده شود.

 

گسکت فلزی برای فلنج های RTJ
اتصال نوع حلقه در ابتدا برای استفاده در صنعت نفت توسعه داده شد، جایی که کاربردهای فشار/دمای بالا نیاز به آب بندی با یکپارچگی بالا را ضروری می کرد. آنها عمدتا در میدان نفتی در تجهیزات حفاری و تکمیل استفاده می شوند. اتصالات حلقه ای نیز معمولاً در شیرها و مجموعه های لوله کشی به همراه برخی اتصالات مخازن تحت فشار با یکپارچگی بالا استفاده می شود.

بیشترین نوع مورد استفاده، رینگ R است که مطابق با استانداردهای مربوطه، برای اطمینان از نصب صحیح در استاندارد API 6B و ASME B16.5 رینگ نوع فلنج، با تلورانس‌های تولیدی محکم ماشین‌کاری می‌شود.
RTJ های بیضی و هشت ضلعی با اندازه حلقه یکسان می توانند در فلنج های استاندارد با شیارهای حلقه ای با کف صاف قابل تعویض باشند. برای شیارهای ته گرد سبک قدیمی فقط می توان از RTJ بیضی استفاده کرد. مصالح ساختمانی به گونه ای انتخاب می شوند که با مواد فلنج مطابقت داشته باشند و در برابر محیط های خورنده و فرسایشی مقاوم باشند. علاوه بر این، سختی مواد RTJ کمتر از سختی فلنج ها است تا اطمینان حاصل شود که RTJ تغییر شکل می دهد و نه فلنج ها هنگام مونتاژ. RTJ های غیر استاندارد به طور خاص برای نصب در فلنج هایی طراحی شده اند که حول یک برنامه خاص به جای فلنج استاندارد طراحی شده اند.

 

کاربرد معمول
RTJهای بیضی و هشت ضلعی برای آب بندی فشارهای حداکثر 6250 psi مطابق با ASME B16.20 و حداکثر تا 5000 psi مطابق با درجه بندی فشار API 6A طراحی شده اند. کاربردهای معمول فشار و دمای بالا که در آن از این گسکت ها استفاده می شود شامل مجموعه شیر و لوله کاری در حفاری و پالایش میدان نفتی است. به علاوه این گسکت ها در مخازن فشار قوی و پمپ ها نصب می شوند.

چگونه کار می کنند!
تحت بار فشاری محوری، اتصالات نوع حلقه به طور پلاستیکی تغییر شکل داده و به سمت نامنظمی‌های شیار فلنج جریان می‌یابند. از آنجایی که ناحیه تحمل بار اتصال نوع حلقه نسبتاً کوچک است، تنش های سطحی بسیار بالایی بین سطوح آب بندی اتصال نوع حلقه و شیار ایجاد می شود. این تنش‌ها بیشتر بر روی حلقه‌های Style RX و  افزایش می‌یابد که باعث می‌شود فشارهای داخلی بسیار بالا آب ‌بندی شوند. از آنجایی که اتصالات حلقه ای فلزی جامد هستند، ویژگی های بازیابی آنها ضعیف است. آب بندی با اعمال بار محوری روی گسکت حفظ می شود.

 

استفاده مجدد
اتصالات  Ring type jointنوع حلقه به گونه ای طراحی شده اند که دارای مقدار محدودی از تداخل مثبت هستند، که تضمین می کند که اتصال نوع حلقه به درستی در شیار در هنگام فشرده سازی قرار می گیرد. استفاده مجدد از آنها به دو دلیل توصیه نمی شود.
۱- Initial seating گسکت مختل خواهد شد.
۲-هنگامی که گسکت از نظر پلاستیک تغییر شکل می دهد، سخت شدن کار سطح فلز خارجی رخ می دهد. این ممکن است منجر به آسیب دائمی به شیار شود.

 

سختی مواد

در فشرده سازی مجموعه فلنج، ضروری است که اتصال نوع حلقه به طور قابل توجهی نرمتر از شیار فلنج باشد تا واشر به صورت پلاستیکی تغییر شکل دهد نه شیار. استفاده از اتصالات سخت تر از نوع حلقه می تواند منجر به آسیب شیار فلنج شود. به همین دلیل اتصالات نوع حلقه با حداکثر سختی زیر عرضه می شوند.

(1) اندازه گیری شده با بار 3000 کیلوگرم به جز آهن نرم که با بار 500 کیلوگرم اندازه گیری می شود.

(2) اندازه گیری شده با 100 کیلوگرم بار و قطر 1/6 اینچ

 

پوشش محافظ
مطابق با مشخصات API، آهن نرم، فولاد کم کربن و سایر مواد آهنی اتصالات حلقه ای با استفاده از روی آبکاری شده یا کادمیوم تا حداکثر ضخامت 0.0005 اینچ در برابر خوردگی محافظت می شوند. پوشش های مواد جایگزین را می توان عرضه کرد.

 

 

 

نویسنده : Mohsen Lotfi Someie ( آرامک صنعت هوشمند )