R型和RX型金属密封垫环的优选与认识

R型和RX型金属密封垫环的优选与认识

舒  鹏   贺建勇

中石化中原石油工程有限公司管具公司  河南省  濮阳市457001

摘要：R型金属密封垫环和RX型金属密封垫环都是常见的金属密封垫环类型，R型金属密封垫环：常用于低压密封，使用温度范围从-60℃到150℃，常见材质包括不锈钢304和316L。RX型金属密封垫环是在R系列金属环垫的基础上发展和延伸出的又一类型的金属环垫。本文通过相关研究，对R型金属密封垫环和RX型金属密封垫环的优缺点得到了进一步的认识，并实现了如何优选。

关键词：石油钻井；R型金属密封垫环；RX型金属密封垫环

引言

在试压中，那些用于法兰间连接的“RX”型钢圈有一种自密封效果。“RX”型钢圈能够增加自密封效果以及预防由于井压变化和试压时压力震动造成的钢圈失效。使用效果优于R系列金属环垫，它使得法兰接触更加紧密，密封性能突出。API标准用于法兰连接的“RX”型压力增强型钢圈消除了绝大部分的压力密封方面的危险，它与那些以前的长圆型及八角型“R”型钢圈一样得到普遍应用。

1 R型金属密封垫环和RX型金属密封垫环的结构

1.1 R型金属密封垫环的结构

R型金属密封垫环，也被称为环形金属垫片或金属C形垫，是一种用于法兰连接的密封元件。其主要结构特点为环形设计，中心开有通孔，以便安装在螺栓之间。垫环通常由金属制成，如不锈钢、铜、铝或其他合金，具有较高的强度和耐腐蚀性。

1.2 RX型金属密封垫环的结构

RX型金属密封垫环通常由金属环和填充物两部分组成。金属环一般采用高强度、耐腐蚀的金属材料制成，如不锈钢或镍基合金。填充物则根据使用环境和介质的不同，可以是柔性石墨、聚四氟乙烯（PTFE）或其他高性能密封材料。

2.R型金属密封垫环和RX型金属密封垫环的密封原理

2.1 R型金属密封垫环主要依赖于其金属材料的弹性和塑性变形。当法兰连接螺栓拧紧时，垫环受到压缩，其外缘与法兰面接触并发生弹性变形，形成密封。垫环的金属材质能够提供良好的弹性和恢复性，即使在高温、高压或腐蚀性环境下也能保持稳定的密封性能。

2.2 RX型金属密封垫环的密封原理主要是依靠金属环的弹性和填充物的塑性变形来实现。当螺栓拧紧时，金属环受到压缩，产生弹性变形，同时填充物在压力作用下发生塑性变形，填满金属环与法兰之间的间隙，形成一道有效的密封屏障。这种密封方式既能防止介质泄漏，又能承受一定的压力和温度。

3 R型金属密封垫环和RX型金属密封垫环的优缺点

3.1 R型金属密封垫环优点

R型垫环的径向自紧设计可以提供良好的密封性能，尤其在高压和高温环境下表现优异。R型垫环的安装相对简单，不需要特殊的安装工具或技能。R型垫环适用于多种材料和尺寸，可以应用于不同的设备和管道系统。

3.2 R型金属密封垫环缺点

密封性能可能受压力波动影响：在压力波动较大的情况下，R型垫环的密封性能可能会受到影响。对法兰加工要求较高：为了保证密封效果，R型垫环对法兰的加工精度和平面度要求较高。

3.3 RX型金属密封垫环优点

RX型垫环采用双重密封设计，具有更好的密封性能和防泄漏能力。适应性强：RX型垫环适用于不同的介质和工作环境，包括高温、高压和腐蚀性介质。易于维护：RX型垫环的结构简单，易于维护和更换。耐高温、耐高压，适用于高压法兰。密封可靠，适应压力、温度有波动的工况条件。

3.4 RX型金属密封垫环缺点

由于RX型垫环的制造工艺和材料的特殊性，某些尺寸的RX型环垫应有贯通环截面的压力通孔。其成本通常较高。安装要求较高：为了确保密封效果，RX型垫环的安装需要严格按照制造商的推荐进行。

4 R型和RX型金属密封垫环的优选

RX型金属密封垫环比传统的R型金属密封垫环厚度更大，并且有一个大的与标准垫环槽相接触的接触面，当法兰装好后，垫环外圈先与垫环槽接触，这就导致了当法兰被上紧过程中，垫环与垫环槽的外圈会产生预压力。当垫环内圈与垫环槽内圈接触时，这个预压力就停止了。这就确保了垫环能够较好与垫环槽吻合，并且能针对内压力提供最大的抗压力，通过垫环内圈与垫环槽接触面的宽度及高度增加来保持自密封条件的存在。研究发现，密封面的宽度及高度必须大于产生自密封效果的密封面。

对标准API垫环而言，用于压紧长圆形或八角形R型金属密封垫环的螺栓所要承受的力比RX型金属密封垫环高一倍，当上紧螺栓时，相对较软的长圆形垫环的表面与较硬的法兰垫环槽紧密接触形成一个小的接触面，这个接触面的大小依赖于螺栓压紧的程度。当正常压紧时，压力增加使垫环变形产生密封。在绝大多数API法兰连接的标准中，将环绕法兰一周的螺栓连续紧固几次以达到一个稳定的状态是必须的，对大法兰所花费的时间将会达到4-10小时。当内部压力大到能够引起那些使用长圆形或八角形R型金属密封垫环密封的部位产生挠曲时，螺栓施加在垫环上的力开始降低，如果向外分离的力大于施加密封的力就会发生泄漏。像一些外部的震动如钻井压力波动等都会造成这样的后果，需要中心上紧螺栓或对螺栓进行验松工作。

长圆形或八角形垫环设计上的两个缺点是不能有效的防止由于外部载荷的增加带来的影响以及不具备内压助封的效果。RX型金属密封垫环解决了这些困难，螺栓只需要紧固一次就可以，并可以同时产生自密封效果，钻井作业时或放喷时的压力变化不会影响到垫环的密封。

在对采油树进行极高压力试压时，不需要再次上紧螺栓，这就意味着节省时间和劳动强度，也意味着安全的工作环境，特别是在浅海地区。

大量不同工况下的试压检测了这种垫环，在任何一种工况下，这种垫环在螺栓上紧力与那些长圆形垫环相同的条件下能够形成安全的密封状况。

例如一只FL52-35（FL2＂-5000Psi）的法兰上加一只RX型金属密封垫环，用222FT-IB的力将其紧固后，就可以承受最大30000Psi的压力而不泄露。

BX型金属密封垫环已经被用于工作压力为10000Psi、15000Psi及20000Psi的设备上。与RX型金属密封垫环相似，垫环与垫环槽的接触最初是在垫环槽外侧并且具有内压助封的效果。BX型垫环的编号范围是从BX150-BX160，且它们与R型金属密封垫环及RX型金属密封垫环不互换。API推荐BX型垫环只能使用一次。R型金属密封垫环在一定条件下可以重复使用。具体来说，R或 RX型金属密封垫环可重复使用，而 BX型金属密封垫环由于受刚性连接的限制，只能使用一次。

如：R39金属密封垫环高度15.9，装配后法兰间距约4.8，RX39金属密封垫环高度25.4，装配后法兰间距约11.9。直接替换垫环可能导致螺栓长度不够。

5 结语

综上所述，R型金属密封垫环和RX型金属密封垫环各有其优缺点。在选择时，需要根据具体的应用场景、设备条件和工作环境进行综合考虑，以选择最适合的密封垫环类型。

参考文献

[1]张勇. 阀门密封用金属环形垫的分析与选用[J]. 阀门,2018(4):43-45.

[2]王学文,文联奎. 金属环垫可靠性密封设计[J]. 炼油设计,1995, (1):32-35,4.