「型錄寫耐溫 400°C、耐壓 100 bar,那 20 bar 的蒸汽管應該沒問題吧?」這是非石棉墊片最常見、也最危險的誤讀。
型錄上的最高溫度與最高壓力,是在兩種不同條件下分別量到的,不能同時成立;真正決定能不能用的,是溫度與壓力的組合,再加上墊片厚度、黏結劑種類與法蘭狀況。
本文從 P×T 值與 P×T 圖的判讀講起,說明為什麼薄墊片反而更耐壓、蒸汽工況為何特別容易讓非石棉墊片失效,最後整理詢價時該提供的資訊,以及什麼情況應改用其他墊片。
目錄
Toggle型錄上的最高耐溫與耐壓能同時達到嗎?
最高耐溫與最高耐壓各在什麼條件下成立?
非石棉墊片在業界也稱為壓縮纖維墊片(CNAF),由芳綸、玻纖、礦物纖維等補強纖維,混合 NBR、SBR 或天然橡膠等黏結劑與填料,經滾壓、硫化製成板材後再裁切成形。
型錄上的「最高溫度」,通常是指在壓力很低、接近常壓時,材料短時間內不致失效的溫度;「最高壓力」則是在常溫、法蘭與鎖固條件都理想時的耐壓極限。
換句話說,這兩個數字是在兩個相反的極端分別量到的。把它們組合成「高溫加高壓」,就像把兩份成績單上的最高分加在一起,看起來漂亮,實際上並不存在。
採購若只拿這兩個數字去比對工況,很容易選到一片「規格上看起來綽綽有餘、裝上去卻撐不了幾個月」的墊片。
溫度升高時,墊片內部會有什麼變化?
黏結劑是非石棉墊片的關鍵,也是它的弱點。纖維負責強度,橡膠黏結劑負責把纖維綁在一起,並提供密封所需的柔軟度與回彈。溫度升高後,橡膠會持續交聯硬化,回彈能力下降,墊片內部同時發生應力鬆弛,螺栓提供的有效夾緊力也跟著減少。
另一方面,內壓越高,把墊片往外推的力(吹出力)就越大,維持密封所需的殘留面壓也越高。高溫降低了墊片「抓得住」的能力,高壓卻提高了「需要抓住」的門檻,兩者往相反方向走,結果就是:溫度越高,墊片能承受的壓力越低。
日本墊片大廠的型錄也特別提醒,經濟型的非石棉纖維板在 100°C 以上就會開始硬化,鎖固管理要格外注意。
為什麼要看溫度與壓力的組合(P×T 值)?
為了同時考慮溫度與壓力這兩個變數,業界發展出 P×T 值(壓力乘以溫度)與 P×T 圖兩種工具。
判斷原則很簡單:工況的溫度、壓力與 P×T 值三項,都不能超過該產品型錄公告的數值,只要有一項超標就不適用。
下表整理型錄上常見的溫壓指標,以及實務上最常發生的誤用。
非石棉墊片型錄常見溫壓指標
| 指標 | 量測或定義條件 | 實務意義 | 常見誤用 |
| 最高溫度 | 接近常壓、短時間 | 材料本身的耐熱極限 | 當成高壓下的連續使用溫度 |
| 最高壓力 | 常溫、理想鎖固 | 抗吹出能力的上限 | 當成高溫下的耐壓 |
| 連續使用溫度 | 長時間、低壓 | 黏結劑熱老化可接受的溫度 | 忽略壓力造成的修正 |
| 最大 P×T 值 | 壓力×溫度的乘積上限 | 溫壓同時存在時的組合限制 | 單位混用(psi×°F 與 bar×°C) |
| P×T 圖 | 依厚度繪製的溫壓分區圖 | 最直接的可用性判讀工具 | 用錯厚度的曲線 |
P×T 圖怎麼讀:三個區域代表什麼?
P×T 值的算法與單位陷阱
P×T 值就是把操作壓力與操作溫度相乘。
麻煩在於單位:美系型錄多用 psi×°F,部分歐系或亞洲型錄改用 bar×°C,同一個工況算出來的數字差了好幾十倍,絕對不能拿 A 廠的單位去對照 B 廠的上限。
以 10 barg 的飽和蒸汽為例:壓力約 145 psig、溫度約 184°C(363°F),用 psi×°F 計算,P×T 約為 145×363≈52,600;若用 bar×°C 計算,則是 10×184=1,840。兩個數字描述的是同一條蒸汽管,只是單位不同。看型錄時,第一件事就是確認它用的是哪一套單位。
坊間常見的一個粗略參考是:以 psi×°F 計,P×T 值在 350,000 以下的工況,一般可以考慮壓縮非石棉墊片;超過時建議改用金屬或半金屬墊片。這個數字只能拿來做第一輪篩選,不同牌號之間差異很大,有些經濟型等級的上限遠低於此,最終仍要以該產品的型錄為準。
三個區域的判讀
多數型錄的 P×T 圖會把溫度與壓力組成的平面分成三個區域,各廠命名略有不同,但概念大致一致:
• 區域一(一般可用區):在型錄建議的鎖固條件下,通常不需要額外的工程評估即可使用。
• 區域二(需技術評估區):可能可用,但要一併考慮介質、法蘭型式、鎖固程序與熱循環頻率,建議先向供應商確認。
• 區域三(不建議區):超出材料能力,應直接改用其他墊片型式,不要嘗試「加大扭矩撐撐看」。
定位時要用工況的「最高」溫度與「最高」壓力,包含開機升溫、設備清洗、蒸汽殺菌(SIP)等短時峰值,而不是正常運轉時的平均值。另外要記得,型錄上的溫度、壓力與 P×T 額定,都是建立在最佳條件下:法蘭面平整、粗糙度合適、螺栓負荷足夠。
現場條件越差,實際可用的邊界就越往內縮,落在區域邊界線上的工況,應該當成下一個區域來處理。
看錯厚度的溫壓曲線,會有什麼風險?
P×T 圖通常依厚度分開繪製,例如 1/32″ 與 1/16″(約 0.8 mm 與 1.5 mm)共用一張,1/8″(約 3 mm)另外一張。同一種材料,厚墊片那張圖的可用面積明顯較小。
拿 1.5 mm 的曲線去判斷 3 mm 的墊片,是現場最常見的錯誤之一,等於在不知不覺中放寬了安全邊界。
除了 P×T 圖,也要看法蘭的壓力等級。美系墊片廠的技術資料指出,依壓力等級與飽和蒸汽的溫壓關係比較,片狀非石棉墊片原則上應限用在 ASME Class 300 以下的法蘭;更高等級的法蘭,建議直接選用纏繞式等半金屬墊片。
下表把判讀流程整理成六個步驟,可直接放進內部的選型檢查表。
P×T 判讀六步驟
| 步驟 | 要確認的事 | 注意重點 |
| 1. 確認最高溫壓 | 最高操作溫度與壓力 | 含開機、清洗、SIP 峰值,不用平均值 |
| 2. 換成型錄單位 | psi/°F 或 bar/°C | 兩套單位不可混用 |
| 3. 選對厚度曲線 | 實際安裝的墊片厚度 | 厚墊片的可用範圍較小 |
| 4. 定位區域 | 落在區域一、二或三 | 落在邊界線上視為下一區 |
| 5. 核對單項上限 | 溫度、壓力、P×T 三項 | 任一項超過即不可用 |
| 6. 確認法蘭等級 | 是否為 Class 300 以下 | 更高等級改用半金屬墊片 |
厚度怎麼選:為什麼越薄越耐壓?
薄墊片的四個優勢
直覺上,厚墊片「肉比較多」,應該比較耐用。但對非石棉這類壓縮纖維墊片來說,結論剛好相反:只要法蘭條件允許,越薄越好。
原因可以歸納為四點:
1. 抗吹出能力較高:墊片暴露在內壓下的側面積較小,被介質往外推的力也較小。
2. 洩漏率較低:介質能滲透穿過墊片本體的截面積同樣較小。
3. 螺栓扭力保持較好:薄墊片的潛變鬆弛量較少,鎖緊後的面壓衰減較慢。
4. 成本較低:用料少,價格自然較低。
這也解釋了為什麼同一種材料,型錄上厚墊片的 P×T 額定總是比較低。厚度不是越多越保險,而是一種取捨。
1.5 mm 為什麼是最常見的標準厚度
一般配管法蘭,例如有水線的突面 ASME B16.5、JIS 或 CNS 法蘭,最常用的非石棉墊片厚度是 1.5 mm(約 1/16″)。這個厚度既能填滿水線與一般的加工紋路,又保留了薄墊片在耐壓與抗鬆弛上的優勢,是補償能力與密封可靠度之間的平衡點。
有實務建議指出,進行法蘭設計計算時,可以採用 3 mm 墊片的 m、y 係數(數值較保守),但實際安裝 1.5 mm 的墊片,兼顧計算安全度與現場密封性。
至於 0.8 mm 或更薄的規格,多半用在法蘭面加工精度高、對組裝間隙有嚴格要求的部位,例如剖分式泵殼的接合面,因為墊片厚度會直接影響兩半殼體之間的配合。
什麼時候才該用厚墊片?
厚墊片的好處是能吃下較深的刮痕、凹坑與翹曲,所以在法蘭面嚴重損傷、兩法蘭平行度不佳,或是塑膠、FRP 這類無法承受高螺栓負荷的法蘭上,才有理由加厚。但要記得:加厚換來的是補償能力,付出的代價是耐壓與抗鬆弛性。
如果是因為法蘭翹曲才想用厚墊片,更好的做法通常是先修面,或改用補償性較佳的 ePTFE 等材料,相關判斷方式可參考〈法蘭面 Ra 粗糙度、平面度與翹曲〉一文。
另一個常見的現場做法是把兩片薄墊片疊起來當一片厚的用,這會多出一個洩漏介面,兩片之間也容易滑移錯位,應該避免。
非石棉墊片厚度選用對照
| 厚度 | 適用場合 | 優點 | 限制 |
| 0.5–0.8 mm | 精加工面、剖分泵殼、間隙敏感部位 | 耐壓與抗鬆弛最佳 | 補償能力低,法蘭面要求高 |
| 1.5 mm | 一般配管法蘭(標準選擇) | 補償與耐壓平衡 | 嚴重損傷的法蘭補償不足 |
| 2.0 mm | 輕微不平整、中低壓 | 補償能力略增 | P×T 額定下降 |
| 3.0 mm | 損傷或翹曲法蘭、低壓 | 補償能力最佳 | 耐壓最差、易鬆弛,高溫蒸汽應避免 |
蒸汽工況:非石棉墊片最常栽跟斗的地方
飽和蒸汽的溫度和壓力是綁在一起的
飽和蒸汽有一個特性:溫度與壓力有固定的對應關係,壓力越高,溫度就越高,所需的墊片面壓也越高。
因此蒸汽管只要知道壓力,就能直接查出溫度,而 P×T 值會隨著壓力上升而快速放大。下表列出常見蒸汽壓力的飽和溫度,以及換算後的 P×T 參考值,方便與型錄比對。
飽和蒸汽壓力、溫度與 P×T 參考值
| 錶壓(barg) | 飽和溫度(°C) | 約 psig/°F | P×T(psi×°F)約 |
| 3 | 144 | 44/291 | 12,700 |
| 5 | 159 | 73/318 | 23,100 |
| 10 | 184 | 145/363 | 52,600 |
| 15 | 201 | 218/394 | 85,800 |
| 20 | 215 | 290/419 | 121,500 |
| 30 | 236 | 435/457 | 198,800 |
| 40 | 252 | 580/486 | 281,900 |
註:數值經四捨五入,僅供比較用;P×T 上限請以所用產品的型錄為準。
從表中可以看到,即使是 40 barg 的蒸汽,P×T 值仍低於前面提到的 350,000 粗估線。但這不代表就能用:40 barg 已接近碳鋼 Class 300 法蘭在該溫度下的額定上限,飽和溫度也逼近許多一般等級非石棉墊片的連續使用溫度。
這正是為什麼 P×T 只是第一關,溫度、壓力、法蘭等級必須逐項核對。
熱循環才是蒸汽管真正的殺手
連續運轉、溫度穩定的蒸汽管,其實比較少出問題;麻煩多半出在間歇使用的設備:開機升溫、停機冷卻、蒸汽與冷凝水交替出現。每一次熱循環,黏結劑都會再硬化一些,墊片也會再乾縮一些;同時,法蘭與螺栓之間的溫差會讓螺栓負荷上下波動。
循環次數累積之後,殘留面壓慢慢降到密封門檻以下,就出現「新墊片裝上去好好的,用了一兩個月才開始漏」的典型狀況。食品廠的夾套鍋、殺菌線、清洗用蒸汽、熱交換器的蒸汽側、蒸汽追蹤管線,都屬於這類高循環工況。
評估時,除了溫度與壓力,也應該把「每天大約開關幾次」列入選型條件。
過熱蒸汽與再鎖緊的問題
過熱蒸汽的溫度可以遠高於同壓力下的飽和溫度,對橡膠黏結劑是更嚴苛的考驗。以美系大廠為例,旗下眾多非石棉壓縮板中,只有一款特殊配方被列為可用於過熱蒸汽。
換句話說,一般等級的非石棉墊片原則上不應用在過熱蒸汽管線,除非型錄明確標示可用。
至於再鎖緊(熱鎖緊),一般 NBR 黏結的非石棉墊片受熱硬化後,補扭矩的效果有限,甚至可能把已經變脆的墊片壓裂;也有部分耐熱型配方標榜不會熱硬化、可以再鎖緊。
是否需要補扭矩、什麼時候補,請依產品型錄的指示辦理,詳細的鎖固順序與扭矩計算可參考〈非石棉墊片扭矩〉一文。
詢價前要準備的資訊,以及何時該換墊片
詢價時請提供這六項資訊
供應商能不能幫你選對墊片,取決於你給的資訊夠不夠完整。
以下六項建議在詢價時一次提供,可以省去來回確認的時間,也能避免「規格看起來一樣、實際用起來不一樣」的爭議:
1. 介質與狀態:飽和蒸汽、過熱蒸汽、冷凝水或熱水,是否含化學藥劑。
2. 壓力:正常與最高操作壓力,包含水錘與啟動時的峰值。
3. 溫度:正常與最高操作溫度,包含殺菌、清洗等短時高溫。
4. 運轉模式:連續或間歇運轉,大約每天有幾次升溫與冷卻。
5. 法蘭規格:標準(ASME、JIS、CNS)、口徑、壓力等級、面型與材質。
6. 現況:目前使用的墊片牌號與厚度、洩漏位置、使用多久後開始漏、拆下的墊片外觀。
進料與安裝前的檢查重點
• 核對厚度與公差,厚度會直接影響 P×T 的判讀結果。
• 確認牌號與型錄一致,包裝或墊片上有批號可追溯。
• 外觀無分層、裂紋、缺角或明顯毛邊。
• 法蘭面清潔,舊墊片殘留完全清除,水線與粗糙度符合要求。
• 除非型錄允許,不要在墊片上塗抹油脂或密封膏,以免降低抗吹出能力。
• 依十字對角順序分階段鎖緊至規定扭矩,不要一次鎖到底。
超出範圍時,改用哪種墊片
當 P×T 判讀落在區域三、法蘭等級超過 Class 300,或熱循環過於頻繁時,與其不斷更換非石棉墊片,不如直接換一種墊片型式。
下表整理常見的替代方向,實際選型仍需搭配介質相容性評估,可參考〈墊片耐酸鹼對照表〉。
超出非石棉墊片能力時的替代選擇
| 情境 | 建議改用 | 理由 |
| P×T 落在區域三,或法蘭 Class 600 以上 | 纏繞式墊片(石墨填充,含內外環) | 金屬結構承壓、回彈性高 |
| 高溫蒸汽、熱循環頻繁 | 柔性石墨墊片(金屬加強芯) | 不含橡膠黏結劑,不會熱硬化 |
| 過熱蒸汽 | 纏繞式墊片或石墨複合墊片 | 一般非石棉墊片不適用 |
| 強腐蝕介質或潔淨需求,溫度在 260°C 以下 | 填充 PTFE 或 ePTFE 墊片 | 化學惰性高,但需注意冷流 |
| 法蘭面損傷、短期內無法停機修面 | ePTFE 或改質 PTFE 墊片 | 低面壓下仍有良好補償性 |
非石棉墊片 總結
選用非石棉墊片時,應把溫度與壓力放在同一工況下判斷。型錄上的最高耐溫與最高耐壓各有適用條件,P×T 值可用於初步篩選,再依實際厚度查閱 P–T 圖,並核對介質、法蘭額定值與鎖固條件。
蒸汽管線還要區分飽和與過熱蒸汽,納入啟停、清洗時的溫壓峰值及熱循環頻率。
詢價時提供完整工況與現用墊片規格,才能判斷原牌號是否適用,或需評估石墨、纏繞式等替代方案。
非石棉墊片 常見問題
Q1:10 barg 的飽和蒸汽可以用非石棉墊片嗎?
部分牌號可以。10 barg 的飽和蒸汽約為 184°C,應核對該牌號在實際厚度下的 P–T 圖、蒸汽適用限制及法蘭額定值。
Q2:為什麼新換的墊片用了一兩個月才開始漏?
墊片受熱後可能硬化或發生應力鬆弛,使密封面壓逐漸下降。排查時可核對墊片厚度、螺栓鎖固是否均勻,以及管線是否頻繁升降溫。
Q3:可以把兩片 1.5 mm 疊成 3 mm 來用嗎?
不建議。疊片會增加一道可能洩漏的接觸面。若法蘭間隙過大,應先檢查法蘭對中與平行度,再依工況評估合適的墊片厚度。
Q4:NBR 和 SBR 黏結劑的非石棉墊片有什麼差別?
NBR 黏結配方常用於油品管線,部分 SBR 配方則適用於水或飽和蒸汽。選用時應查核該牌號的介質相容性與溫壓限制。
Q5:怎麼確認買到的真的是非石棉墊片?
可請供應商提供第三方石棉檢測報告,核對報告的樣品資訊、產品牌號及包裝批號,確認能追溯至所購產品。
