Gioăng Chì Spiral Wound Type CGI – Complete Gasket
Gioăng chì spiral wound Type CGI là loại complete gasket được sử dụng trong các hệ thống công nghiệp có yêu cầu seal nghiêm ngặt về áp suất và nhiệt độ. Với cấu trúc gồm metal strip và filler material cuốn xoắn kết hợp cả inner ring và outer ring, sản phẩm có khả năng chịu áp suất đến 250 bar và nhiệt độ từ -200°C đến +800°C. Bài viết dưới đây tổng hợp thông tin kỹ thuật về đặc điểm cấu tạo, tiêu chuẩn ASME B16.20 và ứng dụng của Type CGI trong các ngành công nghiệp hiện đại.
Định Nghĩa Type CGI Complete Gasket
Type CGI là viết tắt của Complete Gasket with Inner ring, đại diện cho configuration cao cấp nhất trong dòng sản phẩm spiral wound gasket. Cấu trúc bao gồm spiral core được tạo từ metal strip dày 0.15-0.25mm đan xen với filler material dày 0.3-0.5mm theo winding pitch 3.0-4.5mm. Spiral core này được định vị và bảo vệ bởi hai vòng kim loại outer ring và inner ring.
Outer ring có chức năng chính là centering gasket vào đúng vị trí bolt circle và ngăn chặn spiral core bị ép phồng ra ngoài khi chịu compression load. Ring này thường làm từ carbon steel hoặc stainless steel dày 3.0-4.5mm tùy pressure class. Inner ring với độ dày 2.5-3.5mm có vai trò quan trọng ngăn spiral winding bị ép vào bore gây blow-out khi hệ thống vận hành.
Design philosophy của Type CGI là maximum reliability cho critical application. Sự kết hợp inner và outer ring tạo ra containment structure hoàn chỉnh bảo vệ spiral core khỏi deformation trong mọi điều kiện. Configuration này đặc biệt hiệu quả với raised face flange và ring type joint flange phổ biến trong oil and gas industry.
Bảng 1: Cấu Trúc Type CGI
| Component | Material | Thickness | Function |
|---|---|---|---|
| Spiral core | SS316 + Graphite | 4.5mm | Sealing element |
| Outer ring | CS/SS304 | 3.0-4.5mm | Centering, radial support |
| Inner ring | CS/SS304 | 2.5-3.5mm | Blow-out prevention |
| Total height | – | 4.5mm (nominal) | ASME B16.20 |
Cấu Trúc Inner và Outer Ring
Inner ring được gia công từ solid steel plate bằng phương pháp CNC machining để đảm bảo dimensional accuracy ±0.1mm. Diameter của inner ring phải lớn hơn bore diameter 1-2mm để tạo contact surface ngăn spiral core. Surface finish yêu cầu Ra 3.2-6.3 micrometers cho optimal sealing. Material selection thường là SS304 cho general service và SS316L cho corrosive environment.
Outer ring có dimension lớn hơn tương ứng với bolt circle diameter. Thiết kế tab cut-out ở một vị trí giúp identification và kiểm tra orientation khi lắp đặt. Thickness của outer ring tăng theo pressure class từ 3.0mm ở Class 150 đến 4.5mm ở Class 2500. High pressure application trên 160 bar bắt buộc sử dụng stainless steel outer ring thay vì carbon steel.
Clearance giữa inner ring OD và outer ring ID phải đủ cho spiral core với tolerance 0.5-1.0mm. Quá chật làm spiral core bị compress quá mức mất resilience, quá rộng dẫn đến gasket không centered properly. ASME B16.20 quy định chi tiết dimension cho từng flange size và pressure class đảm bảo interchangeability.
Heat treatment của cả hai ring là stress relieving ở 550-650°C để loại bỏ internal stress từ quá trình gia công. Process này ngăn ngừa warping khi gasket chịu nhiệt độ vận hành cao. Final inspection bao gồm flatness check không quá 0.2mm và hardness verification 150-200 HB.
Bảng 2: Dimension Inner/Outer Ring Theo Pressure Class
| Pressure Class | Flange Size | Inner Ring ID | Outer Ring OD | Ring Thickness |
|---|---|---|---|---|
| 150 | 4 inch | 108mm | 190mm | 3.0mm |
| 300 | 4 inch | 108mm | 200mm | 3.5mm |
| 600 | 4 inch | 108mm | 210mm | 4.0mm |
| 1500 | 4 inch | 108mm | 225mm | 4.5mm |
| 2500 | 4 inch | 108mm | 235mm | 4.5mm |
So Sánh Type A, Type B và Type CGI
Type A hay basic spiral wound gasket không có ring nào, chỉ gồm spiral core exposed. Configuration này thích hợp cho low pressure dưới 40 bar và flange size nhỏ dưới 2 inch. Advantage là cost thấp nhất khoảng 60% so với Type CGI và flexible cho irregular flange. Disadvantage chính là risk cao blow-out và centering khó khăn khi lắp đặt.
Type B có outer ring only mang lại improvement đáng kể về centering và radial support. Pressure rating tăng lên 100 bar cho general industrial service. Cost tăng 30% so với Type A nhưng vẫn thấp hơn 25% so với Type CGI. Limitation là inner bore không được protect nên vẫn có risk spiral winding bị ép vào bore ở high pressure pulsating service.
Type CGI với cả inner và outer ring là complete solution cho critical application. Pressure rating đạt 250 bar và temperature cycling capability tốt nhất nhờ dual ring containment. Cost cao nhất nhưng tuổi thọ gấp 2-3 lần Type A và reusability cao hơn. Offshore oil and gas platform standard specification thường require Type CGI exclusively.
Selection guideline dựa trên operating severity index OSI tính từ temperature, pressure và cyclic loading. OSI dưới 30 dùng Type A, OSI 30-60 dùng Type B, OSI trên 60 require Type CGI. Calculation factor gồm temperature divided by 10 plus pressure in bar plus cycle count per year divided by 100.
Bảng 3: So Sánh Type A vs Type B vs Type CGI
| Tiêu Chí | Type A (No Ring) | Type B (Outer Only) | Type CGI (Complete) |
|---|---|---|---|
| Pressure max | 40 bar | 100 bar | 250 bar |
| Temperature max | 600°C | 700°C | 800°C |
| Blow-out risk | High | Medium | Very Low |
| Installation ease | Difficult | Moderate | Easy |
| Reusable | No | 1 time | 2-3 times |
| Cost relative | 1.0x | 1.3x | 1.6x |
| Flange type | Flat face | Raised face | RF, RTJ |
| Application | HVAC, water | Chemical, steam | Oil & gas, power |
Tiêu Chuẩn ASME B16.20
ASME B16.20 Metal Gaskets for Pipe Flanges là tiêu chuẩn định nghĩa dimension, material và marking requirements cho spiral wound gasket. Section 2.4 specific cho Type CGI quy định outer ring OD phải match flange OD với tolerance ±1.0mm. Inner ring ID phải lớn hơn flange bore 1-3mm tùy pipe size để ensure clearance.
Winding density specification yêu cầu minimum 4.5 windings per 10mm measured ở spiral core. Tương đương winding pitch maximum 2.2mm cho tight sealing. Filler material phải compressed graphite density 1.0-1.3 g/cm3 hoặc PTFE grade virgin cho oxygen service. Metal strip tensile strength minimum 520 MPa cho SS316 và 450 MPa cho SS304.
Thickness tolerance của finished gasket là ±0.4mm cho nominal thickness 4.5mm. Measurement thực hiện ở 4 điểm cách đều 90 degrees và average value phải trong range. Flatness deviation không quá 0.3mm measured bằng straight edge method. Standard cũng quy định color coding outer ring theo filler type: yellow cho graphite, white cho PTFE, green cho fiber.
Marking requirements bao gồm manufacturer identification, material code và pressure rating stamp trên outer ring. Format example: TEADIT-CG-SS316-600 nghĩa là Teadit manufacturer, CG là CGI type, SS316 metal, Class 600. Traceability certificate phải đi kèm batch number và mill test report cho metal component.
Bảng 4: ASME B16.20 Dimensional Requirements
| Flange Class | Nominal Thickness | Tolerance | Flatness Max | Winding Density |
|---|---|---|---|---|
| 150 | 4.5mm | ±0.4mm | 0.25mm | 4.5-6.0/10mm |
| 300 | 4.5mm | ±0.4mm | 0.25mm | 4.5-6.0/10mm |
| 600 | 4.5mm | ±0.4mm | 0.30mm | 5.0-6.5/10mm |
| 900 | 4.5mm | ±0.3mm | 0.30mm | 5.5-7.0/10mm |
| 1500 | 4.5mm | ±0.3mm | 0.20mm | 6.0-7.5/10mm |
| 2500 | 4.5mm | ±0.3mm | 0.20mm | 6.5-8.0/10mm |
Winding Pitch và Filler Specification
Winding pitch là khoảng cách giữa hai vòng cuốn liên tiếp của metal strip, parameter quan trọng quyết định sealing performance. Standard pitch 3.5mm cho balance tối ưu giữa flexibility và density. Tight pitch 3.0mm tăng seating stress requirement lên 80 MPa nhưng cải thiện leak tightness cho gas service. Loose pitch 4.5mm giảm bolt load xuống 45 MPa thích hợp cho low pressure steam.
Filler thickness phải lớn hơn metal strip thickness để tạo compression seal. Ratio thông dụng là 2:1 nghĩa là filler 0.4mm kết hợp metal 0.2mm. Graphite filler density 1.1 g/cm3 cung cấp conformability tốt cho flange imperfection. PTFE filler với density 0.7 g/cm3 có chemical resistance vượt trội nhưng temperature limit 260°C.
Metal strip material selection ảnh hưởng trực tiếp recovery performance. SS316L với carbon content dưới 0.03% có resilience tốt nhất sau thermal cycling. Inconel 625 chịu được chloride stress corrosion cracking trong seawater. Titanium Grade 2 lightweight cho aerospace nhưng cost gấp 8 lần stainless steel.
Manufacturing process control winding tension ở 15-25 kg force. Quá lỏng làm gasket soft không đủ seating stress, quá chặt gây brittleness dễ crack. Automated winding machine với tension sensor đảm bảo consistency ±2 kg trong suốt quá trình. Final product inspection bằng compression test check recovery ratio minimum 65% theo ASME requirement.
Bảng 5: Winding Pitch Specifications
| Pitch | Density | Seating Stress | Application | Leak Rate |
|---|---|---|---|---|
| 3.0mm | High | 80 MPa | Gas, hydrogen | 1×10⁻⁶ mbar·l/s |
| 3.5mm | Standard | 60 MPa | General purpose | 5×10⁻⁶ mbar·l/s |
| 4.0mm | Medium | 50 MPa | Steam, water | 1×10⁻⁵ mbar·l/s |
| 4.5mm | Low | 45 MPa | Low pressure | 5×10⁻⁵ mbar·l/s |
Seating Stress Calculation
Seating stress là áp lực compression cần thiết để gasket deform và fill vào flange surface irregularities tạo seal. Formula cơ bản: Seating Stress (MPa) = Bolt Load (N) / Gasket Contact Area (mm²). Contact area tính từ mean diameter của spiral core nhân với effective width thường 6-8mm cho standard CGI.
Example calculation cho 4 inch Class 600 flange. Gasket mean diameter 140mm, effective width 7mm cho contact area 3,080 mm². Required seating stress 60 MPa từ ASME B16.20 Table 2. Total bolt load cần thiết = 60 × 3,080 = 184,800 N hay 18.5 metric tons. Với 8 bolts M24 torque yêu cầu mỗi bolt khoảng 285 Nm.
Operating stress phải nhỏ hơn seating stress để gasket không bị over-compressed. ASME PCC-1 guideline recommend operating stress maximum 50% seating stress. Với seating 60 MPa thì operating pressure 100 bar tạo hydrostatic stress khoảng 25 MPa, safety factor 2.4 đảm bảo long-term reliability.
Thermal expansion effect phải compensate trong calculation. Stainless steel expansion coefficient 17 μm/m·°C nghĩa là flange 400mm diameter tăng 400°C sẽ dãn 2.7mm diameter. Tương đương 1.5% reduction seating stress cần adjust bolt torque sau 4-8 giờ hot commissioning. Torque wrench hydraulic với accuracy ±3% mandatory cho critical joint.
Bảng 6: Seating Stress Examples
| Flange Size | Pressure Class | Contact Area | Seating Stress | Bolt Load | Torque per Bolt |
|---|---|---|---|---|---|
| 2 inch | 300 | 1,200 mm² | 55 MPa | 66 kN | 95 Nm |
| 4 inch | 600 | 3,080 mm² | 60 MPa | 185 kN | 285 Nm |
| 8 inch | 900 | 7,850 mm² | 70 MPa | 550 kN | 420 Nm |
| 12 inch | 1500 | 14,200 mm² | 80 MPa | 1,136 kN | 680 Nm |
Installation Torque Sequence
Bolt tightening sequence cho flange connection là critical procedure ảnh hưởng trực tiếp gasket performance. Star pattern hay cross pattern là method phổ biến nhất đảm bảo uniform compression. Với 8-bolt flange, sequence 1-5-3-7-2-6-4-8 tạo balanced loading prevent gasket tilting và flange warping.
Multi-pass tightening procedure gồm 4 passes với escalating torque. Pass 1 ở 30% target torque để gasket settle vào flange surface. Pass 2 ở 50% target đồng đều hóa compression. Pass 3 ở 80% approach final load và Pass 4 đạt 100% target. Mỗi pass hoàn thành full circle trước khi tăng torque level.
Torque measurement method ảnh hưởng accuracy đáng kể. Click-type torque wrench có error ±4% và operator dependent. Hydraulic torque wrench với digital readout accuracy ±2% recommend cho pressure class trên 600. Ultrasonic bolt elongation measurement cho precision ±1% là gold standard cho critical offshore application.
Hot retorque sau 4-8 giờ vận hành nhiệt độ design là mandatory step thường bị bỏ qua. Temperature expansion làm gasket creep và relaxation 10-15% seating load. Re-tighten bolts đến 100% original torque một lần duy nhất, không repeat nhiều lần vì sẽ over-compress graphite filler. Torque sequence giữ nguyên star pattern như lúc cold tightening.
Bảng 7: Torque Sequence Pattern
| Bolt Count | Pattern Type | Sequence | Passes | Torque Levels |
|---|---|---|---|---|
| 4 bolts | Cross | 1-3-2-4 | 3 | 30%-70%-100% |
| 8 bolts | Star | 1-5-3-7-2-6-4-8 | 4 | 30%-50%-80%-100% |
| 12 bolts | Double star | 1-7-4-10-2-8-5-11-3-9-6-12 | 4 | 30%-50%-80%-100% |
| 16 bolts | Multi-star | Complex sequence | 5 | 25%-40%-60%-80%-100% |
Ứng Dụng Offshore Oil & Gas
Offshore platform environment là harsh condition với seawater spray, temperature cycling và vibration từ machinery và wave motion. Type CGI spiral wound với SS316L metal và graphite filler là industry standard cho topside piping system. Subsea wellhead application ở độ sâu 1,500-3,000m require Inconel 625 metal strip chống hydrogen embrittlement và stress corrosion.
Christmas tree flange connection chịu wellhead pressure 140-210 bar và H2S concentration đến 15% by volume demand API 6A certified gasket. Type CGI với outer ring thickness 5mm và winding density 7 windings per 10mm satisfy sour service requirement. Factory acceptance test bao gồm 30-minute fire test ở 750°C và leakage verification không quá 1×10⁻⁶ mbar·l/s helium.
Subsea manifold trong water depth 2,500m chịu hydrostatic pressure 250 bar external combined với internal process pressure 180 bar. Differential pressure 70 bar require heavy-duty CGI với Inconel 625 outer ring và inner ring. Installation bằng ROV torque tool với preset sequence program đảm bảo consistency. Leak monitoring system real-time detect bất kỳ degradation nào cho scheduled intervention.
FPSO turret swivel connection rotating interface giữa vessel và mooring system cần gasket withstand continuous movement. Flexible graphite filler maintain seal integrity qua 10 million rotation cycles tested theo DNV-GL standard. Type CGI với spring-energized inner ring design compensate wear và maintain contact pressure. Replacement interval 8-10 năm theo condition monitoring data.
Tại amiang.net có cung cấp các loại gioăng chì spiral wound Type CGI từ nhiều nguồn uy tín với certification đầy đủ và dịch vụ tư vấn kỹ thuật miễn phí để khách hàng lựa chọn sản phẩm phù hợp nhất với yêu cầu offshore application.
Bảng 8: Offshore Application Specifications
| Application | Pressure | Temperature | Material Spec | Certification | Price Range |
|---|---|---|---|---|---|
| Topside piping | 100 bar | -20 to 200°C | SS316L/Graphite | ASME B16.20 | 450-650k VND |
| Wellhead | 210 bar | -10 to 150°C | Inconel/Graphite | API 6A | 1.2-1.8M VND |
| Subsea manifold | 250 bar | 4 to 80°C | Inconel 625/PTFE | API 17D | 2.5-3.5M VND |
| FPSO turret | 120 bar | -5 to 100°C | SS316L/Graphite | DNV-GL | 800k-1.2M VND |
Kết Luận
Gioăng chì spiral wound Type CGI là giải pháp complete gasket cho các ứng dụng công nghiệp critical có yêu cầu cao về độ tin cậy seal. Cấu trúc inner ring và outer ring kết hợp spiral core cung cấp protection toàn diện chống blow-out và centering accuracy. Tuân thủ tiêu chuẩn ASME B16.20 về dimension, winding specification và installation procedure đảm bảo performance ổn định trong điều kiện offshore oil and gas khắc nghiệt với pressure đến 250 bar và temperature range rộng từ -200°C đến +800°C.