<问题探讨>化工行业标准对于金属缠绕垫片填充材料选择的新要求
近期，相关部门发布了《钢制管法兰、垫片、紧固件》HG/T20592～20635的征求意见稿，该标准上一版还是2009年7月1日起实施，本次修订变化的内容较多，以欧标的法兰标准为例：本标准是在《钢制管法兰（PN 系列）》HG/T20592-2009的基础上修订而成，修订的主要技术内容是：在涉及金属缠绕垫片的欧标（HGT20610）和美标（HGT20631）里与2009老版相比填充材料增加了几种新的种类，随着标准规范的迭代更新，一些填充材料的参考标准也发生了变化。注2：蛭石基复合材料抗拉强度应满足缠绕垫片制造要求且应满足800℃、1h 试验条件下热失重不大于12%的要求。金属缠绕垫片由金属带和非金属带缠绕而成，因其融合了非金属垫片与金属垫片的双重优势，具有较好的压缩回弹性能，适用于较高温度和压力的工况，因此得到了较为广泛的应用。金属缠绕垫片的特点是压缩回弹性能好，对于法兰压紧面的表面缺陷不太敏感，不粘结法兰密封表面，容易对中因而拆装便捷，可部分消除压力、温度变化和机械振动的影响，能在高温、低温、高真空、冲击振动等循环交变的苛刻条件下保持其优良的密封性能，对于金属缠绕垫片以往项目中柔性石墨和聚四氟乙烯用的较多一些，对于蛭石这种材料还是相对比较陌生的。蛭石是一种层状结构的含镁的含水铝硅酸盐，主要为次生变质矿物，外形似黑云母、绿泥石，通常由黑云母或金云母经低温热液蚀变作用或风化而成。蛭石一经燃烧像蛭吸血一样体积迅速膨胀，故有蛭石之称，蛭石灼烧时体积强烈膨胀为其主要特征，经过高温脱水膨胀后，称为膨胀蛭石。膨化蛭石为基础的密封垫片可耐高温，不受氧气环境的影响（蛭石结构组成以硅酸盐为主，键能强大，即使在高温情况下也能保持分子结构的稳定，不会和氧气发生化学反应），具有卓越的密封性能，在国内外工业装置的高温设备和管线法兰上得到了大量的应用。蛭石复合垫片是以金属复合垫片中非金属材料命名的一类金属复合垫片，蛭石复合垫片结构分类与金属复合垫片相同，有研究表明以蛭石为原料的垫片无论是预紧工况还是操作工况均具有优异的密封性能。垫片作为密封元件，在选择金属缠绕垫片的时候需要考虑多方面的因素，实际的操作工况，填充带和金属带的耐温性耐腐蚀性，对各种流体的适应性，各种流体的渗透性和安全性要求等。常用的石墨缠绕垫片有以下优点：气密性优异，耐化学性优异，极低温下的密封性优异，对温度和压力循环的适应性好，尤其适合高温高压蒸汽、LNG、液氮、液氢等场合，但膨胀石墨不适合用于强氧化性流体，柔性石墨带用于氧化性介质时，普通柔性石墨最高使用温度为450℃，抗氧化柔性石墨最高使用温度为650℃，材料应满足670℃、4h试验条件下平均热失重不大于每小时4%的要求，另外石墨也可能会污染流体；聚四氟乙烯缠绕垫片有以下优点：气密性优异，耐腐蚀性优异，尤其适合腐蚀性流体、气体及真空密封；蛭石缠绕垫片在高温下填充带的强度下降也很少，具备和膨胀石墨相当的贴合性和密封性，特别适合超高温用途。蛭石金属缠绕垫片的使用工况：高温工况，强氧化工况（高温空气、氧气等），蛭石是一种硅酸盐矿物，通常具有较好的耐高温和耐化学腐蚀性，但在介质含氟的工况使用时需特别注意，一般的腐蚀工况比如盐酸，氢溴酸，氢氟酸，浓碱液并不适合选择蛭石金属缠绕垫片，蛭石缠绕垫片的优势在于高温高压及强氧化工况。石油化工设备中的文章《不同类型的蛭石复合垫片的性能研究》一文中提到：蛭石具有典型的2:1层状硅酸盐分子结构，在一定条件下能发生高温膨化与化学膨化，失水膨胀后的蛭石为挠曲状，与膨胀石墨的蠕虫状结构相似，被压缩后依然能很好地恢复原状，因而在高温密封领域颇具前景。通过开展压缩回弹试验与密封性能试验，得到蛭石齿形垫片、蛭石缠绕垫片和蛭石波齿垫片的关键参数，在此基础上，建立法兰接头的有限元模型，结合试验数据模拟分析不同垫片在预紧与操作工况下的密封性能。结果表明，蛭石齿形垫片与波齿垫片因结构相似，表现出相近的压缩回弹性能和密封性能，而蛭石缠绕垫片在2种工况下均显示出更优的密封性能，研究结果可为高温法兰密封系统中垫片的选型与结构设计提供依据。《高温工况下的密封材料选择》一文中列举了蛭石垫片在近年来国内外的部分应用，涉及到蛭石板材、蛭石缠绕垫、蛭石齿形垫对石墨垫片、石棉垫片的替换以及高温下的应用。
