如何理解消防系统法兰垫片“遇热不致失效”要求？

2021-09-08中国船级社张江龙

中国船检 2021年8期

中国船级社张江龙

近日，接到船厂咨询：船舶消防系统管路上所用的垫片是否应为耐火、耐高温（700℃以上）？中国船级社（CCS）是否对消防管路上的垫片有这样的要求？

查阅相关资料：SOLAS第II-2章10.2.1条有提到：“消防总管和消火栓遇热易于失效的材料，除非其有充分的保护，不得用于消防总管和消火栓（Materials readily rendered ineffective by heat shall not be used for fire mains and hydrants unless adequately protected）。”

CCS规范、指南，没有此相关支撑性依据，并未详细提及耐受温度的要求，生产设计、图纸也没有对此垫片做注释要求。

另外，执行新造船检验的验船师经常会碰到这样的审图意见：“消防水管及其附件包括垫片应采用遇热不致失效的材料。” 因此，问题的焦点在于“遇热易于失效”在现场如何界定？是否有具体的技术标准？

依据分析

对于这个问题，曾经有人在help desk也问过，答复说：“应理解为熔点超过925℃的材料，参见UI SC263”。

然而，实际上UI SC263 (固定式气体灭火系统中的垫片Gasket in fixed gas fire-extinguishing systems），两者不是同一回事。

SOLAS公约第II-2/10.4条,国际消防安全系统规则(FSS规则)第5章第2.1.2.5条，经MSC.206(81)决议修订的FSS规则第5章第2.1.2.5条：被保护处所中所有排放管、附件和喷嘴应采用熔点温度超过925℃的材料。管路及其相关设备应有足够的支撑。

并且，2014.7.1 IACS根据SSE1的讨论结果已经删除该UI。

因此，对于消防系统的法兰材料，遇热易失效的温度,“925℃”又没有理论依据支撑了。

规范对比

我们来看看美国船级社（ABS）的规范及解释条款：用于消防管、消火栓和消防管部件的材料(如阀门、膨胀接头、配件、垫片等，包括用于相关连接方法的填充材料)不被认为“容易因热而失效”，提供由此类材料制成的部件能够通过ABS认可的防火测试（Materials used for the fire main, hydrant and fire main components(such as valves, expansion joints,fittings, gaskets, etc., including filler material used for associated methods of attachment) are not considered “readily rendered ineffective by heat”, provide the components made of such material are capable of passing a recognized fire test acceptable to ABS）。

对于消防水管，遇热失效的材料不能使用。“遇热未失效”是指材料的固相熔点不低于800℃(1400℉)。材料清单应标明材料规格和合金编号(ASTM B466 USN C70600)和固相熔点（For the fire main, materials rendered ineffectively by heat are not to be used. “Not rendered ineffective by heat” means that the solidus melting point of the material is not less than 800℃(1400℉).The bill of material should indicate the material specification and alloy number(ASTM B466 USN C70600)AND THE SOLIDUS MELTING POINT）。

在钢质海船入级规范、国内航行海船建造规范中对垫片的尺寸和形状及法兰连接只有一个原则性要求（第3篇2.5.2.3） “垫片尺寸和形状应根据国家标准或可接受的标准选取，并应适于在设计压力和设计温度下所输送的介质”。对垫片的材料及遇热易失效的温度未具体化。

那么问题来了：按原则性要求，垫片根据标准及不同介质选取，参考ABS的“熔点不低于800℃”，采用蒸汽管上“石墨垫片”是否就可以？

要澄清一下，船厂通常说的“石墨垫片”，应该是金属石墨缠绕垫片，属于半金属垫片，采用SUS304、SUS316（“V”形或“W”形）金属带及其它合金材料与石墨、石棉、聚四氟乙烯、无石棉等软性材料相互交替重叠螺旋缠绕而成。既耐高温，又能达到良好密封性能。

金属垫片

法兰垫片用于管道法兰连接中，为两片法兰之间的密封件，介质、压力和温度直接影响法兰垫片的选型。船用垫片材料及适用介质大致可分为以下几类（见图1）。

图1 垫片材料及适用介质

常见的适用海水、消防水的垫片的工作温度对比：

丁腈橡胶垫片（-20℃～110℃PN≤16MPa），温度指标太低，容易挤压变形，冬天容易发硬、老化，不防火。

图2 金属石墨缠绕垫片

聚四氟乙烯垫片（温度-100℃～250℃，压力0.25～4MPa），不满足消水管的遇热易失效的ABS规范推荐的熔点800℃温度（聚四氟乙烯熔点：327℃，450℃以上慢慢分解）。

金属石墨缠绕垫片（温度 -200℃ ～650℃，压力≤25MPa），真空或者氧环境能达800℃～900℃，石墨金属缠绕垫片长期连续使用温度450℃。

值得注意的是：耐热温度、长期连续使用温度是垫片材料的工作温度，不是垫片材料的熔点温度。垫片的材料高温下熔化温度取决于材料的熔点。

是否只有“金属石墨缠绕垫片”这一种选择呢？实际上，还有一种金属垫片，在高温高压及载荷循环频繁等苛刻操作条件下，它应该是比“金属石墨缠绕垫片”等级更高的一种金属垫片，密封面是金属的，而且 GB/T2032-2018《船用法兰消防栓》有这种型式：金属对金属（阀板和阀座直接金属接触）的垫片。

如果现有船，采用的是聚四氟乙烯垫片或金属石墨缠绕垫片损坏，想更换为金属垫片（密封面是金属），是不是可以随意更换？

当然不是。金属缠绕垫片的Y值（MPa）是10000psi（PSI是压强单位，PSI英文全称为Pounds per square inch），非金属平垫片的Y值一般在1500～4000psi之间。所以，法兰垫片更换可能还要考虑Y值（MPa）。

2012年，CCS发过一个内部检验提示：关于“热油系统管路接口中平面钢法兰的石墨垫片”的要求。但是，不同介质，以及液化气船的“热油管系因垫片问题发生爆炸”和消防系统的法兰垫片“遇热易失效”应是不同两个概念。

此外，其他行业标准对垫片也是有明确要求的。如《液化石油气供应工程设计规范》（GB 51142-2015）中第9.3.4条规定：液化石油气储罐第一道管法兰、垫片和紧固件的设计应符合现行的行业标准《钢制管法兰、垫片、紧固件》HG/T20592～20635，并应采用带颈对焊法兰、带内环和对中环型的金属缠绕垫片和专用级高强度全螺纹螺柱与Ⅱ型六角螺母的组合。