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管道絕緣接頭應(yīng)用及安全事項

2015-9-9 9:50:40      點擊:

管道絕緣接頭應(yīng)用及安全事項

目前,多種類型的絕緣接頭廣泛用于我國油、氣、水、礦漿、蒸氣等介質(zhì)管道輸送的陰極保護系統(tǒng)中,并且已基本取代了絕緣法蘭。但由于廠家對其不同結(jié)構(gòu)應(yīng)用條件的設(shè)計及計算的方法欠妥,加之焊接方法不當?shù)龋霈F(xiàn)了密封失效、絕緣性能破壞、甚至隱含強度隱患等問題。當規(guī)格較大、操作壓力較高的絕緣接頭出現(xiàn)問題時,常造成較大的經(jīng)濟損失,甚至直接影響管道投運。為此,針對常用介質(zhì)油氣用絕緣接頭易出現(xiàn)問題提出設(shè)計方案,以確保絕緣接頭在應(yīng)用中的安全。


一、不同結(jié)構(gòu)絕緣接頭的設(shè)計方案

1、高絕緣性結(jié)構(gòu)設(shè)計絕緣法蘭低絕緣性的根本原因是螺栓與法蘭孔間的絕緣套管壁厚。而絕緣套管壁厚又受到兩方面的條件限制,一是絕緣套管管壁過厚必然會引起法蘭孔過大,為此,需增大法蘭外徑及其螺栓孔中心圓直徑和法蘭厚度,減少螺孔數(shù)量。

若提高螺栓直徑,既不經(jīng)濟,又會影響密封的可靠性;二是套入螺栓的絕緣套管,產(chǎn)品規(guī)格比較薄,例如,特制加厚管在材質(zhì)較軟時絕緣法蘭受彎矩時會產(chǎn)生徑向錯位,破壞密封,使其失效。若絕緣套筒材質(zhì)過硬,在絕緣法蘭承受彎矩時,由于法蘭結(jié)構(gòu)

的力學模型近乎鉸接,不可均勻的整體承受彎矩,而是主要加載到上下螺栓孔上,產(chǎn)生較高應(yīng)力,破壞絕緣套及其整體絕緣性。絕緣接頭消除了螺栓結(jié)構(gòu),采用的絕緣隔離套裝密封結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)在法蘭上被主、次絕緣板和上、下填充料及內(nèi)襯高絕緣性的主絕緣件所包圍,將介質(zhì)隔絕于外,而且主、次絕緣板和上、下填充料比較厚,加之主、次絕緣板和上、下填充料及右法蘭套裝成一體,絕緣接頭承受彎矩時,是由具有較大的截面模數(shù)的左、右法蘭圓筒完成,變形甚微,因此確保了較高的絕緣性,絕緣值的高低完全由厚度可調(diào)的主、次絕緣板和上、下填充料確定。當介質(zhì)為導電介質(zhì)時,可用增加件內(nèi)襯的厚度及長度的方式來滿足特定的絕緣性要求。

2、良好的密封性絕緣接頭的良好密封性是由其自身的結(jié)構(gòu)決定的,即絕緣接頭的兩個密封圈是采用自緊式密封原理,壓力越高密封效果越好。密封圈的右側(cè)有兩個較長的迷宮形絕緣填料環(huán)(上下填充料),這樣可阻止?jié)B漏的介質(zhì)到達體外。密封圈被剛性很強的左法蘭和連接環(huán)經(jīng)環(huán)向焊縫將主、次絕緣板件和右法蘭緊緊壓合在一起,即使在水壓試驗時承受彎矩,使管道產(chǎn)生0.72σs(管材的屈服極限)時也不會造成密封圈滲漏,因此在正常操作壓力下可確保密封。而絕緣法蘭卻不能承受上述彎矩,也就不能保證在工作狀態(tài)下承受彎矩時的密封性。

3、較高的剛性絕緣接頭的較高剛性不僅體現(xiàn)在由左法蘭、連接環(huán)組焊后形成的遠大于管道的抗彎截面模數(shù),而且也體現(xiàn)在良好的制造工藝上,它是在水壓強度試驗加彎矩時,其合成軸向應(yīng)力達到管道管壁產(chǎn)生0.72σs(管材的屈服極限),密封合格后才加灌冷固型高絕緣環(huán)氧樹脂(上、下填充料)。這種物質(zhì)與鋼件粘結(jié)力強,抗壓強度大,從而進一步加強了絕緣接頭的整體剛性。

4、高壽命及零維修費用過去應(yīng)用的絕緣法蘭因螺栓的絕緣套較易老化,又在裝配及應(yīng)用中受到局部高應(yīng)力的影響,絕緣性易失效,所以必須考慮檢修。將它放在觀察井內(nèi),或?qū)TO(shè)一個觀察維修間,一般5年左右要檢修一次,尤其發(fā)生密封失效時,更換密封圈管道被迫停輸,造成巨大損失。而絕緣接頭由于結(jié)構(gòu)確保了密封性,密封圈材質(zhì)選用了高抗老化的氟橡膠,因而在管道壽命內(nèi)是可靠的。國外已有30年以上的使用經(jīng)驗,我國的絕緣接頭首先在輪庫線上應(yīng)用,也有十幾年的歷史。因為它不需要維修,所以可將它埋入地下,無需專門設(shè)置觀察井,因此被稱之為零維修費的管件。

二、絕緣接頭的結(jié)構(gòu)要求
  絕緣接頭的結(jié)構(gòu)是在克服了絕緣法蘭的缺點后而設(shè)計的,應(yīng)具備如下要求。

(1)較高的絕緣性。

(2)良好的密封性。

(3)較高的剛性。絕緣接頭在安裝和使用中,除隨著浸泡時間的延長,基材在不同的溶劑配方中達到最大溶脹率后,不會繼續(xù)隨浸泡時間發(fā)生變化,最終溶劑配方應(yīng)符合GB16927-96《大氣污染物綜合排放標準》的要求。研制的不加熱收縮帶,其材料的各項性能均達到了國外同類產(chǎn)品的技術(shù)標準,能夠滿足埋地管道補口對材料的技術(shù)要求。2004年8月,不加熱收縮補口材料通過了由中國石油天然氣總公司科技發(fā)展部組織的專家鑒定。內(nèi)壓外還要承受較大的彎矩,因而整體剛性是十分重要的,這對保證良好的密封性至關(guān)重要。

(4)壽命長,零維修費用。絕緣法蘭的維修周期大約為5年左右,在役期間不必維修。

三、絕緣接頭制造安裝中應(yīng)注意的問題

1、結(jié)構(gòu)類型的選擇絕緣接頭的品種甚多,分類原則主要考慮承載能力及加工的經(jīng)濟性。承載能力較高的為整體型,其左右法蘭及連接環(huán)皆由鍛鋼整體加工而成,成本較高,危險斷面較大,可承受較大的內(nèi)壓及彎矩。承載能力較低的為組焊形,其鋼件由鋼

板及鋼管組焊而成,不需鍛鋼,周期較短,主體材料損耗量較少,成本較低。但危險斷面較小,而且焊縫不易用超聲波或射線檢查,其內(nèi)在質(zhì)量較本體材料較差,加之標準管件及鋼板厚度受限,因而不可承受高壓及較大彎矩。如果設(shè)計類型選擇不當,將會造成較大的事故。

2、非導電介質(zhì)用絕緣接頭內(nèi)襯(或涂層)設(shè)置

(1)內(nèi)襯長度由陰極保護要求計算而得到,與介質(zhì)的導電率及管道規(guī)格有關(guān)。

(2)內(nèi)襯采用涂層時,應(yīng)分層涂之,并在每層干固后方可涂下一層。

(3)應(yīng)將右法蘭整個表面,除右端留出100mm施焊影響區(qū)外皆涂改性環(huán)氧樹脂0.4mm以上,這樣可防止一旦內(nèi)襯受清管器作業(yè)損傷,導電介質(zhì)不能導通左右法蘭,影響絕緣性。

3、密封槽與密封圈的尺寸配合

絕緣接頭的密封性主要取決于絕緣接頭的剛性及密封件的設(shè)計。密封圈外徑距密封槽外徑尺寸過大,會增加密封圈的周長,降低密封圈的斷面直徑尺寸,降低了設(shè)計的合理壓縮量,從而產(chǎn)生滲漏。當密封圈外徑距密封槽外徑尺寸過小時,又會在兩法蘭壓合時使密封圈外部壓入法蘭間的貼合面上,使密封失效。

4、組焊工藝控制在左法蘭與連接環(huán)的環(huán)焊縫焊接時,應(yīng)在焊前用500~3000V搖表測量絕緣接頭電阻,電阻值應(yīng)達到設(shè)計要求。環(huán)縫焊接時應(yīng)采用小電流,并在次絕緣板上方的筒體上測其溫度,應(yīng)小于100℃,以保護絕緣板。

5、上下填充料的注入時機上下填充料為液態(tài)冷固型改性環(huán)氧樹脂,它對保證絕緣接頭的絕緣性及密封性至關(guān)重要。該材料有較強的抗壓能力,但拉伸強度隨其厚度的增加而降低,它有十分優(yōu)良的絕緣性和抗老化性。根據(jù)其特點,它必須在絕緣接頭完成水壓強度試驗、氣密性試驗、水壓強度試驗加彎矩試驗、疲勞試驗以及致密性試驗(當介質(zhì)為氣相時)之后方可注入。一方面可防止因變形而可能造成固化的填充料的破壞,另一方面是便于測試。


6、絕緣接頭與管道安裝時應(yīng)注意的問題

(1)嚴禁用火焰燒烤絕緣接頭。因為內(nèi)腔的絕緣板、涂層、填料、密封圈等非金屬件在溫度超過120℃時性能下降,甚至失效。

(2)絕緣接頭與管道安裝前必須使用500~3000V搖表搖測兩端的絕緣性,達不到設(shè)計要求的不能與管道組焊。

(3)絕緣接頭安裝時內(nèi)腔不能有水膜,以免降低其絕緣性。

(4)絕緣接頭不能設(shè)置在管道走向的低洼處,以免降低其絕緣性。

(5)絕緣接頭組焊時,焊把與導線定位鐵應(yīng)在絕緣接頭的同一端,不能跨接絕緣接頭,以防焊機高啟動電流破壞絕緣。

(6)絕緣接頭與管道連接死口的距離應(yīng)大于200m,并應(yīng)在當日氣溫較低時焊接死口,以便使絕緣接頭處于預(yù)壓狀態(tài)。

絕緣接頭首先是被應(yīng)用于輪庫線的非導電介質(zhì),當時受結(jié)構(gòu)、材料、工藝等條件限制,絕緣性僅能達到2мΩ ,雷擊電壓近10000V。之后,根據(jù)生產(chǎn)需要及材料工藝的推進,多次改進設(shè)計,至今絕緣值已經(jīng)達到10мΩ,雷擊電壓高于15000。還適時設(shè)計了礦漿、污水、高溫蒸汽等介質(zhì)管道的絕緣接頭和絕緣短管,目前,我國生產(chǎn)的有DN50~DN1200、PN1~PN30幾十種規(guī)格,數(shù)量達到幾千套,很好的滿足了生產(chǎn)需要。

當前,我國的絕緣板規(guī)格寬度較小,對DN>800mm的絕緣接頭雖沒有現(xiàn)成的板材,但有的廠家已準備模壓和澆制絕緣環(huán),澆制型絕緣環(huán)其性能已可滿足任意規(guī)格絕緣接頭的要求。大型高壓(DN>1000mm、PN>10 MPa)絕緣接頭設(shè)計在技術(shù)上已經(jīng)成熟,可以大幅度減少大型絕緣接頭的進口。

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