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                          絕緣接頭的演變歷程及其發展趨勢

                          絕緣接頭是燃氣輸配和石油管線系統中不可缺少的重要構件。它的作用是將管線與設備相互絕緣分隔,使設備免受電化學腐蝕,從而延長其工作壽命。 

                          目前,我國燃氣輸配和石油輸送管線上使用的絕緣接頭是法蘭式絕緣接頭,又稱絕緣法蘭。其本身的結構特點決定了它在使用方面、性能方面以及維護方面諸多的限制。絕緣法蘭在外觀上與普通的法蘭連接沒有本質區別。只是兩法蘭間的密封墊采用絕緣材質制造;各螺栓、螺母與法蘭之間采用帶臺階的絕緣套筒將其互相絕緣。這種結構所能承受的軸向拉伸載荷受塑料套臺階強度的限制,不可能很高;所能承受的軸向壓縮力被(密封)絕緣墊片的彈性極限限制,過大的軸向壓縮力會使其失去彈性而破壞密封性能;若在彎曲載荷的作用下(密封)絕緣墊片的一側有降低密封性的傾向,而另一側則有因受力過大而失去彈性的可能。它的密封絕緣件直接暴露在外,與潮濕氣體或土壤直接接觸,其必須的絕緣性能降低。由于在實際使用中受地形、地貌和其它自然因素變化的影響,絕緣法蘭的受力情況甚為復雜,從而導致兩法蘭面傾斜、錯位,密封性受損。據一線操作、維護人員介紹,歷年來燃氣輸配管線和石油輸送管道中,經常發生泄漏需急修的部位均發生在絕緣法蘭的對接密封面上,因此需要經常將法蘭對接密封面重新強力撬平、校正,對它定期或不定期維護、修理。 

                          早些時候國外也使用絕緣法蘭,但據有關資料介紹從六十年代中期起就研制出了各種新型的絕緣接頭。從有關資料中可知大致有以下幾個過程: 

                          1.螺紋連接替代螺栓法蘭連接 

                          螺紋連接件是利用一個單獨的帶螺紋的接頭形式而形成可分離的機械接頭。而螺栓法蘭連接件要利用好幾個螺栓,一個卡箍或者著兩者的組合形式才能保證連接。螺紋連接件相對于螺栓法蘭連接件來說內部密封件不直接與周圍環境接觸,密封性能好;裝配過程中因為只有一個單一的螺紋元件,因此受拉時較多個螺紋元件載荷分布均勻,法蘭錯位或傾斜的情況大大減少。 

                          2.整體式絕緣接頭 

                          盡管螺紋連接件較螺栓法蘭連接件有了很多改進,但是在實際使用中,密封性能的好壞往往與螺紋擰緊與否有直接關系。太松,太緊對密封效果都會造成影響,且連接件本身需要良好的加工工藝和特殊的裝配方法。整體式絕緣接頭就是在這樣的基礎上產生的。1965年RMA公司(德國)的“IK”、“ET”型式采取了焊接密封代替螺紋密封結構。整體結構中用“O”密封圈進行端面密封,避免了螺紋密封可能產生的因擰緊力的大小對整體密封造成的影響。 

                          我公司的整體式絕緣接頭是針對國內絕緣法蘭和繁瑣的螺紋連接件的諸多缺點,并在參考了國外同類產品的結構基礎上進行設計的。綜合比較了各種絕緣電阻、擊穿電壓、工作溫度等性能指標后,確定了DN40-300和DN500兩種內部結構完全相同,外部因承壓能力不同,焊接形式稍有差異的整體式絕緣接頭。 

                          二.整體式絕緣接頭改進創新 

                          整體式絕緣接頭方案設計的主導思想是:利用國外的先進技術改變我國燃氣輸配管線經常發生泄漏的現狀。并以此作為設計的基本出發點,在國外常用方案的基礎上進行兩項改進、創新。 

                          利用“冗余”設計技術將原密封結構改為雙重密封。 

                          它的特點是:一旦某種因素使其中一道密封結構受損,性能破壞,還有另一道結構能正常工作,確保必要的密封性能。 

                          橡膠密封墊設在第一道密封之后,避免與燃氣中會激發橡膠老化的組分直接接觸,可延緩其老化速度,延長使用年限。 

                          利用絕緣套8,將套筒7與下導管2之間的空隙密實充填。在彎曲載荷的作用下,絕緣墊片5和密封墊4基本不受其影響,而使其工作性能穩定。 

                          如圖所示:絕緣套8密實充滿套筒7與下導管2之間的空隙,在下導管受外力矩M作用時,下導管A部位、B部位對絕緣套與之相接觸部位施加了一定的力。絕緣套對下導管A、B部位總的反力所形成的力矩與M平衡。此時,絕緣墊片基本不受M所引起的附加力,則可免受外加彎曲載荷的損傷。而當套筒7與下導管之間存有空隙時,外加力矩M使絕緣墊片的局部位置受到附加的壓縮力,則可能影響其工作性能。

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                          三.整體式絕緣接頭結構設計 
                          從結構上來說,我公司的整體式絕緣接頭內部型式與意大利NUOVA GIUNGAS公司的產品型式比較接近。在相同壓力等級下,相同公稱直徑的產品的主要優點就是結構簡單緊湊、尺寸小、重量輕。 

                          該整體式絕緣接頭由上、下導管組件、套筒、絕緣墊片、密封墊及絕緣套組成。在上圖中,上、下導管1和2兩端面將絕緣墊片5、密封墊6壓緊。兩導管端面對絕緣密封件的夾緊力,來源于套筒7被強壓收口時產生的塑性變形力。絕緣套8在結構中的作用不僅是將套筒7與下導管2隔離、絕緣,而且將套筒7收口時的支承力傳遞給下導管,從而使得剛性見受力,塑性件受力情況得到改善。套筒7收口過程中迫使上導管向下移動,從而使得上、下導管兩端面將絕緣墊片及密封墊壓緊,保證上、下導管對接面間的絕緣、密封性能。收口后,套筒與上導管焊成一體,使其有較高的承載能力。 

                          在上圖所示的結構中,絕緣墊片5的主要作用是保持上、下導管兩端面的距離;(橡膠)密封墊保證二者之間必要的密封性。絕緣墊片5、絕緣套8是采用在溫度為-60~+120℃范圍內能長期工作的加入適量玻璃纖維的聚碳酸酯增強塑料,其抗壓強度高達16480N/cm2(1681kg?f/ cm2)。該結構既能承受較大的拉伸或壓縮載荷,又能承受一定數值的彎曲載荷,承載能力較強.它的絕緣件被封裹于密閉的空間,不受潮濕氣體的影響,所以絕緣、密封性能穩定可靠?;谝陨咸攸c整體式絕緣接頭長期工作不需維護、修理,它既可用于地面上也可用于埋在地下的輸配管線中。 

                          DN500整體式絕緣接頭是在整體式絕緣接頭的基礎上設計的。它采用套管與上導管全焊透的連接形式,適用于工作壓力高達PN64的情況下。在設計時考慮了焊接時可能產生如下情況: 

                          (1)焊接時產生的熱量對絕緣墊片、絕緣套(工程塑料)有破壞,需避開熱影響區; 
                          (2)16Mn鍛件在邊焊接邊冷卻(水冷)時可能發生金相組織的變化,產生馬氏體組織,造成材料硬、脆。 

                          為避免上述情況的產生,在結構設計上采取了以下措施: 

                          1)盡量拉開焊接區和絕緣墊片、絕緣套裝配位置的尺寸,避開熱影響區; 
                          2)適量增大鍛件的截面積,使得散熱區域盡量大,加快散熱速度。 

                          在DN500的設計過程中,根據DN40~200的實際生產和使用情況,對橡膠密封件的壓縮量適當進行了修改,使得原來21%左右的壓縮量提高到27%,這樣將進一步提高密封效果。 

                          四.整體式絕緣接頭的相關指標 

                          經過綜合比較,我公司的整體式絕緣接頭具有如下優點: 

                          ☆導管金屬材料為鍛件,其各項力學指標較國外板材好; 
                          ☆絕緣墊片采用特殊配方的工程塑料,強度更高; 
                          ☆結構上,零、組件材料易于購買且有較好的加工性能,整體裝配時亦比較容易; 
                          ☆產品的各項性能指標均達到或優于國外同類產品的指標; 
                          ☆增加了該產品的拉伸、抗壓性能指標,為國外同類產品不具有的。 

                          經過測試我公司的整體式絕緣接頭的性能指標如下: 

                          ◇絕緣電阻≥5 MΩ 
                          ◇擊穿電壓≥3KV-50HZ 
                          ◇工作溫度:-10-+70℃ 

                          它的電性能指標與國外產品完全一致,而我公司對于產品的內部控制的某些指標大大高于以上數值,這些都是絕緣法蘭遠遠不能相比的。 

                          我們對絕緣接頭的抗彎曲能力做了專門的測試,在懸臂狀態下施加22.KN左右的力,內部塑料件完好無損,更無泄漏。 


                          五.整體式絕緣接頭的發展趨勢 

                          從DAEBON KIYON (韓國)公司的“DKV”型式以及RMA公司(德國)的“IK”、“ET” 型式、NUOVA GIUNGAS公司(意大利)1975年到1995年最新型式的整體式絕緣接頭的發展過程來看,市場對絕緣接頭正不斷提出各項要求。從大體上來說,絕緣接頭將朝著以下幾個方面發展: 

                          (1)隨著新科技、新技術的不斷出現,新興材料將會不斷問世,采用性能指標優異,成本合理的新材料制作絕緣接頭的某些零部件,是提高絕緣接頭整體使用壽命的一個有效途徑。 

                          (2)隨著石油、燃氣行業整體水平的不斷提高,對其配套設施的各項性能提出了更高的要求。為了不斷適應各種地貌、地況和復雜的地理環境,需要對絕緣接頭的整體力學性能進行測定,如抗彎曲能力、整體拉伸強度等等,通過提高絕緣接頭的整體質量水平,以適應實際工作中惡劣的自然環境和工程技術要求。 

                          結束語 

                          目前,上海、杭州等城市樓棟、小區庭院管道的引入口已經基本使用整體式絕緣接頭,替代了傳統的絕緣法蘭。從用戶的信息反饋來看,整體式絕緣接頭安裝、使用都很便捷,性能穩定,是防電化學腐蝕的一種較好的管件。整體式絕緣接頭替代絕緣法蘭是一種發展趨勢,它將給管道維護、使用帶來諸多的便利。 

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