管道絕緣接頭應用及安全事項
2015-9-9 9:50:40 點擊：
管道絕緣接頭應用及安全事項
目前，多種類型的絕緣接頭廣泛用于我國油、氣、水、礦漿、蒸氣等介質管道輸送的陰極保護系統中，并且已基本取代了絕緣法蘭。但由于廠家對其不同結構應用條件的設計及計算的方法欠妥，加之焊接方法不當等，出現了密封失效、絕緣性能破壞、甚至隱含強度隱患等問題。當規格較大、操作壓力較高的絕緣接頭出現問題時，常造成較大的經濟損失，甚至直接影響管道投運。為此，針對常用介質油氣用絕緣接頭易出現問題提出設計方案，以確保絕緣接頭在應用中的安全。
一、不同結構絕緣接頭的設計方案
1、高絕緣性結構設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，減少螺孔數量。
若提高螺栓直徑，既不經濟，又會影響密封的可靠性；二是套入螺栓的絕緣套管，產品規格比較薄，例如，特制加厚管在材質較軟時絕緣法蘭受彎矩時會產生徑向錯位，破壞密封，使其失效。若絕緣套筒材質過硬，在絕緣法蘭承受彎矩時，由于法蘭結構
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，產生較高應力，破壞絕緣套及其整體絕緣性。絕緣接頭消除了螺栓結構，采用的絕緣隔離套裝密封結構。該結構在法蘭上被主、次絕緣板和上、下填充料及內襯高絕緣性的主絕緣件所包圍，將介質隔絕于外，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的主、次絕緣板和上、下填充料確定。當介質為導電介質時，可用增加件內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構決定的，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。密封圈的右側有兩個較長的迷宮形絕緣填料環（上下填充料），這樣可阻止滲漏的介質到達體外。密封圈被剛性很強的左法蘭和連接環經環向焊縫將主、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在由左法蘭、連接環組焊后形成的遠大于管道的抗彎截面模數，而且也體現在良好的制造工藝上，它是在水壓強度試驗加彎矩時，其合成軸向應力達到管道管壁產生0.72σs（管材的屈服極限），密封合格后才加灌冷固型高絕緣環氧樹脂（上、下填充料）。這種物質與鋼件粘結力強，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用的絕緣法蘭因螺栓的絕緣套較易老化，又在裝配及應用中受到局部高應力的影響，絕緣性易失效，所以必須考慮檢修。將它放在觀察井內，或專設一個觀察維修間，一般5年左右要檢修一次，尤其發生密封失效時，更換密封圈管道被迫停輸，造成巨大損失。而絕緣接頭由于結構確保了密封性，密封圈材質選用了高抗老化的氟橡膠，因而在管道壽命內是可靠的。國外已有30年以上的使用經驗，我國的絕緣接頭首先在輪庫線上應用，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，無需專門設置觀察井，因此被稱之為零維修費的管件。
二、絕緣接頭的結構要求
絕緣接頭的結構是在克服了絕緣法蘭的缺點后而設計的，應具備如下要求。
（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，不會繼續隨浸泡時間發生變化，最終溶劑配方應符合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品的技術標準，能夠滿足埋地管道補口對材料的技術要求。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展部組織的專家鑒定。內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注意的問題
1、結構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濟性。承載能力較高的為整體型，其左右法蘭及連接環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，其內在質量較本體材料較差，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。如果設計類型選擇不當，將會造成較大的事故。
2、非導電介質用絕緣接頭內襯（或涂層）設置
（1）內襯長度由陰極保護要求計算而得到，與介質的導電率及管道規格有關。
（2）內襯采用涂層時，應分層涂之，并在每層干固后方可涂下一層。
（3）應將右法蘭整個表面，除右端留出100mm施焊影響區外皆涂改性環氧樹脂0.4mm以上，這樣可防止一旦內襯受清管器作業損傷，導電介質不能導通左右法蘭，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，降低了設計的合理壓縮量，從而產生滲漏。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的環焊縫焊接時，應在焊前用500～3000V搖表測量絕緣接頭電阻，電阻值應達到設計要求。環縫焊接時應采用小電流，并在次絕緣板上方的筒體上測其溫度，應小于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冷固型改性環氧樹脂，它對保證絕緣接頭的絕緣性及密封性至關重要。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，它有十分優良的絕緣性和抗老化性。根據其特點，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注意的問題
（1）嚴禁用火焰燒烤絕緣接頭。因為內腔的絕緣板、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，達不到設計要求的不能與管道組焊。
（3）絕緣接頭安裝時內腔不能有水膜，以免降低其絕緣性。
（4）絕緣接頭不能設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大于200m，并應在當日氣溫較低時焊接死口，以便使絕緣接頭處于預壓狀態。
絕緣接頭首先是被應用于輪庫線的非導電介質，當時受結構、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，根據生產需要及材料工藝的推進，多次改進設計，至今絕緣值已經達到10мΩ，雷擊電壓高于15000。還適時設計了礦漿、污水、高溫蒸汽等介質管道的絕緣接頭和絕緣短管，目前，我國生產的有DN50～DN1200、PN1～PN30幾十種規格，數量達到幾千套，很好的滿足了生產需要。
當前，我國的絕緣板規格寬度較小，對DN>800mm的絕緣接頭雖沒有現成的板材，但有的廠家已準備模壓和澆制絕緣環，澆制型絕緣環其性能已可滿足任意規格絕緣接頭的要求。大型高壓（DN>1000mm、PN>10 MPa）絕緣接頭設計在技術上已經成熟，可以大幅度減少大型絕緣接頭的進口。
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