管道绝缘接头应用及安全事项
2015-9-9 9:50:40 点击：
管道绝缘接头应用及安全事项
目前，多种类型的绝缘接头广泛用于我国油、气、水、矿浆、蒸气等介质管道输送的阴极保护系统中，并且已基本取代了绝缘法兰。但由于厂家对其不同结构应用条件的设计及计算的方法欠妥，加之焊接方法不当等，出现了密封失效、绝缘性能破坏、甚至隐含强度隐患等问题。当规格较大、操作压力较高的绝缘接头出现问题时，常造成较大的经济损失，甚至直接影响管道投运。为此，针对常用介质油气用绝缘接头易出现问题提出设计方案，以确保绝缘接头在应用中的安全。
一、不同结构绝缘接头的设计方案
1、高绝缘性结构设计绝缘法兰低绝缘性的根本原因是螺栓与法兰孔间的绝缘套管壁厚。而绝缘套管壁厚又受到两方面的条件限制，一是绝缘套管管壁过厚必然会引起法兰孔过大，为此，需增大法兰外径及其螺栓孔中心圆直径和法兰厚度，减少螺孔数量。
若提高螺栓直径，既不经济，又会影响密封的可靠性；二是套入螺栓的绝缘套管，产品规格比较薄，例如，特制加厚管在材质较软时绝缘法兰受弯矩时会产生径向错位，破坏密封，使其失效。若绝缘套筒材质过硬，在绝缘法兰承受弯矩时，由于法兰结构
的力学模型近乎铰接，不可均匀的整体承受弯矩，而是主要加载到上下螺栓孔上，产生较高应力，破坏绝缘套及其整体绝缘性。绝缘接头消除了螺栓结构，采用的绝缘隔离套装密封结构。该结构在法兰上被主、次绝缘板和上、下填充料及内衬高绝缘性的主绝缘件所包围，将介质隔绝于外，而且主、次绝缘板和上、下填充料比较厚，加之主、次绝缘板和上、下填充料及右法兰套装成一体，绝缘接头承受弯矩时，是由具有较大的截面模数的左、右法兰圆筒完成，变形甚微，因此确保了较高的绝缘性，绝缘值的高低完全由厚度可调的主、次绝缘板和上、下填充料确定。当介质为导电介质时，可用增加件内衬的厚度及长度的方式来满足特定的绝缘性要求。
2、良好的密封性绝缘接头的良好密封性是由其自身的结构决定的，即绝缘接头的两个密封圈是采用自紧式密封原理，压力越高密封效果越好。密封圈的右侧有两个较长的迷宫形绝缘填料环（上下填充料），这样可阻止渗漏的介质到达体外。密封圈被刚性很强的左法兰和连接环经环向焊缝将主、次绝缘板件和右法兰紧紧压合在一起，即使在水压试验时承受弯矩，使管道产生0.72σs（管材的屈服极限）时也不会造成密封圈渗漏，因此在正常操作压力下可确保密封。而绝缘法兰却不能承受上述弯矩，也就不能保证在工作状态下承受弯矩时的密封性。
3、较高的刚性绝缘接头的较高刚性不仅体现在由左法兰、连接环组焊后形成的远大于管道的抗弯截面模数，而且也体现在良好的制造工艺上，它是在水压强度试验加弯矩时，其合成轴向应力达到管道管壁产生0.72σs（管材的屈服极限），密封合格后才加灌冷固型高绝缘环氧树脂（上、下填充料）。这种物质与钢件粘结力强，抗压强度大，从而进一步加强了绝缘接头的整体刚性。
4、高寿命及零维修费用过去应用的绝缘法兰因螺栓的绝缘套较易老化，又在装配及应用中受到局部高应力的影响，绝缘性易失效，所以必须考虑检修。将它放在观察井内，或专设一个观察维修间，一般5年左右要检修一次，尤其发生密封失效时，更换密封圈管道被迫停输，造成巨大损失。而绝缘接头由于结构确保了密封性，密封圈材质选用了高抗老化的氟橡胶，因而在管道寿命内是可靠的。国外已有30年以上的使用经验，我国的绝缘接头首先在轮库线上应用，也有十几年的历史。因为它不需要维修，所以可将它埋入地下，无需专门设置观察井，因此被称之为零维修费的管件。
二、绝缘接头的结构要求
绝缘接头的结构是在克服了绝缘法兰的缺点后而设计的，应具备如下要求。
（1）较高的绝缘性。
（2）良好的密封性。
（3）较高的刚性。绝缘接头在安装和使用中，除随着浸泡时间的延长，基材在不同的溶剂配方中达到最大溶胀率后，不会继续随浸泡时间发生变化，最终溶剂配方应符合GB16927-96《大气污染物综合排放标准》的要求。研制的不加热收缩带，其材料的各项性能均达到了国外同类产品的技术标准，能够满足埋地管道补口对材料的技术要求。2004年8月，不加热收缩补口材料通过了由中国石油天然气总公司科技发展部组织的专家鉴定。内压外还要承受较大的弯矩，因而整体刚性是十分重要的，这对保证良好的密封性至关重要。
（4）寿命长，零维修费用。绝缘法兰的维修周期大约为5年左右，在役期间不必维修。
三、绝缘接头制造安装中应注意的问题
1、结构类型的选择绝缘接头的品种甚多，分类原则主要考虑承载能力及加工的经济性。承载能力较高的为整体型，其左右法兰及连接环皆由锻钢整体加工而成，成本较高，危险断面较大，可承受较大的内压及弯矩。承载能力较低的为组焊形，其钢件由钢
板及钢管组焊而成，不需锻钢，周期较短，主体材料损耗量较少，成本较低。但危险断面较小，而且焊缝不易用超声波或射线检查，其内在质量较本体材料较差，加之标准管件及钢板厚度受限，因而不可承受高压及较大弯矩。如果设计类型选择不当，将会造成较大的事故。
2、非导电介质用绝缘接头内衬（或涂层）设置
（1）内衬长度由阴极保护要求计算而得到，与介质的导电率及管道规格有关。
（2）内衬采用涂层时，应分层涂之，并在每层干固后方可涂下一层。
（3）应将右法兰整个表面，除右端留出100mm施焊影响区外皆涂改性环氧树脂0.4mm以上，这样可防止一旦内衬受清管器作业损伤，导电介质不能导通左右法兰，影响绝缘性。
3、密封槽与密封圈的尺寸配合
绝缘接头的密封性主要取决于绝缘接头的刚性及密封件的设计。密封圈外径距密封槽外径尺寸过大，会增加密封圈的周长，降低密封圈的断面直径尺寸，降低了设计的合理压缩量，从而产生渗漏。当密封圈外径距密封槽外径尺寸过小时，又会在两法兰压合时使密封圈外部压入法兰间的贴合面上，使密封失效。
4、组焊工艺控制在左法兰与连接环的环焊缝焊接时，应在焊前用500～3000V摇表测量绝缘接头电阻，电阻值应达到设计要求。环缝焊接时应采用小电流，并在次绝缘板上方的筒体上测其温度，应小于100℃，以保护绝缘板。
5、上下填充料的注入时机上下填充料为液态冷固型改性环氧树脂，它对保证绝缘接头的绝缘性及密封性至关重要。该材料有较强的抗压能力，但拉伸强度随其厚度的增加而降低，它有十分优良的绝缘性和抗老化性。根据其特点，它必须在绝缘接头完成水压强度试验、气密性试验、水压强度试验加弯矩试验、疲劳试验以及致密性试验（当介质为气相时）之后方可注入。一方面可防止因变形而可能造成固化的填充料的破坏，另一方面是便于测试。
6、绝缘接头与管道安装时应注意的问题
（1）严禁用火焰烧烤绝缘接头。因为内腔的绝缘板、涂层、填料、密封圈等非金属件在温度超过120℃时性能下降，甚至失效。
（2）绝缘接头与管道安装前必须使用500～3000V摇表摇测两端的绝缘性，达不到设计要求的不能与管道组焊。
（3）绝缘接头安装时内腔不能有水膜，以免降低其绝缘性。
（4）绝缘接头不能设置在管道走向的低洼处，以免降低其绝缘性。
（5）绝缘接头组焊时，焊把与导线定位铁应在绝缘接头的同一端，不能跨接绝缘接头，以防焊机高启动电流破坏绝缘。
（6）绝缘接头与管道连接死口的距离应大于200m，并应在当日气温较低时焊接死口，以便使绝缘接头处于预压状态。
绝缘接头首先是被应用于轮库线的非导电介质，当时受结构、材料、工艺等条件限制，绝缘性仅能达到2мΩ ，雷击电压近10000V。之后，根据生产需要及材料工艺的推进，多次改进设计，至今绝缘值已经达到10мΩ，雷击电压高于15000。还适时设计了矿浆、污水、高温蒸汽等介质管道的绝缘接头和绝缘短管，目前，我国生产的有DN50～DN1200、PN1～PN30几十种规格，数量达到几千套，很好的满足了生产需要。
当前，我国的绝缘板规格宽度较小，对DN>800mm的绝缘接头虽没有现成的板材，但有的厂家已准备模压和浇制绝缘环，浇制型绝缘环其性能已可满足任意规格绝缘接头的要求。大型高压（DN>1000mm、PN>10 MPa）绝缘接头设计在技术上已经成熟，可以大幅度减少大型绝缘接头的进口。
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