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钢管连接工艺李雨康

    钢管连接是管道安装工艺的重要环节,对施工工质量和速度都有直接的影响,叶涂塑钢管的连接还应具有耐腐蚀性能。我们归纳了钢管连接工艺的三种基本类型和各种型式接头的特点,以及两种新的连接方法。还请各位看官慢慢看来。

    在敷设管道中,钢管必须有连接这一道工序。钢管的连接是管道安装的重要环节,连接工艺对施工质量和速度都有很重要的影响。地下管道连接质量不好造成泄漏,还会影响到地面设施。如果管道输送的是化学物质,则危害更大。因此,管道连接工艺,最重要的是要保证管道连接处的密封;其次要求安装工艺简单,操作方便,成本低。另外,对于涂层钢管的连接除了上述要求之外,还须避免钢气涂层的脱落,并要求接头本身也应具有耐腐蚀性能,这样才能保证整个管道系统的使用寿命。目前国内外对涂层钢管,尤其对涂塑管的连接工艺,正在探讨和研究,因此进一步开发涂塑钢管的连接工艺的研究是非常必要的。

一、钢管连接工艺的类型
    钢管连接的形式很多,有真管型(部)、弯曲部、支管!}、异径部等,基本上可归纳为三大类型:即刚性连接、柔性连接和柔刚性连接。刚性连接指接头处不容许伸缩和转动,而柔性连接容许接头处伸缩和转动,柔刚性连接则介于两者之间。
    1、刚性连接
    管道刚性连接形式,有焊接接头、螺纹接头、法兰接头、形状记忆合金接头与粘接接头等。
    (1)焊接接头。焊接接头最大的特点是安装简单,接口处强度高,使用温度高。其缺点是施工劳动强度较大。焊接接头一般适用于口径比较大的同种材料的管道的连接。没有内防腐要求的焊接接头有两种型式:一种是对接;另一种是套接。对接接头适用于50 mm <2 in)以上口径钢管的连接,而套接接头一般适用于40 mm [1告in」以下的小口径钢管。

    (2)螺纹接头。一般适用于小口径自来水、空气、煤气等管道,尺寸范围在6-150mm仁古6 in],管道材料一般是镀锌钢管。此种管道如用焊接接头将会使镀锌层剥离,螺纹接头一般耐压强度不如焊接接头,为了提高螺纹接头的强度,经常在连接螺纹上涂上一层厌氧胶,可使耐压强度提高到30 MPa [300 kgP/cmz] 螺纹接头的另一个缺点是,钢管端部需加工成螺纹,安装较为麻烦。

    (3)法兰连接。目前这种接头使用很广泛,尺寸规格]5一600 mm,一般使用的压力要比上述两种接头低,连接面容易泄漏,而且对大口径钢管来说,用法兰连接成本较高,因此目前不提倡使用法兰连接。法兰连接可有如下几类:搭接接头法兰、焊接法兰、套领法兰、螺纹法兰等,可根据不同的需要采用不同的法兰。

    (4)形状记忆合金接头。形状记忆合金接头是在60年代末开始发展和应用的,适用于小口径8^-40 mm管道的连接;口径比较大的管道,正在研制中。目前,美国、英国、日本等国,在战斗机、军舰、油田等管道系统已应用这种接头。形状记忆合金接头有两个类型,一种是镍钦(Ni-Ti-Fe)合金;另一种是铜系(Cu-Zn-AI)合金管接头。其连接原理是利用镍钦合金具有的形状记忆效应。形状记忆合金管接头室温时的内径略小于被连接的管子外径,将其置于一19g. C液氮中,它就转变成孪晶热弹性马氏体;此时用.芯棒将内径扩大}3^-1000(即略大于管子外径),这样,就可容易地套在被接管的两端,使被接的两管分别滑入管接中;经装配尺寸检验后,将连接好的管接头从液氮中取出,在温度回升到室温的过程中,‘形状记忆合金接头又从热弹性马氏体态逆变成母相奥氏体,其内径尺寸也回复到原先略小于被接营外径的尺寸,因而与被连接管之间形成牢固而紧密的永久性接头。这种连接方法所需时间短、无渗漏,可以避免由焊接造成的微裂纹,因此特别适用于连接难以焊接的材料管道。据统计,1970年以来,美国在F-14战斗机的油压系统上已使用了Ni-Ti基合金制的管接头10万只以上,且无一漏油事故。其他如潜艇和水面船舶中的各类管路及海底石油管道均可采用这种方法连接。但Ni-Ti合金价格较高,要全面推广还有一定的困难。今后开发价廉的铜系新型合金作为船用管接头是一个方向,目前日本已开发铜系形状记忆合金接头。
    (5)粘接接头。管道的粘接接头一般采用套接。其粘接形式,有外套筒式、内套筒式等,连接比较方便。一般说,用胶粘剂‘来连接钢管道目前为数不多,而应}i}胶粘剂来修补管道和堵漏,在国内外比较普遍。瑞士、德国、美国等国家生产了一种适用于金属连接固定、密封和“焊接”各种材料的金属粘合剂;能适用于管道连接,但价格较贵,管道采用粘接接头,还有待于进一步开发。

    2、柔性接头
    柔性接头的形式很多,一般称为特殊的管接头,可分为伸缩管接头、旋转式管接头、弹性管接头和快速管接头等。
    伸缩管接头可以吸收由温度和外力产生的管系抽向、径向的伸缩和位移。

    旋转式管接头主要应用于旋转运动的部件,具有移劝管系的角位移和吸收管系的扭转、弯曲等。
    弹性管接头又称挠性管接头,有挠性管和挠性软管两种。波形管等护具有挠性,一能吸收振动。多数使用金属软管毛非金属材料一般采用橡胶软管、尼龙软管、聚四氟乙烯软管等。
    柔性管接头一般是由衬垫、垫圈在管外圆周面保持密封,见图la


3、柔刚性管接头
    一般有机械式管接头、维克托利克型管接头和套筒式管接头。此种接头是在柔性管接头基础上,增加一种防止脱管机构,如图2所示。就是在管端焊一圈钢环,使管子不致于从管接头脱出。采用这样的管接头只能使钢管伸长,不能缩短,位移只有一个方向,另一个方向是刚性,故称为柔刚性管接头。日本称图2管接头为维克托利克型柔刚性管接头。大多数钢管管

三、涂层钢管连接工艺的要素
     (1)连接处要密封,无论采用哪种连接形式,最重要的是要保证接头处的密封。采用法兰和螺纹连接,通常容易泄漏。
     (2)需连接方便,安装简便。对于输送长距离的石油,化学药品流体的管道,大多数采用焊接接头。因电焊接头连接工艺方便,安装简便,但涂层被破坏,所以焊接接头不能应用在涂塑钢管上。涂层钢管尤其是涂塑钢管具有耐腐蚀、耐磨损等优点,目前在管道系统中已推广应用,但由于连接和安装工艺都复杂,且要求高,进一步推广应用受到了一定的限制。
     (3)连接工艺最好不要破坏涂塑管的涂膜,因涂层一旦被破坏,则连接后需进行补涂,增加了一道修补工序。据有关资料报道,为了降低成本,管道直径大于600 mm的聚乙烯涂塑钢管多数是现场配管,仍采用焊接接头。这就增加了现场防腐加工工作。但整个现场配管成本还是较低的。现场防腐加工工艺与装置概况如图3、图4所示。

    (4)管接头本身应具有防腐性能。涂塑钢管比不涂塑钢管使用寿命要提高3-v 4倍。如果管接头不加以防腐处理就会影响整个管道系统的寿命。目前松套伸缩管接头本体的内部进行了涂塑,使管接头也具有耐腐蚀性和耐磨损等优点。
    (5)成本低有利推广应用。钢管管接头的连接工艺必须具备以上五大要素,才会有推广应用的价值。因此要加快开发新的管接头工艺,这对扩大应用涂塑钢管具有现实意义。

四、几种新的钢管连接方法
    1.卡箍式管接头
    (1)概况
    金属卡箍式管接头是一种新型的管接头密封装置,其特点是施工简单,能适合各种管材的连接。目前这种管接头已在世界50多个国家获得应用。
    (2)用途
    可应用在如下管道系统:
      ①工业管道(包括石油化工产品输送管道);②船舶管系;③大型建筑物的系统管道,④铁路、公路系统道;⑤矿山系统管道;⑥工业企业和农业用水系统管道;⑦煤气、粉末及颗粒状物质的输送管路。

    (4)卡箍式接头的结构与特点
    ①结构形式如图5,图6所示,卡箍式接头有两种,即带啮合环的小口径导管用夹钳型和通用挠曲型,其主要部件有金属外壳和橡胶密封套筒。两者紧密配合为一体。金属外套筒与橡胶密封套筒一起对管子内外起保护作用。当拧紧紧固螺丝后,金属外套筒在各个方向上以均等的压力压住橡胶套筒,两者一起紧紧地

压在管体上。随着管内压力的增高,橡胶密封的边缘唇部开始起作用,其密封效果也随之提高。
    夹钳型接头带有啮合环,拧紧螺栓时,啮合环切入管体。这是一种具有抗脱管性能的结构形式。

速度快,不到10分钟就能安装好一处接头;避免了零部件先分解再组装的麻烦;接装施工的作业空间小。
    (5)接头安装方法
    ①准备工作。先将管子头部除污清洗,然后划出接头标记,见图7①。
    ②管道设置。先将管接头套入一端管子上,再将两个预定管接头对齐,见图7②;
      ③管接头安装。将管接头移至两管接头标记处,并按预定扭矩拧紧螺栓即可,见图7③。
    因此组装此种管接头时,只需要在其整个接头的圆周一点上拧螺栓,而采用法兰连接和焊接方法则需要在接头处的整个圆周上进行施工。由于新接头的优点,埋设管道的沟也可以挖得很小。该管接头也很适川于涂塑网管。

    2-.。形状记忆合金管接头
    <1)形状记忆合金管接头的实际应用在美国始于sa年代,最先用于飞机土的液压和燃料管道的接合套管,后来应用于潜艇和水面舰船的各类管路和海底石油管道。英国还应用于北海油田管道套管接头。日本目前正在研制中。我国有些单位也正在研制。
    c})形状记忆合金管接头连接所需时间短,无渗漏,解决了渗漏的技术难题,可以避免由焊接造r!}的微裂纹,因而特别适用于连接难以焊接的材料管道。
    (3)形状记忆合金管接头基本上有两大类型:即Ni-Ti合金和Cu-Zn-Al合余管接头:
    <4)基本原理如下:
    ①Ni-Ti形状记忆合金制成的套管接头的原理如前述;
      ②铜系形状记忆合金套管接头(Cu-Zn-Al )是国外最近才开发的新型管接头,如图3所示。它的特征是:连接可靠性高3操作简单而迅速;能高密度配管,连接是气密的;连接生产干净;能使异种金属管连接。.
    这种形状记忆合金套筒起了激励器的作用,套筒的内侧被压入用铝或铜制成的衬圈,衬圈内壁涂上环氧树脂胶贴,两端再涂上示温涂料。
    将这种套筒加热到150℃以上,就产生形状记忆效果,有280渺Pa[2,800 kgf'/Cmx〕的紧固力收缩(约4})套筒的内侧衬圈(}C其受到压缩,形成机械接头。衬圈内壁的环氧树脂胶贴,由于加热熔化流动,使连接管的磨损伤痕及表面缺陷被填满补平,并且由于粘接力而也起了密封作用。

    其连接工艺大致如下:两端连接管插入到管接头的中心部位,通过加热工具加热到200 'C,使涂在接头两端的示温涂料的颜色由绿色变为黑色,安装工作就告结束。衬圈及环氧树脂作为永久性的粘接剂,’该接头不需要贮存在液氮溶液中,适用性比Ni-'Ti形状记忆合金管接头要强,这是一种很有应用前途的管接头。但目前对口径比较大的管子连接还有困难,该接头也适用于涂塑钢管。