整體式絕緣接頭密封性能和強度研究

整體式絕緣接頭密封性能和強度研究
　　隨著國內外長輸管線的快速發展，絕緣接頭廣泛應用于油氣管線的陰極保護中。目前，絕緣接頭已基本取代了工程中存在諸多問題的絕緣法蘭，多種結構類型的絕緣接頭成為油、氣、礦漿及蒸汽等介質輸送管道的重要元件。較好的絕緣性能、密封性能和剛性是絕緣接頭結構的基本要求，然而在實際工程中往往因廠家對其結構設計的不合理和成品試驗未達標，絕緣接頭出現了密封失效、絕緣性能失效和強度不達標等問題。根據SY/T0516—2008《絕緣接頭與絕緣法蘭技術規范》中規定，成品絕緣法蘭應進行壓力試驗、水壓加彎矩試驗和氣密性試驗。水壓加彎矩試驗是檢驗結構整體穩定性的重要環節，加載彎矩值的大小，應能在承受相同彎矩的相焊管線管段內，產生不小于72%管材屈服強度的縱向應力。在水壓加彎矩試驗中，廠家往往通過絕緣接頭兩端支撐，在絕緣接頭上通過液壓系統施加垂直于軸線的一定液壓載荷，該載荷需針對不同管徑和試驗管長。如結構未出現結構變形，則該絕緣接頭滿足實際工程中的強度要求。文中研究了絕緣接頭在水壓加彎矩試驗中結構穩定和密封性能，對廠家在絕緣接頭的水壓加彎矩試驗判斷有一定的指導意義。
　　接觸壓強與密封壓力差值是評價密封性能的重要標準，當該差值大于0時均能形成密封，當然，該差值越大，密封效果越好。矩形溝槽在密封壓力大于3MPa時，隨密封壓力增大，接觸壓強與密封壓力差值明顯較小，而單V形溝槽的該差值較大，并在壓力大于6MPa時趨于穩定，對于密封壓力較大的絕緣結構仍能有較好的密封效果。以下研究均針對單V形溝槽。
　　預壓縮量會影響結構的密封效果，當預壓縮量約為1mm，就能有較好的密封效果，過小可能造成密封效果不好；而過大則橡膠會產生較大變形，影響密封效果。
　　當絕緣接頭承受內壓并受到彎矩載荷時，絕緣接頭的絕緣墊片與套管會產生間隙(本模型不考慮橡膠被擠入到間隙中的情況)。當間隙增大時，接觸壓強就會減少，但接觸壓強大于密封壓力，仍有較好密封效果，故單V形溝槽對于各種不同工況均有較好的密封效果。
　　絕緣結構整體結構分析
　　整體式絕緣接頭結構不連續，左、右套管間為絕緣材料，故有限模型中需建立接觸對，進行接觸非線性分析，文中建立絕緣材料與鋼材(左導管、右導管、勾套)間共8個接觸對，還建立了導管與勾套的接觸對。整體式絕緣接頭網格，網格多采用掃略六邊形網格，網格類型為C3D8R，在絕緣接頭處(特別是接觸面)網格比較細致，主管上網格相對疏松，這樣既保證了計算的精確性，又節約了計算時間。
　　水壓試驗中，絕緣接頭和主管道承受15MPa的內壓，內壓會引起較大的環向應力，同時管道軸向也會承受約76MPa的拉應力作用。可以看出，水壓試驗中絕緣接頭的左、右導管和勾套的應力值并未出現較主管上大的應力，相反絕緣接頭上最大應力小于主管應力，然而由于結構的非連續性出現較大應力，在絕緣接頭和主管線相接處往往是絕緣接頭環焊縫處，應注意該處的補強措施。另外，在水壓試驗中并未出現鋼材的屈服現象。在實際工程中，絕緣接頭受到外力彎矩的作用，是最易造成絕緣接頭泄漏的工況。故絕緣接頭在出廠前均要進行水壓加彎矩試驗，以檢驗絕緣接頭的結構整體穩定性。根據SY/T0516—2008《絕緣接頭與絕緣法蘭技術規范》要求，須在水壓試驗基礎上再進行彎矩試驗，且加載彎矩值的大小，應能在承受相同彎矩的相焊管線管段內，產生不小于72%管材屈服強度的縱向應力。廠家常通過外力加載方式進行試驗，文中有限元分析也采用相同的加載方式。
　　河北拓海管道設備銷售有限公司（http://www.tuohaiguanye.com/）生產的高壓絕緣接頭，碳鋼絕緣接頭，絕緣接頭法蘭，絕緣接頭價格是專業的絕緣接頭廠家，絕緣接頭是同時具有埋地鋼質管道要求的密封性能、強度性能和電防腐蝕所要求的絕緣性能的管道接頭的統稱。它包含組合件、絕緣板、填料、密封環、短管等。絕緣接頭是根據絕緣法蘭在使用中存在的問題進行改進的換代產品，是鋼質管道陰極保護系統中必不可少的重要壓力元件，廣泛應用于鋼制管道的陰極保護系統。