整体式绝缘接头密封性能和强度研究

整体式绝缘接头密封性能和强度研究
　　随着国内外长输管线的快速发展，绝缘接头广泛应用于油气管线的阴极保护中。目前，绝缘接头已基本取代了工程中存在诸多问题的绝缘法兰，多种结构类型的绝缘接头成为油、气、矿浆及蒸汽等介质输送管道的重要元件。较好的绝缘性能、密封性能和刚性是绝缘接头结构的基本要求，然而在实际工程中往往因厂家对其结构设计的不合理和成品试验未达标，绝缘接头出现了密封失效、绝缘性能失效和强度不达标等问题。根据SY/T0516—2008《绝缘接头与绝缘法兰技术规范》中规定，成品绝缘法兰应进行压力试验、水压加弯矩试验和气密性试验。水压加弯矩试验是检验结构整体稳定性的重要环节，加载弯矩值的大小，应能在承受相同弯矩的相焊管线管段内，产生不小于72%管材屈服强度的纵向应力。在水压加弯矩试验中，厂家往往通过绝缘接头两端支撑，在绝缘接头上通过液压系统施加垂直于轴线的一定液压载荷，该载荷需针对不同管径和试验管长。如结构未出现结构变形，则该绝缘接头满足实际工程中的强度要求。文中研究了绝缘接头在水压加弯矩试验中结构稳定和密封性能，对厂家在绝缘接头的水压加弯矩试验判断有一定的指导意义。
　　接触压强与密封压力差值是评价密封性能的重要标准，当该差值大于0时均能形成密封，当然，该差值越大，密封效果越好。矩形沟槽在密封压力大于3MPa时，随密封压力增大，接触压强与密封压力差值明显较小，而单V形沟槽的该差值较大，并在压力大于6MPa时趋于稳定，对于密封压力较大的绝缘结构仍能有较好的密封效果。以下研究均针对单V形沟槽。
　　预压缩量会影响结构的密封效果，当预压缩量约为1mm，就能有较好的密封效果，过小可能造成密封效果不好；而过大则橡胶会产生较大变形，影响密封效果。
　　当绝缘接头承受内压并受到弯矩载荷时，绝缘接头的绝缘垫片与套管会产生间隙(本模型不考虑橡胶被挤入到间隙中的情况)。当间隙增大时，接触压强就会减少，但接触压强大于密封压力，仍有较好密封效果，故单V形沟槽对于各种不同工况均有较好的密封效果。
　　绝缘结构整体结构分析
　　整体式绝缘接头结构不连续，左、右套管间为绝缘材料，故有限模型中需建立接触对，进行接触非线性分析，文中建立绝缘材料与钢材(左导管、右导管、勾套)间共8个接触对，还建立了导管与勾套的接触对。整体式绝缘接头网格，网格多采用扫略六边形网格，网格类型为C3D8R，在绝缘接头处(特别是接触面)网格比较细致，主管上网格相对疏松，这样既保证了计算的精确性，又节约了计算时间。
　　水压试验中，绝缘接头和主管道承受15MPa的内压，内压会引起较大的环向应力，同时管道轴向也会承受约76MPa的拉应力作用。可以看出，水压试验中绝缘接头的左、右导管和勾套的应力值并未出现较主管上大的应力，相反绝缘接头上最大应力小于主管应力，然而由于结构的非连续性出现较大应力，在绝缘接头和主管线相接处往往是绝缘接头环焊缝处，应注意该处的补强措施。另外，在水压试验中并未出现钢材的屈服现象。在实际工程中，绝缘接头受到外力弯矩的作用，是最易造成绝缘接头泄漏的工况。故绝缘接头在出厂前均要进行水压加弯矩试验，以检验绝缘接头的结构整体稳定性。根据SY/T0516—2008《绝缘接头与绝缘法兰技术规范》要求，须在水压试验基础上再进行弯矩试验，且加载弯矩值的大小，应能在承受相同弯矩的相焊管线管段内，产生不小于72%管材屈服强度的纵向应力。厂家常通过外力加载方式进行试验，文中有限元分析也采用相同的加载方式。
　　河北拓海管道设备销售有限公司（http://www.tuohaiguanye.com/）生产的高压绝缘接头，碳钢绝缘接头，绝缘接头法兰，绝缘接头价格是专业的绝缘接头厂家，绝缘接头是同时具有埋地钢质管道要求的密封性能、强度性能和电防腐蚀所要求的绝缘性能的管道接头的统称。它包含组合件、绝缘板、填料、密封环、短管等。绝缘接头是根据绝缘法兰在使用中存在的问题进行改进的换代产品，是钢质管道阴极保护系统中必不可少的重要压力元件，广泛应用于钢制管道的阴极保护系统。