絕緣接頭的演變歷程及其發(fā)展趨勢(shì)

絕緣接頭是燃?xì)廨斉浜褪凸芫€系統(tǒng)中不可缺少的重要構(gòu)件。它的作用是將管線與設(shè)備相互絕緣分隔，使設(shè)備免受電化學(xué)腐蝕，從而延長(zhǎng)其工作壽命。 

目前，我國(guó)燃?xì)廨斉浜褪洼斔凸芫€上使用的絕緣接頭是法蘭式絕緣接頭，又稱絕緣法蘭。其本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了它在使用方面、性能方面以及維護(hù)方面諸多的限制。絕緣法蘭在外觀上與普通的法蘭連接沒有本質(zhì)區(qū)別。只是兩法蘭間的密封墊采用絕緣材質(zhì)制造；各螺栓、螺母與法蘭之間采用帶臺(tái)階的絕緣套筒將其互相絕緣。這種結(jié)構(gòu)所能承受的軸向拉伸載荷受塑料套臺(tái)階強(qiáng)度的限制，不可能很高；所能承受的軸向壓縮力被（密封）絕緣墊片的彈性極限限制，過大的軸向壓縮力會(huì)使其失去彈性而破壞密封性能；若在彎曲載荷的作用下（密封）絕緣墊片的一側(cè)有降低密封性的傾向，而另一側(cè)則有因受力過大而失去彈性的可能。它的密封絕緣件直接暴露在外，與潮濕氣體或土壤直接接觸，其必須的絕緣性能降低。由于在實(shí)際使用中受地形、地貌和其它自然因素變化的影響，絕緣法蘭的受力情況甚為復(fù)雜，從而導(dǎo)致兩法蘭面傾斜、錯(cuò)位，密封性受損。據(jù)一線操作、維護(hù)人員介紹，歷年來燃?xì)廨斉涔芫€和石油輸送管道中，經(jīng)常發(fā)生泄漏需急修的部位均發(fā)生在絕緣法蘭的對(duì)接密封面上，因此需要經(jīng)常將法蘭對(duì)接密封面重新強(qiáng)力撬平、校正，對(duì)它定期或不定期維護(hù)、修理。 

早些時(shí)候國(guó)外也使用絕緣法蘭，但據(jù)有關(guān)資料介紹從六十年代中期起就研制出了各種新型的絕緣接頭。從有關(guān)資料中可知大致有以下幾個(gè)過程： 

1.螺紋連接替代螺栓法蘭連接 

螺紋連接件是利用一個(gè)單獨(dú)的帶螺紋的接頭形式而形成可分離的機(jī)械接頭。而螺栓法蘭連接件要利用好幾個(gè)螺栓，一個(gè)卡箍或者著兩者的組合形式才能保證連接。螺紋連接件相對(duì)于螺栓法蘭連接件來說內(nèi)部密封件不直接與周圍環(huán)境接觸，密封性能好；裝配過程中因?yàn)橹挥幸粋€(gè)單一的螺紋元件，因此受拉時(shí)較多個(gè)螺紋元件載荷分布均勻，法蘭錯(cuò)位或傾斜的情況大大減少。 

2.整體式絕緣接頭 

盡管螺紋連接件較螺栓法蘭連接件有了很多改進(jìn)，但是在實(shí)際使用中，密封性能的好壞往往與螺紋擰緊與否有直接關(guān)系。太松，太緊對(duì)密封效果都會(huì)造成影響，且連接件本身需要良好的加工工藝和特殊的裝配方法。整體式絕緣接頭就是在這樣的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。1965年RMA公司（德國(guó)）的“IK”、“ET”型式采取了焊接密封代替螺紋密封結(jié)構(gòu)。整體結(jié)構(gòu)中用“O”密封圈進(jìn)行端面密封，避免了螺紋密封可能產(chǎn)生的因擰緊力的大小對(duì)整體密封造成的影響。 

我公司的整體式絕緣接頭是針對(duì)國(guó)內(nèi)絕緣法蘭和繁瑣的螺紋連接件的諸多缺點(diǎn),并在參考了國(guó)外同類產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的。綜合比較了各種絕緣電阻、擊穿電壓、工作溫度等性能指標(biāo)后，確定了DN40-300和DN500兩種內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全相同，外部因承壓能力不同，焊接形式稍有差異的整體式絕緣接頭。 

二.整體式絕緣接頭改進(jìn)創(chuàng)新 

整體式絕緣接頭方案設(shè)計(jì)的主導(dǎo)思想是：利用國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)改變我國(guó)燃?xì)廨斉涔芫€經(jīng)常發(fā)生泄漏的現(xiàn)狀。并以此作為設(shè)計(jì)的基本出發(fā)點(diǎn)，在國(guó)外常用方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行兩項(xiàng)改進(jìn)、創(chuàng)新。 

利用“冗余”設(shè)計(jì)技術(shù)將原密封結(jié)構(gòu)改為雙重密封。 

它的特點(diǎn)是：一旦某種因素使其中一道密封結(jié)構(gòu)受損，性能破壞，還有另一道結(jié)構(gòu)能正常工作，確保必要的密封性能。 

橡膠密封墊設(shè)在第一道密封之后，避免與燃?xì)庵袝?huì)激發(fā)橡膠老化的組分直接接觸，可延緩其老化速度，延長(zhǎng)使用年限。 

利用絕緣套8，將套筒7與下導(dǎo)管2之間的空隙密實(shí)充填。在彎曲載荷的作用下，絕緣墊片5和密封墊4基本不受其影響，而使其工作性能穩(wěn)定。 

如圖所示：絕緣套8密實(shí)充滿套筒7與下導(dǎo)管2之間的空隙，在下導(dǎo)管受外力矩M作用時(shí)，下導(dǎo)管A部位、B部位對(duì)絕緣套與之相接觸部位施加了一定的力。絕緣套對(duì)下導(dǎo)管A、B部位總的反力所形成的力矩與M平衡。此時(shí)，絕緣墊片基本不受M所引起的附加力，則可免受外加彎曲載荷的損傷。而當(dāng)套筒7與下導(dǎo)管之間存有空隙時(shí)，外加力矩M使絕緣墊片的局部位置受到附加的壓縮力，則可能影響其工作性能。

三.整體式絕緣接頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 
從結(jié)構(gòu)上來說，我公司的整體式絕緣接頭內(nèi)部型式與意大利NUOVA GIUNGAS公司的產(chǎn)品型式比較接近。在相同壓力等級(jí)下，相同公稱直徑的產(chǎn)品的主要優(yōu)點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、尺寸小、重量輕。 

該整體式絕緣接頭由上、下導(dǎo)管組件、套筒、絕緣墊片、密封墊及絕緣套組成。在上圖中，上、下導(dǎo)管1和2兩端面將絕緣墊片5、密封墊6壓緊。兩導(dǎo)管端面對(duì)絕緣密封件的夾緊力，來源于套筒7被強(qiáng)壓收口時(shí)產(chǎn)生的塑性變形力。絕緣套8在結(jié)構(gòu)中的作用不僅是將套筒7與下導(dǎo)管2隔離、絕緣，而且將套筒7收口時(shí)的支承力傳遞給下導(dǎo)管，從而使得剛性見受力，塑性件受力情況得到改善。套筒7收口過程中迫使上導(dǎo)管向下移動(dòng)，從而使得上、下導(dǎo)管兩端面將絕緣墊片及密封墊壓緊，保證上、下導(dǎo)管對(duì)接面間的絕緣、密封性能。收口后，套筒與上導(dǎo)管焊成一體，使其有較高的承載能力。 

在上圖所示的結(jié)構(gòu)中，絕緣墊片5的主要作用是保持上、下導(dǎo)管兩端面的距離；（橡膠）密封墊保證二者之間必要的密封性。絕緣墊片5、絕緣套8是采用在溫度為-60～+120℃范圍內(nèi)能長(zhǎng)期工作的加入適量玻璃纖維的聚碳酸酯增強(qiáng)塑料，其抗壓強(qiáng)度高達(dá)16480N/cm2（1681kg?f/ cm2）。該結(jié)構(gòu)既能承受較大的拉伸或壓縮載荷，又能承受一定數(shù)值的彎曲載荷,承載能力較強(qiáng).它的絕緣件被封裹于密閉的空間,不受潮濕氣體的影響，所以絕緣、密封性能穩(wěn)定可靠?；谝陨咸攸c(diǎn)整體式絕緣接頭長(zhǎng)期工作不需維護(hù)、修理，它既可用于地面上也可用于埋在地下的輸配管線中。 

DN500整體式絕緣接頭是在整體式絕緣接頭的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的。它采用套管與上導(dǎo)管全焊透的連接形式，適用于工作壓力高達(dá)PN64的情況下。在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了焊接時(shí)可能產(chǎn)生如下情況: 

(1)焊接時(shí)產(chǎn)生的熱量對(duì)絕緣墊片、絕緣套（工程塑料）有破壞，需避開熱影響區(qū)； 
(2)16Mn鍛件在邊焊接邊冷卻（水冷）時(shí)可能發(fā)生金相組織的變化，產(chǎn)生馬氏體組織，造成材料硬、脆。 

為避免上述情況的產(chǎn)生，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采取了以下措施: 

1)盡量拉開焊接區(qū)和絕緣墊片、絕緣套裝配位置的尺寸，避開熱影響區(qū)； 
2)適量增大鍛件的截面積，使得散熱區(qū)域盡量大，加快散熱速度。 

在DN500的設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)DN40～200的實(shí)際生產(chǎn)和使用情況，對(duì)橡膠密封件的壓縮量適當(dāng)進(jìn)行了修改，使得原來21%左右的壓縮量提高到27%，這樣將進(jìn)一步提高密封效果。 

四.整體式絕緣接頭的相關(guān)指標(biāo) 

經(jīng)過綜合比較，我公司的整體式絕緣接頭具有如下優(yōu)點(diǎn)： 

☆導(dǎo)管金屬材料為鍛件，其各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)較國(guó)外板材好； 
☆絕緣墊片采用特殊配方的工程塑料，強(qiáng)度更高； 
☆結(jié)構(gòu)上，零、組件材料易于購(gòu)買且有較好的加工性能，整體裝配時(shí)亦比較容易； 
☆產(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于國(guó)外同類產(chǎn)品的指標(biāo)； 
☆增加了該產(chǎn)品的拉伸、抗壓性能指標(biāo)，為國(guó)外同類產(chǎn)品不具有的。 

經(jīng)過測(cè)試我公司的整體式絕緣接頭的性能指標(biāo)如下： 

◇絕緣電阻≥5 MΩ 
◇擊穿電壓≥3KV-50HZ 
◇工作溫度：-10-+70℃ 

它的電性能指標(biāo)與國(guó)外產(chǎn)品完全一致，而我公司對(duì)于產(chǎn)品的內(nèi)部控制的某些指標(biāo)大大高于以上數(shù)值，這些都是絕緣法蘭遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能相比的。 

我們對(duì)絕緣接頭的抗彎曲能力做了專門的測(cè)試，在懸臂狀態(tài)下施加22.KN左右的力，內(nèi)部塑料件完好無損，更無泄漏。 

五.整體式絕緣接頭的發(fā)展趨勢(shì) 

從DAEBON KIYON （韓國(guó)）公司的“DKV”型式以及RMA公司（德國(guó)）的“IK”、“ET” 型式、NUOVA GIUNGAS公司（意大利）1975年到1995年最新型式的整體式絕緣接頭的發(fā)展過程來看，市場(chǎng)對(duì)絕緣接頭正不斷提出各項(xiàng)要求。從大體上來說，絕緣接頭將朝著以下幾個(gè)方面發(fā)展： 

(1)隨著新科技、新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，新興材料將會(huì)不斷問世，采用性能指標(biāo)優(yōu)異，成本合理的新材料制作絕緣接頭的某些零部件，是提高絕緣接頭整體使用壽命的一個(gè)有效途徑。 

(2)隨著石油、燃?xì)庑袠I(yè)整體水平的不斷提高，對(duì)其配套設(shè)施的各項(xiàng)性能提出了更高的要求。為了不斷適應(yīng)各種地貌、地況和復(fù)雜的地理環(huán)境，需要對(duì)絕緣接頭的整體力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)定，如抗彎曲能力、整體拉伸強(qiáng)度等等，通過提高絕緣接頭的整體質(zhì)量水平，以適應(yīng)實(shí)際工作中惡劣的自然環(huán)境和工程技術(shù)要求。 

結(jié)束語(yǔ) 

目前，上海、杭州等城市樓棟、小區(qū)庭院管道的引入口已經(jīng)基本使用整體式絕緣接頭，替代了傳統(tǒng)的絕緣法蘭。從用戶的信息反饋來看，整體式絕緣接頭安裝、使用都很便捷，性能穩(wěn)定，是防電化學(xué)腐蝕的一種較好的管件。整體式絕緣接頭替代絕緣法蘭是一種發(fā)展趨勢(shì)，它將給管道維護(hù)、使用帶來諸多的便利。