卡箍連接在泡沫管道安裝中的應(yīng)用

代淵雄，陳俊峰，于海洋，郝 華，張華杰

1.遼河油田建設(shè)有限公司，遼寧盤(pán)錦 124012

2.昆侖能源（遼寧）有限公司，遼寧盤(pán)錦 124010

卡箍連接以其在管網(wǎng)安裝中綜合效益高于法蘭連接等優(yōu)點(diǎn)，在建筑行業(yè)的消防管道上廣泛應(yīng)用，但在石油工程建設(shè)中，應(yīng)用還不是很廣泛[1-2]。2018年9月，中燃油公司黃島油庫(kù)10車(chē)位鶴管裝車(chē)棧橋安裝消防泡沫液自動(dòng)噴淋系統(tǒng)，主管道為D114.3mm×4mm鍍鋅管，要求采用卡箍進(jìn)行連接；噴淋支管為D25 mm鍍鋅管，螺紋連接，工作壓力0.6 MPa，按GB50261—2005《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)施工驗(yàn)收規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收。為此，施工單位作了一系列的準(zhǔn)備工作，查閱有關(guān)資料，對(duì)施工人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，按規(guī)范采購(gòu)管件，嚴(yán)格施工工序，成功將溝槽卡箍連接技術(shù)推廣應(yīng)用于油庫(kù)消防管道的安裝中。

1 施工前準(zhǔn)備

該油庫(kù)10車(chē)位鶴管裝車(chē)棧橋安裝的消防泡沫液自動(dòng)噴淋系統(tǒng)見(jiàn)圖1。根據(jù)圖紙計(jì)算和實(shí)際測(cè)量，管道長(zhǎng)59.86 m，考慮管段的高利用率和管道安裝接頭數(shù)量要控制在最少，按鍍鋅管6 m的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度，采購(gòu)了12根共72 m的D114.3 mm×4 mm的Q235B鍍鋅管。要求鋼管內(nèi)外鍍鋅均勻、無(wú)銹蝕、正規(guī)廠家生產(chǎn)、有合格證書(shū)。管件有：溝槽彎頭5個(gè)（其中1個(gè)變堵絲）、溝槽正三通1個(gè)（變堵絲排汽閥）、三通變絲扣噴淋9個(gè)、鑄鐵卡箍33套（每套含2片卡箍、1個(gè)密封圈、2個(gè)螺栓、2個(gè)螺母）。管件按標(biāo)準(zhǔn)選購(gòu)，其內(nèi)外表面應(yīng)防腐處理，檢查其橢圓度以及耐高溫、耐高壓、耐腐蝕性能，溝槽尺寸應(yīng)合乎規(guī)范要求。

2 卡箍連接的結(jié)構(gòu)和密封原理

卡箍連接的結(jié)構(gòu)如圖2所示。對(duì)壓制有溝槽的A管和B管組成的接頭，用2片特制的卡箍、2根螺栓及1個(gè)C型橡膠圈進(jìn)行連接，構(gòu)成了由1個(gè)卡箍連接的連接接頭。其密封原理是：當(dāng)管道中的水進(jìn)入橡膠圈后，水壓使橡膠圈緊貼在卡箍腔內(nèi)，以此保證密封。而且在橡膠圈的工作壓力之內(nèi)，水壓越高，密封性越好；另外，橡膠圈和管道形成一個(gè)空腔，螺栓擰緊后，橡膠圈被再次擠壓，加強(qiáng)了密封效果[3]。

圖1 棧橋自動(dòng)噴淋系統(tǒng)

圖2 卡箍連接的結(jié)構(gòu)

3 管道溝槽加工

3.1 下料與切割

（1）砂輪切割機(jī)固定。為了切割質(zhì)量達(dá)標(biāo)，防止因砂輪機(jī)振動(dòng)位移而導(dǎo)致切割誤差，可以做一個(gè)模具。先把砂輪機(jī)剛性固定在鋼制平臺(tái)上，而后將一根與砂輪片處于垂直位置的工字鋼與平臺(tái)焊接牢固（工字鋼的上翅板面與砂輪機(jī)管托面位于同一水平面），再把長(zhǎng)6 m的D114.3 mm×4 mm的鍍鋅管放置在工字鋼上，使管道的中軸線(xiàn)與砂輪片垂直且處于切割機(jī)夾口中央，最后用100 mm長(zhǎng)度的角鐵，在鋼管兩側(cè)以每隔500 mm的間距焊接一處進(jìn)行固定。這樣，保證了鋼管端面與中軸線(xiàn)的垂直，從源頭上保證了管道的切割質(zhì)量，見(jiàn)圖3。

圖3 切割模具示意

（2）下料切割。為了節(jié)省材料，下料切割的原則是：先下長(zhǎng)管再下短管，中短管則在最佳組合的情況下下料切割。

3.2 管道溝槽加工

（1）加工平臺(tái)的制作。為了防止電機(jī)振動(dòng)對(duì)壓槽質(zhì)量產(chǎn)生影響，用水平儀抄平，把管道壓槽機(jī)（見(jiàn)圖4）剛性固定在鋼制平臺(tái)上（或2根工字鋼或2根槽鋼上，2根焊接成一體），長(zhǎng)度不小于6 m。根據(jù)下料的長(zhǎng)度，把壓槽機(jī)尾架（見(jiàn)圖5）置于平臺(tái)或型鋼上，再把鋼管內(nèi)側(cè)放進(jìn)壓槽機(jī)下輪上，另一端則放在尾架上。用直尺確定好管道與滾輪擋板相互垂直，水平儀抄平管道后，焊接固定尾架。并在鋼管端部的平臺(tái)或型鋼上，焊接一個(gè)帶正方形鋼板（邊長(zhǎng)等于150 mm）的三角架，鋼板中心與鋼管中軸線(xiàn)等高，鋼板面與管端緊貼。為了減少磨損，在三角架與鋼板之間焊接一軸承，可達(dá)更佳效果。因不是批量生產(chǎn)，故沒(méi)有必要制作更為理想的平臺(tái)，所以每壓制一種長(zhǎng)度的鋼管，都要重復(fù)上述工序。

圖4 壓槽機(jī)

（2）軋制管道溝槽的規(guī)格。加工合格的管道溝槽是卡箍連接成敗的關(guān)鍵之一，軋制管道溝槽的規(guī)格見(jiàn)表1[4]。

表1 軋制溝槽的規(guī)格

（3）管道溝槽軋制。第一，將下好料的鋼管，置于按3.2中（1） 工序調(diào)整好的壓槽機(jī)和尾架上，使鋼管端面緊貼滾輪擋板，確認(rèn)鋼管中軸線(xiàn)與滾輪面垂直，且鋼管呈水平狀態(tài)。第二，擰緊千斤頂?shù)逆i定螺絲，緩慢壓下千斤頂，使壓槽機(jī)的上輪緊貼鋼管，然后啟動(dòng)壓槽機(jī)，使?jié)L輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周后，停止下壓，檢查管道斷面與滾輪機(jī)的擋板是否貼嚴(yán)，如果沒(méi)有貼嚴(yán)，可能是管道與滾輪機(jī)沒(méi)有同時(shí)處于水平位置，應(yīng)該調(diào)整平臺(tái)，直至鋼管斷面與滾輪機(jī)擋板貼嚴(yán)。如果已經(jīng)貼嚴(yán)，說(shuō)明平臺(tái)制作合適，鋼管與滾槽機(jī)的位置正確，這時(shí)可手握操作桿，上下來(lái)回扳動(dòng)，使千斤頂慢慢壓下，其幅度不宜過(guò)大，用力不可過(guò)猛，中幅、勻速操作，防止電機(jī)過(guò)載、對(duì)鍍鋅層的破壞及影響鋼管的壓槽質(zhì)量，直至上、下壓制滾輪都已貼嚴(yán)鋼管外壁和內(nèi)壁、鋼管無(wú)喇叭形狀、溝槽深度和寬度符合規(guī)范時(shí)為止。第三，軋制完畢，停止電機(jī)運(yùn)行，檢查溝槽的外觀，目測(cè)溝槽寬度和深度是否均勻一致，管端至溝槽邊是否平直和無(wú)喇叭口。合格后，再用游標(biāo)卡尺檢查溝槽的寬度和深度，確認(rèn)符合表1的規(guī)格要求后，將千斤頂?shù)逆i定螺絲松開(kāi)卸壓，取出鋼管。否則應(yīng)重新軋制，或重新下料和軋制。

4 管道安裝

4.1 卡箍連接安裝的特點(diǎn)

由于卡箍接頭存在兩個(gè)游離端，具有柔性特點(diǎn)，雖然具有抗振動(dòng)、抗熱脹冷縮能力，但其強(qiáng)度遠(yuǎn)低于焊接接頭，是管道最薄弱的環(huán)節(jié)，如果應(yīng)力過(guò)大，可能導(dǎo)致泄漏，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成接頭滑脫失效。為了減少管道自身和流體介質(zhì)重力對(duì)卡箍接頭的破壞作用，根據(jù)圖紙尺寸和管件的實(shí)際排列，可在每根管段兩端距離管端500 mm（以方便操作為宜）內(nèi)的位置焊接固定支架[5]，保證接頭穩(wěn)固。施工時(shí)為了減少在安裝中的難度，保證管道總體安裝質(zhì)量，經(jīng)優(yōu)選的安裝順序是：按照介質(zhì)的流向，先從連頭點(diǎn)向管道末端連續(xù)安裝主管道，再根據(jù)工人數(shù)量，分別安裝螺紋連接的泡沫噴淋支管道。

4.2 過(guò)渡管的焊接

連頭處為露出地面且垂直于地面的碳素鋼預(yù)留管，材質(zhì)為Q235B，規(guī)格為φ114.3 mm×5 mm。將材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti、規(guī)格為φ114.3 mm×4 mm、長(zhǎng)度為300 mm的不銹鋼管，一端加工成溝槽，另一端加工成30°焊縫坡口?？紤]管道的美觀和施工方便，把焊縫設(shè)置在地面以下100 mm處，按此尺寸割斷預(yù)留管，并打磨成30°坡口。用水平儀找正鋼管，按2.5 mm的間隙組對(duì)坡口，選擇A302×2.5 mm焊條、直流電源、反極性，按60～80 A的規(guī)范焊接。焊接完畢，待焊縫冷卻到環(huán)境溫度后，做除銹防腐處理。

4.3 卡箍連接的操作方法

（1）套密封圈。將鋼管置于支架上，為了提高效率，把經(jīng)過(guò)認(rèn)真檢查、無(wú)損傷的橡膠密封圈翻面（外圈在里，里圈在外）套在一根鋼管的端部（見(jiàn)圖6）。為方便操作，當(dāng)遇到管-管接頭且管道處于垂直位置時(shí)，密封圈可套在接頭上方的一根管的管端上；當(dāng)遇到管道處于水平位置時(shí)，密封圈則套在上游管道的端部；而當(dāng)遇到管-彎頭接頭和管-三通接頭時(shí)，就只能套在管道上了。

（2）調(diào)整密封圈。將另一根鋼管或彎頭、三通及其他連接管件，以同軸線(xiàn)方向向套好密封圈的管端靠攏，并按圖紙方向正確裝配。當(dāng)兩個(gè)管件端部靠攏（間隙2 mm[5]）后，為了使密封圈自由伸展無(wú)皺褶，在調(diào)整和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)要減輕密封圈與管壁之間的磨損，這可通過(guò)在兩管件端部涂抹肥皂液解決。然后用雙手翻正密封圈，上下左右活動(dòng)調(diào)整，直至密封圈處于兩溝槽邊緣正中（見(jiàn)圖7）。

圖6 翻套密封圈

圖7 密封圈翻正及居中

（3）卡箍安裝。當(dāng)密封圈調(diào)整好后，便可在密封圈的外圈安裝兩片卡箍。裝配時(shí)，為了美觀和操作方便，兩片卡箍在鋼管圓周的位置應(yīng)一致。管道處于水平位置時(shí)，最好按上下兩片安裝（見(jiàn)圖8）。這樣，緊固螺絲時(shí)在管道兩側(cè)操作，既方便又省力。如果按左右兩片安裝，緊固螺絲一個(gè)在上，一個(gè)在下，雖然上面一個(gè)操作方便，但下面一個(gè)操作起來(lái)既吃力又困難。管道處于垂直位置時(shí)，可按東西南北或里外左右安裝。每片卡箍的兩端分別是凹凸邊，安裝時(shí)兩片卡箍?jī)啥藨?yīng)該凹凸吻合，即把一片卡箍的凸邊送進(jìn)另一片卡箍的凹槽內(nèi)，然后用力壓緊兩片卡箍耳部，并使兩邊穿螺栓的間隙一致，再在螺孔位置穿螺栓，擰上螺母。當(dāng)螺母用手?jǐn)Q不動(dòng)時(shí)，再用扳手?jǐn)Q至感覺(jué)螺栓稍許緊固，用橡木榔頭輕輕捶打兩片卡箍外表，使密封圈完全伸展無(wú)皺褶，確保其密封性，然后再緊固一次即可。緊固螺母時(shí)，最好由兩人用大致相同的力矩和速度對(duì)稱(chēng)操作。

圖8 卡箍水平安裝

5 密封性試驗(yàn)

安裝完畢，按設(shè)計(jì)要求對(duì)管道進(jìn)行密封性試驗(yàn)。首先，在主管道的首端和末端加裝量程稍大于試驗(yàn)值的壓力表，打開(kāi)最高點(diǎn)排氣閥，對(duì)所有管件進(jìn)行全面檢查，確認(rèn)達(dá)到試壓條件后，緩慢打開(kāi)水源閥門(mén)。當(dāng)管內(nèi)空氣完全排出且確認(rèn)充滿(mǎn)水時(shí)，加壓至0.1 MPa，檢查管道，若無(wú)滲漏，再次加壓至1.5 PN（PN為公稱(chēng)工作壓力），檢查管道，無(wú)滲漏，穩(wěn)壓30 min，無(wú)泄壓時(shí)，請(qǐng)質(zhì)檢人員驗(yàn)收，并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)拍照取證。最后泄壓排水。

6 結(jié)束語(yǔ)

卡箍連接技術(shù)的操作簡(jiǎn)單，使用快捷方便，雖然在管道建設(shè)初期投資較大，但長(zhǎng)期綜合經(jīng)濟(jì)效益較高，值得在石油消防管道安裝中推廣應(yīng)用。