DN1000大口徑引流器設備的研制

上海煤氣第一管線工程有限公司 賀 成

燃氣管道鑲接是燃氣施工中最重要的環(huán)節(jié)。鑲接施工時需切斷舊管道供氣，從而影響周邊居民及商戶用氣，且大口徑燃氣管道鑲接多處于城市主干道，基坑開挖會影響周邊交通。因此，燃氣管道的鑲接施工一般均有嚴格的時間控制。如何在最短時間內(nèi)完成停氣鑲接是燃氣施工企業(yè)需要解決的難題。

目前正在研制的大口徑引流器設備具有阻斷氣體、放散等功能，融合代替了傳統(tǒng)鑲接工藝中塞阻氣袋，安裝放散管，砌筑磚墻等流程，可以有效提高施工效率和減少安全隱患。本文分別介紹了公司正在研制開發(fā)的DN1000大口徑引流器的結(jié)構(gòu)特性、技術效益和社會效益。

1 DN1000大口徑引流器的結(jié)構(gòu)特性

1.1 DN1000大口徑引流器主體結(jié)構(gòu)

DN1000大口徑引流器設備的主體結(jié)構(gòu)由壓盤、橡膠密封圈、操作把手、絲口閥門、放散管、吊環(huán)和滾輪組成，如圖1所示。

圖1 DN1000大口徑引流器主體結(jié)構(gòu)示意

主體結(jié)構(gòu)通過壓盤的中心桿將2塊壓盤、操作把手、絲口閥門和放散管分別以螺紋連接固定，橡膠圈安裝在2塊壓盤中間的卡槽內(nèi)。通過擰動操作把手(即緊固螺母)將2塊壓盤靠近，擠壓卡槽內(nèi)的橡膠密封圈，使其膨脹并與管道內(nèi)壁充分接觸，起到良好的密封作用，隔絕管道剩余氣體。安裝設備時關閉絲口閥門，待安裝固定后連接放散管，打開閥門放散余氣。由于大口徑引流器設備體積大，質(zhì)量重，需要在壓盤上焊接吊環(huán)和滾輪，便于安裝設備時使用吊車吊裝，滾輪同時能起到支撐設備的作用，防止橡膠圈受重力影響造成擠壓撕裂變形。

壓盤和橡膠圈是保障大口徑引流器密封性能的關鍵部件。壓盤承受的水平壓力較大，需要在內(nèi)部焊接數(shù)根鋼骨支撐以提高其抗壓強度。橡膠密封圈應具備一定的彈性和回彈性、適當?shù)臋C械強度，包括擴張強度、伸長率和抗撕裂強度等以保證設備的密封安全性能。

1.2 DN1000大口徑引流器構(gòu)件

1.2.1 壓盤

壓盤由合板和鐵箍組成，分左右兩片。其斷面厚而結(jié)實，凹形角略大于橡膠密封圈(90°)，使橡膠密封圈安放穩(wěn)定，并在受力時擠壓橡膠圈的底部，使其充分膨脹。壓盤主要受到緊固螺母水平向壓力以壓縮橡膠密封圈使其在擴張壓緊狀態(tài)下與燃氣管道內(nèi)壁充分接觸形成密封。合板外直徑規(guī)格為966 mm，鐵箍外直徑為936 mm，中心留有直徑100 mm放散孔用于連接螺桿、操作把手、螺紋閥門和放散管。其內(nèi)部均勻焊接24根鋼骨支撐以增加水平向抗壓力。

1.2.2 橡膠密封圈

橡膠密封圈是大口徑引流器阻斷氣體、保障動火鑲接安全的關鍵零件。其結(jié)構(gòu)型式設計與材料選取得合理與否在管道密封中是至關重要的。橡膠密封圈材料通常采用O型丁腈橡膠(NBR)密封圈。其具有較好的物理力學性能，包括耐磨性、彈性、扯斷強度及伸長率。這種適用于軸向作用的彈性橡膠密封圈，不僅成本低廉，而且適用于各類閥門管道密封，在規(guī)定的溫度、壓力以及不同的氣體、液體介質(zhì)中，于靜止狀態(tài)下都能起到良好的密封保護作用。其密封唇可補償一定的公差和角度偏差，密封性能優(yōu)秀。

1.2.3 放散裝置

放散裝置由螺桿、絲口閥門、90°彎頭及放散管組成。螺桿上裝有壓緊螺母及操作把手以轉(zhuǎn)動螺母壓緊合板使橡膠密封圈膨脹至管道內(nèi)壁。絲口閥門和放散管的口徑為DN100。放散管用DN100的90°彎頭從鑲接所用三通的待燒盲板端伸出以放散余氣。在設備安裝時保持絲口閥門處于關閉狀態(tài)，待引流器整體安裝完成后打開閥門放散余氣。

1.2.4 輔助裝置

輔助裝置由滾輪及吊環(huán)組成。主要作用為方便設備的安裝及拆卸過程。由于主體結(jié)構(gòu)材質(zhì)為鐵，自重較大，需要用鋼絲繩穿過吊環(huán)由吊車吊至安裝位置。滾輪間夾角為120°，與地面垂直線夾角為60°。滾輪能減少引流器安裝拆卸過程中與管道內(nèi)壁的摩擦，同時也能承受引流器的重力，保護密封圈在安裝拆卸過程中不會受力變形。

1.3 DN1000大口徑引流器阻氣密封性能

引流器對燃氣管道的密封性能主要依靠O型NBR密封圈。其不僅耐磨性較高、耐熱性較好，具有良好的氣密性，而且優(yōu)良的物理機械性和加工性能，非常適合用于O型場合。O型圈屬于擠壓密封，擠壓型密封結(jié)構(gòu)的基本特點依靠密封件發(fā)生彈性變形，在密封接觸面上造成接觸壓力，當最大接觸壓應力大于工作壓力時，則起到密封作用；反之，導致滲漏。為了保證密封圈的密封性能，O型圈的最大接觸應力需滿足xmax>0。式中xmax為O型橡膠密封圈在工作狀態(tài)下所受最大接觸應力，0為O型橡膠密封圈在不同工況下的工作壓力。

一般使用大口徑引流器時為停氣狀態(tài)，即使在有些情況下因調(diào)壓器閥門老化而使閥門無法完全關閉時，其工作壓力也不會超過0.005 MPa，因此只要保持一定的接觸應力就能保證O型密封圈的正常密封性能。

O型密封圈所受的接觸應力與壓縮量有關，壓縮量的大小直接影響密封性能和使用壽命。壓縮量太小則所受接觸應力小，密封效果不好；壓縮量太大會增大摩擦阻力和永久變形，使橡膠圈使用壽命縮短。密封設計中要合理控制好橡膠圈的壓縮量。一般以7%～30%的壓縮率為準，靜密封一般取較大的壓縮率值。因此，在使用大口徑引流器時，應注意擠壓壓盤的力度要適中，盡量保證橡膠圈與管道內(nèi)壁完全貼合，同時力度不宜過度而導致壓縮量過大破壞橡膠密封圈。

橡膠密封圈應保持合適的表面粗糙度或設有沿密封圈徑向連接的加固線以緩解管道失圓、接觸面凹凸不平或結(jié)疤等情況引起密封失效現(xiàn)象。但不是粗糙度越高越好，如果安裝面的粗糙度太高，平直度差，會出現(xiàn)棱凸，造成橡膠圈損傷，密封失效。一般靜密封表面粗糙度取Ra6.3 μm～Ra3.2 μm。

需注意的是DN1000大口徑引流器設備在日常存放時，應避免高溫和陽光直射，避免橡膠圈產(chǎn)生高溫老化及被空氣中臭氧侵蝕。安放時應保持水平放置，避免橡膠圈承受壓力導致永久變形而影響其密封性能及使用壽命。

2 DN1000大口徑引流器的技術和社會效益

2.1 技術效益

目前上海市北地區(qū)大口徑燃氣管道鑲接采用堵氣袋封堵，通過其內(nèi)部沖壓膨脹至管道內(nèi)壁阻斷燃氣泄漏，在管道上游設引流口，通過放散管將泄漏燃氣引出管道外。由于堵氣袋耐壓強度低，容易破裂，且密封性能不強，還需在焊接作業(yè)位置前端用磚塊砌筑成磚墻，保證焊接作業(yè)面和管道內(nèi)氣體完全隔絕。大口徑管道焊接作業(yè)一般用時較長，磚墻干燥后容易產(chǎn)生小孔和裂縫引起漏氣，形成安全隱患。同時，砌筑磚墻等操作較為繁瑣，操作過程中也不能保證沒有燃氣存在，長時間施工容易給施工人員的身體健康帶來危害，施工完畢后也很難將管道內(nèi)的磚墻清理干凈。DN1000大口徑引流器設備集隔絕氣體、打孔放散等效果于一體，操作簡便快捷，密封效果好，避免在原有管道上開孔導致的管道強度降低，顯著提高了大口徑管道鑲接作業(yè)的安全性，在技術上具有較好的操作可行性。

2.2 社會效益

大口徑燃氣管道鑲接多處于城市主干道，繁忙的城市交通限制了鑲接施工時間，同時周邊居民商戶較多，長時間停氣也會造成不良社會影響。大口徑引流器設備安裝拆卸方便、快捷，相比于現(xiàn)在使用的堵氣袋封堵、砌筑磚墻施工流程，使用大口徑引流器設備能為現(xiàn)場施工人員節(jié)省近1 h的鑲接時間，且有效降低勞動強度、減少人力物力的投入、控制人工成本和材料成本、提高鑲接效率。同時，大口徑引流器設備制作成本低廉，能重復使用，具有極高的推廣價值。其社會效益明顯。

3 結(jié)語

DN1000大口徑引流器設備的研究開發(fā)能廣泛運用在大口徑燃氣管道鑲接工藝中，功能上能代替普通阻氣袋和砌筑磚墻效果，密封性能強，可以有效隔絕舊燃氣管道內(nèi)的剩余氣體，同時擁有放散功能，可以防止施工作業(yè)人員燃氣中毒事故，減少動火作業(yè)的燃燒爆炸安全隱患。其操作方便簡單，能極大的縮短鑲接時間，提高鑲接效率，能為業(yè)主和施工企業(yè)帶來良好的社會和經(jīng)濟效益。