一、開頭語
絕緣接頭是在絕緣法蘭改進(jìn)的基礎(chǔ)上開發(fā)的管道 元件，其主要應(yīng)用于輸油輸氣管線，在長輸管線中起著 密封、防止發(fā)生電化學(xué)腐蝕、對管線起著很重要的保護(hù) 作用，就其結(jié)構(gòu)來看，主要由短節(jié)、鋼件法蘭、鋼件 固定環(huán)、密封件、絕緣板、絕緣套和填充絕緣材料等組 成，使之形成一個(gè)完整的密閉系統(tǒng)。從密封件的類型來 看，主要有：O形圈密封、U形圈密封及“O形+U形” 復(fù)合密封這三種密封結(jié)構(gòu)形式，雖然密封結(jié)構(gòu)不同，但 都有相同的密封原理。其密封原理為：密封環(huán)在承受外 界施加的預(yù)緊力的作用下，將產(chǎn)生彈性變形，達(dá)到所需 的密封力，保證管道內(nèi)介質(zhì)不外漏。 絕緣接頭是通過焊接與管道進(jìn)行連接的，大多使 用在埋地的工況中。隨著地質(zhì)情況、環(huán)境溫度和管線 應(yīng)力等各方面的外力和因素的影響，使得絕緣接頭承 受的荷載十分復(fù)雜，各種突變因素很多，所以很有必 要研究絕緣接頭的安全性問題，進(jìn)一步探索研究提高 絕緣接頭整體性能的可行性方案，為管網(wǎng)建設(shè)提供安 全保證。
外的異常和故障，當(dāng)確認(rèn)不是這些外因之后，再開始拆 解檢查疏水閥，且應(yīng)采用一定的修理順序，疏水閥故障 一般性檢查作業(yè)程序。

針對疏水閥三種“故障”發(fā)生的成因分析，在設(shè) 計(jì)、選型、安裝、保養(yǎng)維修以及故障發(fā)生時(shí)的故障檢查 與排除等方面給出全面解決方案的思路，為實(shí)現(xiàn)疏水閥 產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和安裝、使用、維護(hù)以及故障排查等方 面水平提高，推薦了若干有效的解決方案，為我國疏水 閥生產(chǎn)的技術(shù)進(jìn)步和疏水閥使用企業(yè)的科學(xué)使用有借鑒 作用。

二、絕緣接頭事件
2009年，澀寧蘭輸氣管道的9個(gè)絕緣接頭出現(xiàn)不同 程度的泄漏，如圖1所示，泄漏點(diǎn)出現(xiàn)在鋼件固定環(huán)與 絕緣套的間隙位置，究其原因，可能是絕緣接頭在經(jīng)過 長時(shí)間的運(yùn)行后，其密封件出現(xiàn)老化現(xiàn)象；絕緣接頭的 剛性不好，在承受外界荷載后，發(fā)生變形，導(dǎo)致介質(zhì)泄 漏。


2013年投產(chǎn)的中貴線、中緬線先后出現(xiàn)了多處滲 漏的絕緣接頭，泄漏位置如圖2所示，不難看出泄漏部 位仍在固定環(huán)與絕緣套的間隙位置。


三、絕緣接頭安全性
絕緣接頭大多使用在埋地、輸氣管道，若其出現(xiàn) 泄漏，相關(guān)部門會緊急組織人員進(jìn)行堵漏或用氮?dú)鈱⒐?線內(nèi)的氣體進(jìn)行置換，進(jìn)而將事故絕緣接頭切除下來， 再加工焊接坡口，重新焊接合格的絕緣接頭，投資的人 力、物力及資金很大，給國家造成很大的損失，甚至危 及到人身安全。
1.、強(qiáng)度、剛度問題 與工業(yè)閥門不同，絕緣接頭大多使用在埋地輸油 輸氣管道，會受到地質(zhì)環(huán)境和管線應(yīng)力的影響，其所受 到外界荷載是復(fù)雜多變的，所以在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，要慎重考慮絕緣接頭的強(qiáng)度及剛度問題，即既要滿足強(qiáng)度要 求，又要滿足剛度邊界條件。 查閱我國壓力容器通用標(biāo)準(zhǔn)《GB150.3－2011壓力 容器 第3部分：設(shè)計(jì)》，可以將絕緣接頭設(shè)計(jì)計(jì)算簡化 為整體法蘭模型和卡箍模型。比如，用整體法蘭計(jì)算模 型來講，在滿足軸向應(yīng)力σ H≤1.5[σ] t f ，徑向應(yīng)力 σ R≤[σ] t f ，切向應(yīng)力σ T≤[σ] t f ，但同時(shí)還需滿足剛 性指數(shù)J≤1，所以在計(jì)算中，必須考慮同時(shí)考慮強(qiáng)度和 剛性的問題。 （1）解決方案一：建立分析模型 借助于ANSYS 有限元分析軟件，模擬絕緣接頭在承受內(nèi)壓和外界荷載 的復(fù)雜受力狀況下，然后建立單元進(jìn)行分析，有限元計(jì) 算模型示意、網(wǎng)格劃分分別如圖3、圖4所示。



分析時(shí)，不僅僅要分析鋼件零部件，還應(yīng)分析非 金屬件（絕緣件）在復(fù)雜受力狀況下的應(yīng)力分布，這樣 大大降低了設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)榻^緣接頭中的絕緣件屬于脆 性非金屬材料，當(dāng)絕緣接頭在承受復(fù)雜荷載的情況下， 極有可能發(fā)生碎裂，引起嚴(yán)重的質(zhì)量事故。

2、解決方案二：產(chǎn)品試驗(yàn)驗(yàn)證法 按SY/T0516 的規(guī)定，對同種規(guī)格產(chǎn)品抽檢5%但不少于1個(gè)，進(jìn)行 1.5倍設(shè)計(jì)壓力的水壓+彎矩試驗(yàn)。此試驗(yàn)在專用加載試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，在產(chǎn)品承受液體內(nèi)壓的情況下，對絕緣中 部加載集中載荷至所需的數(shù)值，檢驗(yàn)絕緣接頭的密封性 和剛性。 為了更加準(zhǔn)確地反映絕緣接頭在承受內(nèi)壓及外部 加載復(fù)合載荷下真實(shí)的應(yīng)力情況，可采用電測應(yīng)力法進(jìn) 行測定，在電測過程中需要采用應(yīng)變片及相應(yīng)的應(yīng)變測 試系統(tǒng)。應(yīng)變測量主要利用金屬電阻應(yīng)變片的電阻應(yīng) 變效應(yīng)對受力原件進(jìn)行應(yīng)變的測量。其原理是：貼附在 基體材料上的應(yīng)變片當(dāng)基體受力產(chǎn)生應(yīng)力變形時(shí)，集 成在應(yīng)變片上的金屬導(dǎo)體也一起產(chǎn)生變形，導(dǎo)致應(yīng)變片 的阻值產(chǎn)生相應(yīng)的改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生 變化。但一般這種阻值變化不是太大，要通過應(yīng)變電橋 將其放大，再通過處理器處理將應(yīng)變結(jié)果顯示出來，完 成應(yīng)變測量。試驗(yàn)過程中推薦優(yōu)先選用三軸45°應(yīng)變花 （見圖5），它能夠?qū)崿F(xiàn)多向測量，即同時(shí)測量軸線、 徑向、45°三個(gè)方向的測量，所以測試結(jié)果更加準(zhǔn)確； 此外，三軸45°應(yīng)變花是由三個(gè)單向應(yīng)變片集成而成， 這樣粘貼方便，檢測簡捷。


可以在絕緣接頭上選取幾關(guān)鍵危險(xiǎn)截面，以這些 危險(xiǎn)截面來布置應(yīng)變花完成應(yīng)變測試，采用應(yīng)變測試系 統(tǒng)來完成此試驗(yàn)，獲取應(yīng)變值，再由所測試到的應(yīng)變 值，通過數(shù)據(jù)計(jì)算及處理，得到最終主應(yīng)力及主偏角， 絕緣接頭電測應(yīng)力測試如圖6所示。 2.密封問題 絕緣接頭內(nèi)部有密封環(huán)，密封環(huán)在承受外界施加 的預(yù)緊力的作用下，將產(chǎn)生彈性變形，達(dá)到所需的密封 力，保證管道內(nèi)介質(zhì)不外漏，這也就是絕緣接頭的密封 原理。所以密封件應(yīng)在介質(zhì)中應(yīng)有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性和 耐蝕性，同時(shí)具有一定的強(qiáng)度和回彈性。若絕緣接頭發(fā) 生泄漏，會給國家造成巨大的損失，甚至?xí)l(fā)生人員傷亡事故，所以絕緣接頭的密封性能是至關(guān)重要的。

（1）解決方案一 嚴(yán)格控制密封材料、密封元件 質(zhì)量 密封環(huán)一般是氟橡膠制品，經(jīng)過模壓然后經(jīng)過硫 化處理而成。而氟橡膠在硫化處理過程中會出現(xiàn)氣包、 開裂等缺陷，若缺陷出現(xiàn)在內(nèi)部，肉眼無法識別，只能 借助于可成像的探傷儀進(jìn)行檢測。所以，就要控制硫化 溫度、時(shí)間等關(guān)鍵因素。

（2）解決方案二 控制裝配預(yù)緊力 根據(jù)前面所 述的絕緣接頭密封原理 “密封環(huán)在承受外界施加的預(yù) 緊力的作用下，將產(chǎn)生彈性變形，達(dá)到所需的密封力， 保證管道內(nèi)介質(zhì)不外漏”，可以看出：安裝過程中提供 的預(yù)緊力對絕緣接頭的密封性有這重要的影響。若預(yù)緊 力過小，會達(dá)不到所需的密封力；若預(yù)緊力過大，一方 面，持續(xù)過大的預(yù)緊力會使密封件喪失部分的彈性，在 管線長安裝使用一段時(shí)間后可能會產(chǎn)生泄漏。

電絕緣性屬于絕緣接頭重要的性能指標(biāo)，電絕緣 性包括絕緣電阻測試（見圖7）、電絕緣強(qiáng)度測試（見 圖8）、浸入電解液后的絕緣電阻測試等項(xiàng)目。


解決方案：試驗(yàn)測試法。產(chǎn)品完成密封試驗(yàn)后， 應(yīng)采用檢測設(shè)備，對絕緣接頭完成絕緣電阻測試，且 應(yīng)逐臺測試。測試合格后，在絕緣接頭兩端加頻率為 50Hz的正弦波交流電，在所規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，不應(yīng)出現(xiàn) 表面電弧和絕緣損壞。 對于用在輸油管線的絕緣接頭，在出廠前按同規(guī) 格的5%，且不少于1臺，需進(jìn)行浸入電解液后的絕緣電 阻測試，且之后還應(yīng)進(jìn)行電絕緣強(qiáng)度合格性的驗(yàn)證。

4.壽命問題 絕緣接頭用于管線的陰極保護(hù)，延長管線的使用 壽命，所以，絕緣接頭的使用壽命應(yīng)該長于輸油輸氣管線。要延長絕緣接頭的使用壽命，應(yīng)從制造過程控制、 試驗(yàn)檢驗(yàn)和產(chǎn)品在管線上的安裝等各個(gè)方面進(jìn)行規(guī)范和 要求。

（1）解決方案一 制造過程質(zhì)量控制 絕緣接頭 在制造單位，應(yīng)從原材料的檢驗(yàn)及試驗(yàn)、焊接試驗(yàn)及焊 接工藝評定、零件的機(jī)械加工、焊接、焊縫無損檢測、 焊后熱處理、產(chǎn)品的組裝和整機(jī)性能試驗(yàn)及檢驗(yàn)等各個(gè) 環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的控制，規(guī)范產(chǎn)品制造過程，提高制造水 平。

（2）解決方案二 管線安裝控制 絕緣接頭不應(yīng) 安裝在常年積水或管線走向低洼處，更不能安裝在彎頭 管線的附近；安裝位置應(yīng)便于檢驗(yàn)和維修；絕緣接頭 與管線之間應(yīng)有不小于6倍的公稱直徑且最小為3m的距 離，安全起見，還應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算；絕緣接頭與管線進(jìn) 行焊接時(shí)，應(yīng)有相應(yīng)的焊接工藝評定的驗(yàn)證、焊接工藝 規(guī)程的指導(dǎo)，焊接工藝參數(shù)符合要求，焊接前，應(yīng)與管道對齊，不應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)力組對，保證焊接處能自由伸縮； 焊接過程中應(yīng)控制溫度不超過120℃，需要時(shí)，采用降 溫措施，其目的是保護(hù)絕緣接頭內(nèi)件不被燒壞，延長產(chǎn) 品的使用壽命。 四、結(jié)語 闡述了絕緣接頭在制造、出廠試驗(yàn)、安裝和使用 中常出現(xiàn)的問題，也提供了一些解決方案及建議，在以 下情況下，絕緣接頭需進(jìn)行內(nèi)壓+承載力的載荷試驗(yàn)： 1）對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)或改進(jìn)算法時(shí)，需驗(yàn)證產(chǎn) 品的強(qiáng)度及剛性。 2）更換低強(qiáng)度等級的材料時(shí)，需試驗(yàn)驗(yàn)證。 3）使用于重要管線項(xiàng)目產(chǎn)品，需按比例要求甚至 全部規(guī)格數(shù)量，進(jìn)行復(fù)合載荷的承載試驗(yàn)。 4）用戶明確提出需進(jìn)行抽檢試驗(yàn)的。