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時間:2019-09-18

壓力表在油氣行業的應用十分廣泛, 能有效測量管道內流體的壓力, 保障管道輸送的安全性和可控性。壓力表的安裝要求牢固且密封良好, 不能存在泄漏現象, 特別是對於天然氣這種易燃易爆的介質。而在輸氣站安裝壓力表時發現, 螺紋的旋入程度和表盤的最終朝向是不盡相同的, 這表明壓力表與接頭的螺紋配合是有差異的。若螺紋旋入程度低則密封不足, 若使用扳手強行旋入過多則易損壞接頭。對此, 有必要分析壓力表安裝差異的原因, 找到螺紋連接的配合規律, 結合相應的密封方式來保障壓力表的安裝效果。

1 壓力表安裝差異

輸氣站在安裝壓力表時, 為保護管道焊接式接頭, 常附加二閥組或轉換接頭來連接壓力表。而壓力表的安裝程度並不完全一致, 無論是旋入到接頭的圈數還是表盤的最終朝向都有所差異。將同一塊壓力表分別與二閥組、轉換接頭進行手動連接, 擰緊後的效果如圖1所示。

圖1 壓力表與不同附件的連接情況

圖1 壓力表與不同附件的連接情況   下載原圖

 

從圖1中可以看出, 壓力表與不同接頭連接時, 旋入程度和朝向是有明顯差別的。壓力表與接頭是通過螺紋旋合連接的, 即螺紋之間的配合有差異, 這種差異可能來自螺紋的加工精度或螺紋標準的差異。

對輸氣站壓力表及其接頭的螺紋規格進行統計, 常用的螺紋規格如表1所示。

表1 壓力表及接頭的螺紋規格     下載原表

表1 壓力表及接頭的螺紋規格

2 管螺紋的分類

輸氣站使用的螺紋類型有英製、美製和公製3種, 這是按螺紋標準進行的分類。英製管螺紋為牙型角55°惠氏螺紋;美製管螺紋為60°布氏螺紋;公製管螺紋為60°的米製螺紋, 但僅在少數國家使用, 應用上有所限製。管螺紋的分類及代號, 如表2所示。

表2 管螺紋按螺紋標準分類     下載原表

表2 管螺紋按螺紋標準分類

管螺紋的主要功能是連接和密封。根據密封性可將管螺紋分為非密封管螺紋、一般密封管螺紋和幹密封管螺紋。非密封管螺紋不具備密封性, 一般為圓柱管螺紋, 這種螺紋連接時要在結合麵加入墊片, 通過壓緊墊片形成密封。密封管螺紋一般為錐管螺紋, 通過錐形結構和吻合的螺紋牙形來密封。幹密封管螺紋不需要借助任何填料就能完全密封, 而一般密封管螺紋需要在螺紋副內纏繞生料帶來保證密封效果。

3 管螺紋的連接

3.1 加工精度對螺紋連接的影響

管螺紋的加工多采用車削、銑削和滾壓方式, 車削和銑削是采用切除材料的方法加工, 滾壓是采用使材料塑性變形的方法加工, 生產效率更高且表麵粗糙度更小。加工方式和加工過程控製的不同, 可能會對螺紋的精度產生影響。將同一塊壓力表與三個同一規格類型的二閥組進行連接, 手動擰緊後的效果如圖2所示。

從圖2中可以看出, 壓力表與同一規格的二閥組連接時, 旋入程度是基本相同的, 但是表盤的最終朝向不同。這表明:加工精度對螺紋配合的影響有限的, 主要體現在表盤的最終朝向上, 而不會導致在旋入程度上有很大差異。

3.2 螺紋類型對螺紋連接的影響

管螺紋的配合形式有“錐/錐”配合、“柱/錐”配合和“柱/柱”配合。前兩種配合形式的螺紋在旋入過程中會越擰越緊, 在螺紋副形成有效的密封麵。而“柱/柱”配合形式可以使螺紋旋進到底, 在螺紋副處沒有密封點。需要指出的是, 對於14牙係列的英製管螺紋和美製管螺紋, 管徑是相近的, 能夠勉強破壞性連接, 即不同類型的螺紋可以混合使用, 而這種情況在現場操作中經常出現。

圖2 壓力表與同一規格的二閥組連接情況

圖2 壓力表與同一規格的二閥組連接情況   下載原圖

 

由表1可知, 常用的螺紋類型為N PT係列螺紋和G係列螺紋, M係列螺紋主要用於鍋爐水管等低壓管道上。工藝管道上的壓力表型號主要為Y-100, 這種尺寸壓力表及接頭的螺紋規格為G1/2"和1/2NPT。查閱管螺紋標準尺寸, G1/2"螺紋和1/2NPT螺紋在尺寸如表3所示。

表3 螺紋標準尺寸     下載原表

表3 螺紋標準尺寸

從表3中可以看出, G1/2"螺紋和1/2NPT螺紋在尺寸上相差很小。通過對不同螺紋進行連接對比, 來分析螺紋的配合差異。為便於分析, 選取兩組二閥組作為研究對象, 因為二閥組本體上標明了螺紋的類型及尺寸, 且兼具內螺紋和外螺紋, 可重複試驗。螺紋連接組合分為:

(1) G內螺紋+G外螺紋;

(2) NPT內螺紋+NPT外螺紋;

(3) G內螺紋+NPT外螺紋;

(4) NPT內螺紋+G外螺紋。

分別進行連接後, 螺紋之間的配合情況如圖3所示。

圖3 螺紋之間的連接效果

圖3 螺紋之間的連接效果   下載原圖

 

從圖3中可以看出:

(1) 兩個G螺紋 (G係列螺紋簡稱, 下同) 連接, 螺紋可以旋入至底, 配合度很高, 但旋入過程並非越擰越緊, 螺紋副不具備密封功能, 需要在結合麵加入墊片來密封。

(2) 兩個NPT螺紋 (NPT係列螺紋簡稱, 下同) 連接, 旋入程度較高, 且旋入過程越擰越緊, 螺紋副具有一定的密封性, 配合生料帶能有效密封。

(3) G內螺紋與NPT外螺紋連接, 旋入程度也較高。由表3可知, G螺紋的小徑和中徑都要略大於NPT螺紋, 僅大徑比NPT螺紋小, 即G螺紋要略大於NPT螺紋, 使得NPT螺紋也能旋入到很深的程度。

(4) 相比於其他組合, G外螺紋旋入到NPT內螺紋的圈數要低的多, 配合度較差。

上述分析表明:螺紋類型差異對螺紋配合的影響是較大的, 在旋入程度上有明顯差異。對於G螺紋的壓力表, 盡量選用G螺紋的接頭, 保證螺紋的連接功能與密封效果。對於NPT螺紋的壓力表, 接頭類型的適應性相對廣一些, 一般來說都能有較好的旋入程度。但是較好的旋入程度並不意味著較高的密封性, 為此還要對密封性進行分析。

4 壓力表的密封方式

輸氣站壓力表安裝的密封性對生產安全至關重要, 而螺紋之間的配合程度對密封效果有較大影響。同類螺紋進行連接, 配合度較高, 有利於密封。不同類的螺紋連接, 配合程度是有差異的, 而且由於牙型角不同, 旋緊時會將螺紋齒擠壓變形, 使得原本的麵密封變成線密封, 如圖4所示。

圖4 螺紋密封點從麵密封變為線密封

圖4 螺紋密封點從麵密封變為線密封   下載原圖

 

當密封性下降時, 現場一般會將壓力表擰更緊, 相比於同類螺紋的錐形受力麵, 不同類型的螺紋連接時的受力點為圓線, 導致外螺紋受力集中且不均勻, 受力過大易損壞螺紋, 例如轉換接頭的內螺紋端常出現裂縫。

輸氣站安裝壓力表時, 常用的兩種密封方法是纏繞生料帶和添加墊片。一般情況下, 對於錐形螺紋的壓力表采用纏繞生料帶的方式在螺紋副形成密封, 對於柱形螺紋的壓力表采用添加墊片的方式在結合麵處形成密封。

纏繞生料帶時要注意纏繞方向, 應與壓力表的旋入方向相反, 且在纏繞過程中要拉緊生料帶, 讓生料帶緊密貼在螺紋上。隨著螺紋旋緊, 生料帶能充分均勻地填充在螺紋齒與螺紋齒之間, 從而起到的密封效果。生料帶的纏繞以旋緊、不漏為準, 根據生料帶厚度的不同, 纏繞圈數在4~10圈不等。

墊片密封是將墊片置於結合麵處擠壓至變形, 使墊片兩麵均能與結合麵完全貼合, 從而形成密封。對於“柱/柱”配合的螺紋連接, 使用墊片能有較好的密封效果。若是“柱/錐”配合方式, 螺紋的配合度可能存在差異, 螺紋不能旋入很深的程度, 不能有效擠壓墊片, 從而導致墊片與結合麵之間存在空隙, 起不到良好的密封效果。對於此類情況, 建議同時使用纏繞生料帶和添加墊片的方式, 來保障壓力表安裝的密封效果。

5 結論與建議

壓力表安裝差異主要由螺紋類型不同所致, 同類螺紋連接有較好的配合度和密封性, 不同類型的螺紋連接在配合度上有差異且不利於密封。加工精度對螺紋配合影響較小, 主要體現在表盤的最終朝向上, 對配合度和密封性的影響很小。

錐形螺紋采用纏繞生料帶的方式密封, 柱形螺紋采用添加墊片的方式密封。“柱/錐”螺紋配合時建議同時采用纏繞生料帶和添加墊片的方式來加強密封。

壓力表及其接頭的螺紋類型, 應當在儀表台賬中備注清楚, 安裝壓力表時盡量使用同類螺紋的接頭, 減少不必要的安裝問題。


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