鄭成 青卿 蘇杭

西安西北石油管道有限公司

 

摘要：在進(jìn)行油氣管道封堵施工時(shí)，多種封堵設備需要依靠螺栓連接，而目前常用的螺栓人工緊固方式存在一定弊端。為了解決上述問(wèn)題，設計了開(kāi)孔封堵專(zhuān)用液壓螺栓拉伸器并申請實(shí)用新型專(zhuān)利。詳細介紹了該設備的工作原理、液壓壓力計算方法、結構組成、螺栓上緊力測量，以及設備優(yōu)點(diǎn)，并提出了作業(yè)步驟和注意事項，以供相關(guān)單位施工時(shí)參考借鑒。

關(guān)鍵詞：油氣管道；開(kāi)孔封堵；螺栓拉伸器； 作業(yè)要點(diǎn)

 

管道開(kāi)孔封堵設備主要由機械三通、夾板閥、開(kāi)孔聯(lián)箱、封堵聯(lián)箱、開(kāi)孔機、封堵器組成，在組裝作業(yè)時(shí)上述設備均采用螺栓進(jìn)行緊固連接。目前主要采用的兩種螺栓緊固方式各存在一定弊端。一是扳手人力緊固方式通常需要4～5人同時(shí)作業(yè)，人力投入較大，且存在螺栓因受力不均勻導致重復作業(yè)或介質(zhì)泄漏等問(wèn)題；二是液壓扳手緊固方式在緊固時(shí)螺栓會(huì )受到較大扭剪力和側向力，對螺栓損傷大，同時(shí)螺母與法蘭的接觸面產(chǎn)生摩擦容易造成永久損傷�；�于螺栓拉伸技術(shù)設計出專(zhuān)用液壓螺栓拉伸器，用于油氣管道開(kāi)孔封堵螺栓緊固作業(yè)并已申請實(shí)用新型專(zhuān)利。

1  工作原理及液壓泵壓力計算

液壓螺栓拉伸器的主要工作原理為[1,2]：液壓泵輸出的高壓油經(jīng)高壓軟管輸送至一拖四轉換接頭，再通過(guò)高壓軟管將液壓油分別同時(shí)傳送至拉伸缸體中的液壓缸，在壓力作用下液壓缸中的活塞上移帶動(dòng)拉伸螺母向上移動(dòng)。拉伸螺母與工作螺栓螺紋連接，從而拉長(cháng)工作螺栓使工作螺母與開(kāi)孔封堵設備產(chǎn)生間隙，螺帽此時(shí)處于不受力狀態(tài)，然后通過(guò)撥環(huán)緊固工作螺母，最終輕松完成螺栓的預緊和緊固作業(yè)。根據多年封堵工作經(jīng)驗，開(kāi)孔聯(lián)箱試壓壓力一般選5 MPa，最大不超過(guò)6 MPa，此時(shí)螺栓緊固力處于1200 N～1450 N，最大不超過(guò)1650 N。根據下列公式即可計算出液壓泵的輸出壓力。螺栓最終預緊力P計算如下：

P ＝TF/A   （1）

其中： A＝1/4 π（d 22﹣d 21）

F ＝1.15+2/R2

R＝G/D

式中：P為液壓泵最終壓力表讀數，Pa；T為螺栓預緊力 (由設備廠(chǎng)家給定)，N；F為載荷損失系數；A為液壓作用面積，m2；d2，d1分別為活塞外徑與內徑，m；D為螺栓直徑，mm；G為螺栓有效拉伸長(cháng)度（不同螺栓連接方式的G值不同），mm。

由螺栓預緊力計算出主螺栓的預緊壓力值，據此可對螺栓進(jìn)行正確的預緊與拆卸。這種計算方法適用于M20～M110的螺栓拉伸器。

2  液壓螺栓拉伸器

2.1  設計要點(diǎn)

根據螺栓預緊力計算結果，提出螺栓拉伸器設計要點(diǎn)。

（1）適當增加單個(gè)液壓缸的作用面積，從而降低液壓泵的輸出壓力、提高安全系數及降低作業(yè)成本。

（2）在螺栓彈性變形允許情況下適當增加液壓缸行程，從而使螺栓達到更好的緊固效果。

（3）螺栓拉伸器采用一拖四結構，為預防壓力分布不均勻，在液壓泵選型時(shí)需留取1.2倍到1.3倍的計算液壓余量。

2.2  結構特點(diǎn)

螺栓拉伸器主要由液壓泵、高壓軟管、壓力表、一拖四轉換接頭和拉伸缸體組成。其中液壓泵為動(dòng)力源，壓力表反映泵的輸出壓力。高壓軟管連接液壓泵和拉伸缸體[3-5]。一拖四轉換接頭可將動(dòng)力源一分為四，將液壓泵壓力同時(shí)分別傳遞至四個(gè)拉伸缸體上，同時(shí)緊固四個(gè)螺栓達到受力均勻的目的。拉伸缸體是實(shí)現螺栓拉伸的執行元件，主要由拉伸螺母、連接螺母、液壓缸、活塞和撥環(huán)組成。螺栓拉伸器結構見(jiàn)圖 1，一拖四轉換接頭結構見(jiàn)圖 2。

圖 1 螺栓拉伸器結構示意圖

圖 2 一拖四轉換接頭結構示意圖

2.3  設備優(yōu)點(diǎn)

螺栓拉伸器較現有扳手或液壓扳手緊固方式具備較多優(yōu)點(diǎn)[6-9]。

（1）高效。多個(gè)螺栓同時(shí)被定值緊固和拆卸，布力均勻，只需2人且在15分鐘之內完成作業(yè)，安全、高效、快捷，是緊固和拆卸各種規格螺栓的較佳方式。

（2）精確。精確控制螺栓的拉伸力直接作用在螺栓螺紋上，避免螺栓摩擦和扭曲等問(wèn)題，且不會(huì )損傷法蘭面。

（3）安全�；钊�超行程時(shí)自動(dòng)泄壓，安全可靠。

（4）多樣化。根據不同工況應用條件和用戶(hù)要求，可專(zhuān)門(mén)設計特殊拉伸器。

2.4  螺栓上緊力測量

采用超聲波螺栓檢測儀檢測實(shí)際螺栓上緊力大小，驗證上緊油壓是否合適，判斷所用的載荷損失系數是否有效。此外，可對上緊后的螺栓用液壓拆松拉伸器，利用能否拆松螺栓的油壓粗略評估其實(shí)際上緊力是否合適。

3  作業(yè)步驟及注意事項

緊固或松開(kāi)螺栓步驟如下。

（1）將撥套套裝在被拉螺栓的螺母上。

（2）連接拉伸器活塞內螺紋與被拉伸螺栓頭部的外螺紋，用液壓泵向拉伸器液壓缸注油加壓，使活塞與液壓缸產(chǎn)生相對運動(dòng)，帶動(dòng)螺栓產(chǎn)生軸向拉伸，實(shí)現螺栓需要的拉伸量。

（3）螺栓受到拉伸，螺母與原接觸面脫開(kāi)后通過(guò)拉伸器下端開(kāi)口將撥桿插入撥套上的小孔內，撥動(dòng)撥套并帶動(dòng)螺母，即可實(shí)現拆裝螺栓。

（4）完成上述工作后，通過(guò)液壓泵對拉伸器泄壓，再退出活塞與螺栓連接。

注意事項如下。

（1）使用之前必須計算油壓，以免壓力過(guò)高超出螺栓承受能力，導致螺栓變形破壞。

（2）穩步均勻加壓，避免造成瞬時(shí)沖擊，影響預緊效果。

（3）分布預緊多個(gè)螺栓時(shí)，按照對稱(chēng)原則安排預緊次序，避免不同順序預緊的螺栓相互影響。

4  結束語(yǔ)

螺栓拉伸器在高壓、大口徑油氣管道開(kāi)孔封堵設備連接上具有操作簡(jiǎn)便、省時(shí)、節省人力的優(yōu)點(diǎn)，多次應用試驗表明緊固螺栓準確、可靠、安全。螺栓拉伸器可針對不同型號開(kāi)孔封堵設備設計對應的拉伸缸體，將預緊力公式模塊化處理，操作時(shí)只需輸入管道直徑及管道開(kāi)孔封堵壓力即可自動(dòng)生成對應的P值，使螺栓拉伸器操作變得更加簡(jiǎn)單、快捷。

 

參考文獻：

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作者簡(jiǎn)介：鄭成，1986年生，工程師，畢業(yè)于武漢理工大學(xué)油氣儲運工程專(zhuān)業(yè)，現從事油氣管道開(kāi)孔封堵與維搶修技術(shù)工作。聯(lián)系方式：13379513532， 466476877@qq.com。