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管道密封的原理和方法

时间:2016-06-21 09:06 作者:admin

生料带一般是用于终端水暖管道的密封,这些管道相对来说比较小,而那些大型管道是如何密封的呢?

1.管道球阀密封原理及泄漏分析

1.1.管道球阀密封原理:
在G系列K型阀门上游,密封座圈正向受力面积A2大于反作用力面积A1,总的密封负荷为X1与加载弹簧的张力之和,在这个合力的作用下,密封紧紧贴合在球体上,从而达到无气泡泄漏的目的。
  在G系列K型阀门下游,如果阀体压力为P,密封座圈正向受力面积A4仍然大于反力受力面积A3,则密封负荷为X2与加载弹簧的张力之和。这说明,在下游侧,阀体压力高于管道压力时仍然可以使密封紧紧贴合在球体上,实现无泄漏密封。
1.2.球阀的泄漏原因分析及处理措施:
通过对不同厂家固定式管道球阀的结构原理分析研究,发现其密封原理都相同,均利用了“活塞效应”原理,只是密封结构不同。尽管原理相同,但产品质量各不相同。上述各厂家都是在国内外阀门制造行业中享有一定声誉,在相关市场中占有一席之地的阀门制造商。根据近几年各用户的反馈信息,进口阀门可靠性还是显著高于国产阀门(当然价格也昂贵),主要原因是各制造商对阀门零部件的选材不同,机械加工水平不同。
  阀门在应用中存在的问题主要表现为不同程度、不同形式的泄漏,根据密封结构原理和安装施工质量分析,造成阀门泄漏的原因有以下几个方面。
1.2.1.阀门安装施工质量是主要原因:
 在安装施工中不注意阀门密封面和密封座圈的保护,密封面受到磨损;安装完工后,对管道及阀腔吹扫不干净、不彻底,在操作中有焊渣或沙砾卡于球体与密封座圈之间,导致密封失败。出现这种情况,紧急时应在上游密封面及时注射适量的密封剂,缓解泄漏,但不能彻底解决问题,必要时应更换阀门密封面和密封座圈。
1.2.2.阀门机械加工、密封圈材质和装配质量原因:
阀门结构虽然简单,但它是一个对机械加工质量要求较高的产品,其加工质量直接影响密封性能。密封座圈与圈座的装配间隙和各个环面面积要经过精确计算,表面粗糙度要合适。另外,软密封圈材料的选取也非常重要,不仅要考虑耐腐蚀和耐磨性,还应考虑其弹性和刚度。如果太软会影响自洁能力,太硬则容易断裂。
1.2.3.根据应用场合和工况合理选型。
不同密封性能和密封结构的阀门使用场合不同,只有在不同的场合选用不同的阀门,才能获得理想的应用效果。以西气东输管道为例,应尽可能地选择具有双向密封功能的固定式管道球阀(强制密封的轨道球阀除外,因为其价格更贵)。这样,一旦上游密封损坏,下游密封仍可起作用。如果要求绝对可靠,应选择强制密封的轨道球阀。
1.2.4.不同密封结构的阀门,应用不同的操作、维护和保养方法:
对于不存在泄漏的阀门,可以在每次操作前后或每6个月在阀杆和密封剂注射口少量地加注一些润滑脂,只有在已经发生泄漏或不能完全密封的情况下才注射适量的密封剂。因为密封剂的粘度很大,如果平常对未泄漏阀门也加注密封剂,就会影响球面自洁效果,往往适得其反,将一些小的沙砾等污物带入密封之间造成泄漏。对于具有双向密封功能的阀门,如果现场安全条件许可,应将阀腔中的压力泄放为零,有利于更好地保证密封。
2.聚乙烯管道衔接技术
2.1.概述:
聚乙烯管在输送燃气、给水时要求承受一定的压力,且要求至少50年的寿命,并且保证绝对的安全性,PE管道系统衔接技术的优劣,直接关系到管道的运行效果和使用寿命。因此对衔接技术的要求就非常严格。
2.2聚乙烯管道衔接技术的发展情况:
2.2.1.九十年代电熔衔接技术的发展主要体现在:
(1)管件的材质紧跟管材材质的发展,国际上已有多家电熔管件制造商开发生产PE100材料的管件。
(2)电熔管件的结构经过不断的发展,改进,走向成熟。具有宽的熔接区,较长的插入深度和冷却区。GeorgFisher公司1997年推出了它的模块化设计的电熔鞍形管件和过渡管件系统,实现了由一些基本元件在车间和施工现场组合成所需管件,减少库存,方便应用。
(3)电熔衔接设备已进入第三代(多功能),可以现场进行熔接质量控制,并且确保设备和安装的可追溯性。
(4)电熔管件的自动识别系统可使电能按照一定方式自动输与电熔管件,在九十年代后期,实现了标准化。有三种类型:数字识别系统,机电识别系统和自调节系统。目前大多数电熔管件采用的是数字识别系统,熔接参数以及其它信息以代码的形式记录在条形码、磁卡等数据载体上,熔接控制器从上述载体中读出参数后自动控制熔接。
(5)近年电熔管件成型技术最主要的进展是成型的自动化。
2.2.2.热熔衔接的发展:
热熔对接设备的发展方向是全自动化,不仅可消除人为因素,并且可实现可追溯性。英国燃气公司首先进行研制,主要是针对大口径管子,因为传统机器用于直径大于D315mm的管子时已出现问题。德国、英国、法国、美国、比利时等均已开发半自动化、全自动化设备。
对聚乙烯管道热熔对接工艺的研究一直在进行。目前一些主要国家(如英国、德国、比利时、芬兰等)聚乙烯管道热熔对接的工艺参数不尽相同,而且由于材料的不断发展,对工艺变化的要求也是必然的。采用比较广泛的熔接工艺是德国焊接协会(DVS)发布的。比利时根特大学对DVS的熔接工艺改变了两个参数:温度由215℃提高到225℃;加热压力降低了50%。并认为压力有进一步降低的可行性。瑞典排污塑料管质量委员会根据实际经验的研究认为,冷却时间应进一步延长,特别是对厚壁管材。1993年,英国水研究中心提出一种“双压”连接法用于壁厚大于20mm聚乙烯管的连接。该方法与通常的焊接程序的主要差别在熔接阶段的冷却压力降低。美国天然气研究所开发了用于连接和修理聚乙烯天然气输配管线的新方法。该方法使用了一个称为“SmartHeat”的自调、恒温加热的新技术。该技术具有能较好地控制温度,连接件和装配费用低的优点。
2.3.聚乙烯衔接方式:
PE管不能采用溶解性粘合剂与管件连接,它的最佳衔接方式是熔焊连接,焊接技术的发展经历了一定的过程,早期聚乙烯焊接方式有热熔对接连接、热熔承插连接和鞍形焊接。
由于热熔承插连接存在一定的缺点,通过对衔接技术的不断研究,近来发展了一种新的连接方式—电热熔连接。相应地,采用的施工机具是电热熔焊机和热熔对接焊机,焊接设备应符合ISO12176-1或ISO12176-2的要求。其次就是与金属管道连接时采用钢塑过渡接头连接。
2.4.聚乙烯管道熔接原理:
聚乙烯管道焊接原理是聚乙烯一般在190℃~240℃之间的范围内被熔化(不同原料牌号的熔化温度一般也不相同),此时若将管材(或管件)两熔化的部分充分接触,并施加适当的压力(电熔焊接的压力来源于焊接过程中聚乙烯自身的热膨胀),冷却后便可牢固地融为一体。由于是聚乙烯材料之间的本体熔接,因此接头处的强度与管材的本身的强度相同。
聚乙烯管道焊接原理是聚乙烯一般在190℃~240℃之间的范围内被熔化(不同原料牌号的熔化温度一般也不相同),此时若将管材(或管件)两熔化的部分充分接触,并施加适当的压力(电熔焊接的压力来源于焊接过程中聚乙烯自身的热膨胀),冷却后便可牢固地融为一体。由于是聚乙烯材料之间的本体熔接,因此接头处的强度与管材的本身的强度相同。 
2.5.连接注意事项: 
 PE管道连接时应注意如下事项: 
2.5.1.操作人员上岗前,应经过专门培训,经考试和技术评定合格后,方可上岗操作。 
2.5.2.管道连接前应对管材、管件进行外观检查,符合产品标准要求方可使用。 
2.5.3.在寒冷气候(-5℃以下)和大风环境下进行连接操作时,应采取保护措施或调整施工工艺。 
2.5.4.每次连接完成后,应进行外观质量检验,不符合要求的必须切开返工,返工后重新进行接头外观质量检查。 
2.6.PE管道衔接技术: 
2.6.1.热熔连接和电熔连接方式的优缺点比较如下:  
  (1)电熔连接: 
   1)需要有专用的电熔焊机。 
2)可用于不同牌号、材质的管材与管材、管材与管件连接。
3)适用于所有规格尺寸的管材。 
  4)设备投资低,维修费用低。 
5)连接操作简单易掌握。
6)不易受环境、人为因素影响。

   (2)热熔连接: 
    1)需要有专用的热熔焊机。 
   2)适用于同牌号、材质的管材与管材、管材与管件连接。性能相似,不同牌号、材质的管材与管材、管材与管件连接,需实验验证。
  3)一般适用于公称直径大于63mm的管材。  
   4)设备投资高。 
   5)操作人员需进行专门培训,具有一定的经验。
  6)连接费用低。
  7)易受环境、人为因素影响。
2.7.对接焊: 
  对接焊常用于较大直径管的连接,一般大于D63mm,将一定温度的加热板放在对好的两管或管件之间加热一定的时间,抽掉热板,将要焊的两端在一定压力下迅速对接在一起并保压一定时间冷却,即可形成一个强度高于管材本体强度的接口。选择的压力要使接触面处产生所要求的力,不管摩擦压力损失。当对接焊机带有液压源时,力通常被表示为施加的油缸压力。对于这样的机器,要提供一个专门的对照表,以给出实际的接触面处压力与压力计指示压力的关系。  
2.7.1.管道对接焊程序: 
  下面概述了在规定的对接焊周期和温度下,制作对接焊接头所必须的操作过程: 
  (1)尽可能减少拖动阻力,例如使用管材滚动。 
  (2)在对接焊机上夹紧管材或管件的插口端。 
  (3)清洁插口端。 
  (4)检查对接焊机是否与管材直径和规定的对接周期匹配。 
  (5)移动可动夹具,将管材端部靠在铣刀上刨平。靠近压力应满足以使铣刀两侧能产生稳定的薄片。当管材端面或管件端面平整并互相平行时,刨平工作就算完成了。 
  (6)降低压力,保持铣刀转动以避免管材和管件起毛刺,向后移动夹具并移走铣刀。 
  (7)使对接焊机上的管材或管件互相接触并检查对其情况。管材或管件的插口端应尽可能对齐,不超过连接程序中规定的最大偏移量即管材壁厚的10%,不足1mm的按1mm计。 
  (8)刨平后管材和管件端面之间的间隙应尽可能小,不应超过连接程序中规定的最大间隙,具体为: 
    1)dn<2250.3mm 
    2)225≤dn<4000.5mm 
    3)400≤dn1mm 
(9)测量由于对接焊机的摩擦损失和向前移动可动夹具的拖动阻力所产生的额外阻力,并将这个压力加到要求的对接焊压力上。 
  (10)如果有必要,清洁焊接表面和加热工具。加热工具上的聚乙烯残留物应用木质刮刀刮掉。 
  (11)检查加热工具焊接表面涂层是否完整并没有划伤。 
  (12)检查加热工具温度是否正确。
    (13)将加热工具放在管材端面之间,使对接焊机上的管材靠近加热工具并施加一定的压力(包括测量的额外压力),直到熔化翻边达到规定的宽度。 
  (14)降低压力,使管材端面和加热工具之间刚好保持接触。 
  (15)达到吸热时间后,向后移动对接焊机可动夹具并移走加热工具。快速检查加热后的管材端部,确定在移动加热工具过程中是否损伤熔融的端面,然后再次移动对接焊机可动夹具,使管材端面接触。这个松开和靠近的时间应在连接程序规定的最长时间之内。 
  (16)不用时,要把加热工具储存保护好。 
  (17)在整个对接过程和随后的冷却过程中,对接焊机应保持一定压力(应重视关注冷却过程,冷却好坏直接影响产品质量)。 
  (18)达到对接焊和冷却时间后,卸去对接焊机的压力,使压力为零。 
  (19)移动管材时,避免碰撞熔接处。 
    热熔焊时应特别注意卷边、压力和焊接时间的控制,严格按照规定的参数操作。合格的焊口应有两翻边,焊道翻边卷到管外圆周上,两翻边的形状、大小均匀一致,无气孔、鼓泡和裂纹,两翻边之间的缝隙的根部不低于所焊管子的表面。 
2.8.电熔熔接: 
  电熔焊接的关键是设计先进的电熔管件,其基本原理包括加热、利用焦耳效应、集成在管件内表面(焊接表面)的电阻线圈、引起线圈附近的材料熔化,从而使管材与管件熔接在一起。电熔管件一般包括套筒、鞍形、变径、等径三通、异径三通和弯头等。可用于与用不同类型聚乙烯材料和不同熔体流动速率材料制造的干线、支线管材或插口管件连接。 
2.8.1.温度: 
  对于环境温度的变化,只要这些变化在连续程序规定的范围内,不需采取特殊的预防措施就可以进行焊接操作,。如果有必要对输出到管件的电能进行一些调整,以适合极限环境温度的要求,应该使用适当的电熔设备。 
2.8.2.电熔焊接设备: 
  电熔焊机是利用电源(发电机或公共用电),为管件提供正确的焊接参数的,如果有必要,还要考虑环境温度。焊接参数是施加电压和/或电流及焊接时间。如果用发电机作为电源,它应能输出管件所需要的能量并考虑焊机和发电机的电的特性。发电机应具备适当的保护和安全装置,以符合有关标准的要求。在有些情况下,焊机和发电机可能要组合成一个整体。电熔焊接设备应符合ISO12176-2。焊接设备工况不好时,不可能有高质量的焊接接头。焊接设备的维护非常重要,应定期进行。 
2.8.3.电熔焊接程序: 
  下面概述了电熔焊接的操作过程: 
  (1)电熔管件应包装保护好,直到准备连接到管材或插口管件止为止。在开始焊接前,焊接面应干燥 
  (2)确保电熔管件与环境温度、管材或插口管件系列或SDR值是匹配的。
  (3)对于所有类型的电熔管件,都要使用复原和对正夹具,以减少管材不圆度、偏移和在连接与冷却阶段的移动。 
  (4)刮掉管材或插口管件外层焊接表面,以切除氧化的材料。用适当的工具,如手动或机械刮刀进行这一操作。推荐使用机械刮刀。应沿管材或插口管件端部的整个外圆周进行刮皮。当使用鞍形或鞍形三通时,至少要在焊接区域刮皮。刮皮深度大约0.2mm。 
  (5)承插电熔管件连接时,用塑料管材切刀或带切削导向装置的细齿锯切断管材,并使其端面垂直于管材轴线。用小刀切除内部边缘的毛刺。 
  (6)确保可以检查插入深度(例如标记插入深度)。将承口管件滑入插口端并正确定位。 
  (7)如果采用通套连接,将电熔套筒件完全推入到其中一个管材端部上,在两个管材端部被夹紧后,再将电熔套筒件往回推,这样两个管材端部都被管件套住。检查两个管材端部的插入深度。 
  (8)固定对正夹具或定位夹具,检查管材端部是否对正。 
  (9)打开管件护帽,接好焊机导线,按给定参数焊接。 
  (10)焊接完毕后,检查观察孔内物料是否顶出,焊缝处是否有物料挤出。合格的焊口应是在电熔焊过程中,无冒烟(着火)、过早停机现象,观察孔有物料顶出,焊缝处无物料挤出。 
2.9.钢塑连接: 
  PE管道在和钢管及阀门连接时采用钢塑过渡接头连接和钢塑法兰连接。对于小口径的PE燃气管(dn≤63),一般采用一体式钢塑过渡接头;对于大口径的PE燃气管(dn>63),一般采用钢塑法兰连接。目前大口径如dn315的一体式钢塑过渡接头我们公司已经成功开发生产。 
2.9.1.钢塑过渡接头: 
  (1)钢塑过渡接头PE管端与PE管道连接按热熔和电熔连接方法处理。 
  (2)钢塑过渡接头钢管端与金属管道连接应符合相应的钢管焊接、法兰连接以及机械连接的规定。 
 (3)钢塑过渡接头钢管端与钢管焊接时,应采取降温措施。 
2.9.2.钢塑法兰连接:
  (1)PE管端与相应的塑料法兰连接、热熔和电熔连接方式处理。
  (2)钢管端与金属法兰连接,应符合相应的钢管焊接、法兰连接以及机械连接的规定。
  (3)将金属法兰和塑料法兰活套形式连接。活套法兰片应防腐处理以提高使用寿命。
  连接技术的优劣是影响管道质量和使用寿命的重要因素之一,可靠先进的连接技术为聚乙烯管道的广泛应用提供了保障。所以很有必要了解和掌握PE管道连接的各种技术,以保证PE管道系统的安全性。充分发挥PE管道系统优越性。
3.消防给水管道的衔接技术
3.1.一般要求:
3.1.1.消火栓给水系统管道当采用内外壁热浸镀锌钢管时,不应采用焊接。系统管道采用内壁不防腐管道时,可焊接连接,但管道焊接应符合相关要求。自动喷水灭火系统(指报警阀后)管道不能采用焊接,应采用螺纹、沟槽式管接头或法兰连接。
3.1.2.消火栓给水系统管径>100mm的镀锌钢管,应采用法兰连接或沟槽连接。自动喷水灭火系统管径>100mm未明确不能使用螺纹连接,仅要求在管径≥100mm的管段上应在一定距离上配设法兰连接或沟槽连接点。
3.1.3.消火栓给水系统与自动喷水灭火系统管道,当采用法兰连接时推荐采用螺纹法兰,当采用焊接法兰时应进行二次镀锌。
3.1.4.任何管段需要改变管径时,应使用符合标准的异径管接头和管件。
3.1.5.有关消防管道连接方式及相关技术要求可参照《全国民用建筑工程设计技术措施-给水排水》中的有关规定。
3.2.沟槽式(卡箍)连接:
3.2.1.沟槽式连接件(管接头)和钢管沟槽深度应符合《沟槽式管接头》(CJJ/T156-2001)的规定。公称直径DN≤250mm的沟槽式管接头的最大工作压力为2.5MPa,公称直径DN≥300mm的沟槽式管接头的最大工作压力为1.6MPa。
3.2.2.有振动的场所和埋地管道应采用柔性接头,其它场所宜采用钢性接头,当采用钢性接头时,每隔4-5个钢性接头应设置一个柔性接头。
3.3.螺纹连接:
3.3.1.系统中管径<DN100的内外壁热镀锌钢管或内外壁热镀锌无缝钢管均可采用螺纹连接。当系统采用内外壁热镀锌钢管时,其管件可采用锻铸铁螺纹管件(GB3287-3289);当系统采用内外壁热镀锌无缝钢管时,其管件可采用锻钢螺纹管件(GB/T14626)。
3.3.2.钢管壁厚小于δ<Sch30(DN≥200mm)或壁厚小于δ<Sch40(DN<200mm),均不得使用螺纹连接件连接。
3.3.3.当管道采用55°锥管螺纹(Rc或R)时,螺纹接口可采用聚四氟带密封;当管道采用60°锥管螺纹(NPT)时,宜采用密封胶作为螺纹接口的密封;密封带应在阳螺纹上施加。
3.3.4.管径>DN50的管道不得使用螺纹活接头,在管道变径处应采用单体异径接头。
3.4.焊接或法兰接头:
    3.4.1.法兰类型根据连接形式可分为:平焊法兰、对焊法兰和螺纹法兰等。法兰选择必须符合钢制管法兰(GB9112-9131)、钢制对焊无缝管件(GB/T12459)、管法兰用聚四氟乙烯包覆垫片(GB/T13404)标准。
3.4.2.热浸镀锌钢管若采用法兰连接,应选用螺纹法兰。系统管道采用内壁不防腐管道时,可焊接连接。管道焊接应符合《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》(GB5036)。


不过用于家庭装修,水电方面的密封,生料带依然是最为合适的材料。

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