整體式絕緣接頭密封性能和強(qiáng)度研究
　　隨著國內(nèi)外長輸管線的快速發(fā)展，絕緣接頭廣泛應(yīng)用于油氣管線的陰極保護(hù)中。目前，絕緣接頭已基本取代了工程中存在諸多問題的絕緣法蘭，多種結(jié)構(gòu)類型的絕緣接頭成為油、氣、礦漿及蒸汽等介質(zhì)輸送管道的重要元件。較好的絕緣性能、密封性能和剛性是絕緣接頭結(jié)構(gòu)的基本要求，然而在實(shí)際工程中往往因廠家對其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理和成品試驗(yàn)未達(dá)標(biāo)，絕緣接頭出現(xiàn)了密封失效、絕緣性能失效和強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)等問題。根據(jù)SY/T0516—2008《絕緣接頭與絕緣法蘭技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定，成品絕緣法蘭應(yīng)進(jìn)行壓力試驗(yàn)、水壓加彎矩試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)。水壓加彎矩試驗(yàn)是檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的重要環(huán)節(jié)，加載彎矩值的大小，應(yīng)能在承受相同彎矩的相焊管線管段內(nèi)，產(chǎn)生不小于72%管材屈服強(qiáng)度的縱向應(yīng)力。在水壓加彎矩試驗(yàn)中，廠家往往通過絕緣接頭兩端支撐，在絕緣接頭上通過液壓系統(tǒng)施加垂直于軸線的一定液壓載荷，該載荷需針對不同管徑和試驗(yàn)管長。如結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形，則該絕緣接頭滿足實(shí)際工程中的強(qiáng)度要求。文中研究了絕緣接頭在水壓加彎矩試驗(yàn)中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和密封性能，對廠家在絕緣接頭的水壓加彎矩試驗(yàn)判斷有一定的指導(dǎo)意義。
　　接觸壓強(qiáng)與密封壓力差值是評價密封性能的重要標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)該差值大于0時均能形成密封，當(dāng)然，該差值越大，密封效果越好。矩形溝槽在密封壓力大于3MPa時，隨密封壓力增大，接觸壓強(qiáng)與密封壓力差值明顯較小，而單V形溝槽的該差值較大，并在壓力大于6MPa時趨于穩(wěn)定，對于密封壓力較大的絕緣結(jié)構(gòu)仍能有較好的密封效果。以下研究均針對單V形溝槽。
　　預(yù)壓縮量會影響結(jié)構(gòu)的密封效果，當(dāng)預(yù)壓縮量約為1mm，就能有較好的密封效果，過小可能造成密封效果不好；而過大則橡膠會產(chǎn)生較大變形，影響密封效果。
　　當(dāng)絕緣接頭承受內(nèi)壓并受到彎矩載荷時，絕緣接頭的絕緣墊片與套管會產(chǎn)生間隙(本模型不考慮橡膠被擠入到間隙中的情況)。當(dāng)間隙增大時，接觸壓強(qiáng)就會減少，但接觸壓強(qiáng)大于密封壓力，仍有較好密封效果，故單V形溝槽對于各種不同工況均有較好的密封效果。
　　絕緣結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)分析
　　整體式絕緣接頭結(jié)構(gòu)不連續(xù)，左、右套管間為絕緣材料，故有限模型中需建立接觸對，進(jìn)行接觸非線性分析，文中建立絕緣材料與鋼材(左導(dǎo)管、右導(dǎo)管、勾套)間共8個接觸對，還建立了導(dǎo)管與勾套的接觸對。整體式絕緣接頭網(wǎng)格，網(wǎng)格多采用掃略六邊形網(wǎng)格，網(wǎng)格類型為C3D8R，在絕緣接頭處(特別是接觸面)網(wǎng)格比較細(xì)致，主管上網(wǎng)格相對疏松，這樣既保證了計(jì)算的精確性，又節(jié)約了計(jì)算時間。
　　水壓試驗(yàn)中，絕緣接頭和主管道承受15MPa的內(nèi)壓，內(nèi)壓會引起較大的環(huán)向應(yīng)力，同時管道軸向也會承受約76MPa的拉應(yīng)力作用。可以看出，水壓試驗(yàn)中絕緣接頭的左、右導(dǎo)管和勾套的應(yīng)力值并未出現(xiàn)較主管上大的應(yīng)力，相反絕緣接頭上最大應(yīng)力小于主管應(yīng)力，然而由于結(jié)構(gòu)的非連續(xù)性出現(xiàn)較大應(yīng)力，在絕緣接頭和主管線相接處往往是絕緣接頭環(huán)焊縫處，應(yīng)注意該處的補(bǔ)強(qiáng)措施。另外，在水壓試驗(yàn)中并未出現(xiàn)鋼材的屈服現(xiàn)象。在實(shí)際工程中，絕緣接頭受到外力彎矩的作用，是最易造成絕緣接頭泄漏的工況。故絕緣接頭在出廠前均要進(jìn)行水壓加彎矩試驗(yàn)，以檢驗(yàn)絕緣接頭的結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。根據(jù)SY/T0516—2008《絕緣接頭與絕緣法蘭技術(shù)規(guī)范》要求，須在水壓試驗(yàn)基礎(chǔ)上再進(jìn)行彎矩試驗(yàn)，且加載彎矩值的大小，應(yīng)能在承受相同彎矩的相焊管線管段內(nèi)，產(chǎn)生不小于72%管材屈服強(qiáng)度的縱向應(yīng)力。廠家常通過外力加載方式進(jìn)行試驗(yàn)，文中有限元分析也采用相同的加載方式。
　　河北拓海管道設(shè)備銷售有限公司（http://www.tuohaiguanye.com/）生產(chǎn)的高壓絕緣接頭，碳鋼絕緣接頭，絕緣接頭法蘭，絕緣接頭價格是專業(yè)的絕緣接頭廠家，絕緣接頭是同時具有埋地鋼質(zhì)管道要求的密封性能、強(qiáng)度性能和電防腐蝕所要求的絕緣性能的管道接頭的統(tǒng)稱。它包含組合件、絕緣板、填料、密封環(huán)、短管等。絕緣接頭是根據(jù)絕緣法蘭在使用中存在的問題進(jìn)行改進(jìn)的換代產(chǎn)品，是鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)系統(tǒng)中必不可少的重要壓力元件，廣泛應(yīng)用于鋼制管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)。