機械壓力接頭在海洋石油平臺上的應用探討

郝敬雷，王玉偉，吳 蕾，王 峻，劉 琦

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 塘沽 300452）

隨著海洋工程領域的高速發展，海上油田、工程船舶、海底管道等領域的管道連接新技術逐漸的被應用［1］。海上管道主要用于石油、天然氣、高壓水、液體和氣體介質的輸送，由于傳統焊接連接技術工序多、效率低、耗能高、污染環境大等缺點且石油行業對施工防爆要求較高，所以管道非焊接連接方式應用越來越廣泛，越來越受到廣大工程技術人員的青睞。現階段非焊接管道連接方式主要有溝槽式管道連接技術、卡套式管道連接技術、擴口式管道連接技術、37°擴口式法蘭連接技術、90°擴口式法蘭連接技術、止推式法蘭連接技術、HAELOK機械壓力式管道連接技術等。溝槽式管道連接技術、卡套式管道連接技術、擴口式管道連接技術、37°擴口式法蘭連接技術、90°擴口式法蘭連接技術、止推式法蘭連接技術等屬于常用的非焊接管道連接技術，已被大家所熟悉和掌握［2］。本文主要針對由我公司進行二次創新的機械壓力接頭技術進行介紹。

1 法蘭和機械壓力接頭綜合比較

1.1 法蘭使用限制

在海洋石油平臺上，管道與法蘭連接處一般采用焊接連接。但在特定條件下，管道連接不允許使用焊接連接方式，例如部分管線進行防腐處理后，不能再次動火（鍍鋅管線、內涂塑管線等）；部分管線預制、安裝，特別是維修時，有空間限制。而機械壓力接頭的應用能很好的解決以上問題，在國外應用實例很多。

1.2 法蘭較機械壓力接頭的優點

在國內的海洋石油平臺上，傳統的法蘭連接方式得到大規模使用，而機械壓力接頭則很少使用，原因主要有以下幾個方面：

（1）由于法蘭連接被普遍運用，被標準化，節省設計流程。根據實際情況按標準選擇，而且產品規格型號標準化。而機械壓力接頭各種規格參數需要重新設計計算，相對于法蘭等成熟產品花費大。

（2）由于機械壓力接頭沒有標準化，并沒有大規模制造，從而造成該產品制造費用相對于法蘭較高。

（3）法蘭外形簡單，機械壓力接頭的形狀、制造精度相比法蘭要求高，加工制造也比法蘭復雜一些。

（4）法蘭使用范圍廣，使用和后期的維修經驗多，而機械壓力接頭因為應用較少，缺少使用和維護的經驗，一般不大容易被接受。

1.3 法蘭缺點

法蘭雖然優點很多，但也有其突出缺點：連接件太多，絕大部分法蘭需要焊接，焊接后需要報檢，有安裝和使用的空間限制，拆卸后必須更換墊片等［3］。法蘭雖然能滿足海洋平臺大部分管線連接的需要，但是對于鍍鋅管線、內涂塑管線、有空間限制的管線仍不適用。

1.4 機械壓力接頭優點

機械壓力接頭有以下幾大優點：

（1）施工工藝簡化

管道焊接連接方法，工序較多，效率低；機械壓力接頭不涉及焊接，更沒有對連接處進行無損檢驗，施工工人使用專用的液壓工具將管子端部插入到壓力接頭中，然后根據管線施工圖紙中的尺寸對管線進行下料施工。

（2）提高工作效率，縮短施工工期

施工程序簡單，可以使管線的預制、安裝更加快捷、方便，極大的節省施工工期，提高管線在預制、安裝時的場地使用率，節約施工資源及施工時間。綜合比較結果詳見表1和表2。

表1 法蘭和機械壓力接頭綜合比較（碳鋼管道）Table 1 The flange and the mechanical pressure joint comprehensive comparison（carbon steel）

（3）降低環境的污染、節能降耗，減少特殊工種對人的傷害。

避免明火作業、管線焊接、焊道無損檢測等作業對施工工人的傷害，降低對環境造成的污染和破壞；減化施工環節，提高施工安全可靠性；降低管道系統制造安裝過程的電能消耗，節能增效。

（4）在維修生產中的管線時，不動明火，安全快速，方便簡潔。

（5）機械壓力接頭技術經濟優勢明顯、性價比高。

現以西江DPP平臺柴油管道系統（碳鋼管道）和西江DPP淡水管道系統（316SS不銹鋼管道）為例，管道系統以采用法蘭和機械壓力接頭（機械壓力接頭實現本地化規模生產）連接，從工期、各單項和綜合費用等進行比較。西江DPP平臺柴油管道系統管線約700 m、淡水管道系統管線約500 m，管線尺寸從1/2″至8″。

1.5 機械壓力接頭局限性

表2 法蘭和機械壓力接頭綜合比較（不銹鋼管道）Table 2 The flange and the mechanical pressure joint comprehensive comparison（stainless steel）

1.6 機械壓力接頭密封原理

機械壓力接頭連接原理是在2根即將連接管線的端口處，外部套密封卡套，該卡套上設置2個壓緊環，壓緊環與卡套為整體構造，在卡套外部設置一個壓緊機構。在連接時由液壓工具對該壓緊機構施加力，通過壓緊機構對密封卡套擠壓加力，使卡套壓緊環縮小產生形變，擠壓在即將連接的管線外部，與管線外表面產生過盈配合，從而實現密封效果（圖1）。

圖1 機械壓力接頭密封原理Fig.1 Mechanical pressure joint sealing principle

機械壓力接頭也有其明顯的局限性。機械壓力接頭不能進行維修；超高壓、大尺寸的機械壓力接頭的應用還有待于研究開發；在施工中精度要求較高，必須使用切管機進行管線切割保證管線垂直度90°±2°，打磨切口內外表面，去除毛刺保證光滑；在維修時，被維修管線破損段被移走，同時將兩端安裝有機械接頭的短管放置到修理位置，這樣可能的泄漏點就由兩個增加到4個。

2 結束語

機械壓力接頭連接技術的應用，使復雜的管道連接工序變得簡單、快捷、方便，是管道非焊接連接技術的又一進步。雖然目前在國內機械壓力接頭應用并不廣泛，但是憑借著其眾多的優點，在未來一定會在海洋工程和船舶領域得到更為廣泛的應用。

［1］王海萍，于彬，謝維維．維特利接頭在海洋石油平臺管道系統中的應用[J]．天津航海,2008(3): 18-19．

［2］王天成．新型無焊接管道技術在石油機械中的應用[J]．石油礦場機械,2007，36（3）：46-48.

［3］阮春田，張嘉林.卡箍連接的應用及設計探討[J] ．化工管道與設備,2003(5):21-23.