卡箍連接在泡沫管道安裝中的應用

代淵雄，陳俊峰，于海洋，郝 華，張華杰

1.遼河油田建設有限公司，遼寧盤錦 124012

2.昆侖能源（遼寧）有限公司，遼寧盤錦 124010

卡箍連接以其在管網安裝中綜合效益高于法蘭連接等優點，在建筑行業的消防管道上廣泛應用，但在石油工程建設中，應用還不是很廣泛[1-2]。2018年9月，中燃油公司黃島油庫10車位鶴管裝車棧橋安裝消防泡沫液自動噴淋系統，主管道為D114.3mm×4mm鍍鋅管，要求采用卡箍進行連接；噴淋支管為D25 mm鍍鋅管，螺紋連接，工作壓力0.6 MPa，按GB50261—2005《自動噴水滅火系統施工驗收規范》標準驗收。為此，施工單位作了一系列的準備工作，查閱有關資料，對施工人員進行技術培訓，按規范采購管件，嚴格施工工序，成功將溝槽卡箍連接技術推廣應用于油庫消防管道的安裝中。

1 施工前準備

該油庫10車位鶴管裝車棧橋安裝的消防泡沫液自動噴淋系統見圖1。根據圖紙計算和實際測量，管道長59.86 m，考慮管段的高利用率和管道安裝接頭數量要控制在最少，按鍍鋅管6 m的標準長度，采購了12根共72 m的D114.3 mm×4 mm的Q235B鍍鋅管。要求鋼管內外鍍鋅均勻、無銹蝕、正規廠家生產、有合格證書。管件有：溝槽彎頭5個（其中1個變堵絲）、溝槽正三通1個（變堵絲排汽閥）、三通變絲扣噴淋9個、鑄鐵卡箍33套（每套含2片卡箍、1個密封圈、2個螺栓、2個螺母）。管件按標準選購，其內外表面應防腐處理，檢查其橢圓度以及耐高溫、耐高壓、耐腐蝕性能，溝槽尺寸應合乎規范要求。

2 卡箍連接的結構和密封原理

卡箍連接的結構如圖2所示。對壓制有溝槽的A管和B管組成的接頭，用2片特制的卡箍、2根螺栓及1個C型橡膠圈進行連接，構成了由1個卡箍連接的連接接頭。其密封原理是：當管道中的水進入橡膠圈后，水壓使橡膠圈緊貼在卡箍腔內，以此保證密封。而且在橡膠圈的工作壓力之內，水壓越高，密封性越好；另外，橡膠圈和管道形成一個空腔，螺栓擰緊后，橡膠圈被再次擠壓，加強了密封效果[3]。

圖1 棧橋自動噴淋系統

圖2 卡箍連接的結構

3 管道溝槽加工

3.1 下料與切割

（1）砂輪切割機固定。為了切割質量達標，防止因砂輪機振動位移而導致切割誤差，可以做一個模具。先把砂輪機剛性固定在鋼制平臺上，而后將一根與砂輪片處于垂直位置的工字鋼與平臺焊接牢固（工字鋼的上翅板面與砂輪機管托面位于同一水平面），再把長6 m的D114.3 mm×4 mm的鍍鋅管放置在工字鋼上，使管道的中軸線與砂輪片垂直且處于切割機夾口中央，最后用100 mm長度的角鐵，在鋼管兩側以每隔500 mm的間距焊接一處進行固定。這樣，保證了鋼管端面與中軸線的垂直，從源頭上保證了管道的切割質量，見圖3。

圖3 切割模具示意

（2）下料切割。為了節省材料，下料切割的原則是：先下長管再下短管，中短管則在最佳組合的情況下下料切割。

3.2 管道溝槽加工

（1）加工平臺的制作。為了防止電機振動對壓槽質量產生影響，用水平儀抄平，把管道壓槽機（見圖4）剛性固定在鋼制平臺上（或2根工字鋼或2根槽鋼上，2根焊接成一體），長度不小于6 m。根據下料的長度，把壓槽機尾架（見圖5）置于平臺或型鋼上，再把鋼管內側放進壓槽機下輪上，另一端則放在尾架上。用直尺確定好管道與滾輪擋板相互垂直，水平儀抄平管道后，焊接固定尾架。并在鋼管端部的平臺或型鋼上，焊接一個帶正方形鋼板（邊長等于150 mm）的三角架，鋼板中心與鋼管中軸線等高，鋼板面與管端緊貼。為了減少磨損，在三角架與鋼板之間焊接一軸承，可達更佳效果。因不是批量生產，故沒有必要制作更為理想的平臺，所以每壓制一種長度的鋼管，都要重復上述工序。

圖4 壓槽機

（2）軋制管道溝槽的規格。加工合格的管道溝槽是卡箍連接成敗的關鍵之一，軋制管道溝槽的規格見表1[4]。

表1 軋制溝槽的規格

（3）管道溝槽軋制。第一，將下好料的鋼管，置于按3.2中（1） 工序調整好的壓槽機和尾架上，使鋼管端面緊貼滾輪擋板，確認鋼管中軸線與滾輪面垂直，且鋼管呈水平狀態。第二，擰緊千斤頂的鎖定螺絲，緩慢壓下千斤頂，使壓槽機的上輪緊貼鋼管，然后啟動壓槽機，使滾輪轉動一周后，停止下壓，檢查管道斷面與滾輪機的擋板是否貼嚴，如果沒有貼嚴，可能是管道與滾輪機沒有同時處于水平位置，應該調整平臺，直至鋼管斷面與滾輪機擋板貼嚴。如果已經貼嚴，說明平臺制作合適，鋼管與滾槽機的位置正確，這時可手握操作桿，上下來回扳動，使千斤頂慢慢壓下，其幅度不宜過大，用力不可過猛，中幅、勻速操作，防止電機過載、對鍍鋅層的破壞及影響鋼管的壓槽質量，直至上、下壓制滾輪都已貼嚴鋼管外壁和內壁、鋼管無喇叭形狀、溝槽深度和寬度符合規范時為止。第三，軋制完畢，停止電機運行，檢查溝槽的外觀，目測溝槽寬度和深度是否均勻一致，管端至溝槽邊是否平直和無喇叭口。合格后，再用游標卡尺檢查溝槽的寬度和深度，確認符合表1的規格要求后，將千斤頂的鎖定螺絲松開卸壓，取出鋼管。否則應重新軋制，或重新下料和軋制。

4 管道安裝

4.1 卡箍連接安裝的特點

由于卡箍接頭存在兩個游離端，具有柔性特點，雖然具有抗振動、抗熱脹冷縮能力，但其強度遠低于焊接接頭，是管道最薄弱的環節，如果應力過大，可能導致泄漏，嚴重時會造成接頭滑脫失效。為了減少管道自身和流體介質重力對卡箍接頭的破壞作用，根據圖紙尺寸和管件的實際排列，可在每根管段兩端距離管端500 mm（以方便操作為宜）內的位置焊接固定支架[5]，保證接頭穩固。施工時為了減少在安裝中的難度，保證管道總體安裝質量，經優選的安裝順序是：按照介質的流向，先從連頭點向管道末端連續安裝主管道，再根據工人數量，分別安裝螺紋連接的泡沫噴淋支管道。

4.2 過渡管的焊接

連頭處為露出地面且垂直于地面的碳素鋼預留管，材質為Q235B，規格為φ114.3 mm×5 mm。將材質為1Cr18Ni9Ti、規格為φ114.3 mm×4 mm、長度為300 mm的不銹鋼管，一端加工成溝槽，另一端加工成30°焊縫坡口。考慮管道的美觀和施工方便，把焊縫設置在地面以下100 mm處，按此尺寸割斷預留管，并打磨成30°坡口。用水平儀找正鋼管，按2.5 mm的間隙組對坡口，選擇A302×2.5 mm焊條、直流電源、反極性，按60～80 A的規范焊接。焊接完畢，待焊縫冷卻到環境溫度后，做除銹防腐處理。

4.3 卡箍連接的操作方法

（1）套密封圈。將鋼管置于支架上，為了提高效率，把經過認真檢查、無損傷的橡膠密封圈翻面（外圈在里，里圈在外）套在一根鋼管的端部（見圖6）。為方便操作，當遇到管-管接頭且管道處于垂直位置時，密封圈可套在接頭上方的一根管的管端上；當遇到管道處于水平位置時，密封圈則套在上游管道的端部；而當遇到管-彎頭接頭和管-三通接頭時，就只能套在管道上了。

（2）調整密封圈。將另一根鋼管或彎頭、三通及其他連接管件，以同軸線方向向套好密封圈的管端靠攏，并按圖紙方向正確裝配。當兩個管件端部靠攏（間隙2 mm[5]）后，為了使密封圈自由伸展無皺褶，在調整和轉動時要減輕密封圈與管壁之間的磨損，這可通過在兩管件端部涂抹肥皂液解決。然后用雙手翻正密封圈，上下左右活動調整，直至密封圈處于兩溝槽邊緣正中（見圖7）。

圖6 翻套密封圈

圖7 密封圈翻正及居中

（3）卡箍安裝。當密封圈調整好后，便可在密封圈的外圈安裝兩片卡箍。裝配時，為了美觀和操作方便，兩片卡箍在鋼管圓周的位置應一致。管道處于水平位置時，最好按上下兩片安裝（見圖8）。這樣，緊固螺絲時在管道兩側操作，既方便又省力。如果按左右兩片安裝，緊固螺絲一個在上，一個在下，雖然上面一個操作方便，但下面一個操作起來既吃力又困難。管道處于垂直位置時，可按東西南北或里外左右安裝。每片卡箍的兩端分別是凹凸邊，安裝時兩片卡箍兩端應該凹凸吻合，即把一片卡箍的凸邊送進另一片卡箍的凹槽內，然后用力壓緊兩片卡箍耳部，并使兩邊穿螺栓的間隙一致，再在螺孔位置穿螺栓，擰上螺母。當螺母用手擰不動時，再用扳手擰至感覺螺栓稍許緊固，用橡木榔頭輕輕捶打兩片卡箍外表，使密封圈完全伸展無皺褶，確保其密封性，然后再緊固一次即可。緊固螺母時，最好由兩人用大致相同的力矩和速度對稱操作。

圖8 卡箍水平安裝

5 密封性試驗

安裝完畢，按設計要求對管道進行密封性試驗。首先，在主管道的首端和末端加裝量程稍大于試驗值的壓力表，打開最高點排氣閥，對所有管件進行全面檢查，確認達到試壓條件后，緩慢打開水源閥門。當管內空氣完全排出且確認充滿水時，加壓至0.1 MPa，檢查管道，若無滲漏，再次加壓至1.5 PN（PN為公稱工作壓力），檢查管道，無滲漏，穩壓30 min，無泄壓時，請質檢人員驗收，并將試驗數據拍照取證。最后泄壓排水。

6 結束語

卡箍連接技術的操作簡單，使用快捷方便，雖然在管道建設初期投資較大，但長期綜合經濟效益較高，值得在石油消防管道安裝中推廣應用。