伸縮接頭

伸縮接頭是指管路補償接頭，是泵、閥門，管道等設備與管道連線的新產品，通過螺栓把它們連線起來，使其成為整體，並有一定的位移量，分為AY型壓蓋式伸縮接頭，AF型法蘭式松套伸縮接頭，BF型單法蘭限位伸縮接頭，B2F型雙法蘭限位伸縮接頭，BY型壓蓋松套限位伸縮接頭，CF單法蘭傳力接頭，C2F雙法蘭傳力接頭等。

基本介紹

• 中文名：伸縮接頭
• 外文名：Expansion joints
• 產品分類：AY型壓蓋式伸縮接頭
• 產品分類：AF型法蘭式松套伸縮接頭
• 產品分類：BF型單法蘭限位伸縮接頭

定義

伸縮接頭主要套用在安裝維修時，根據現場安裝尺寸進行調整，在工作時，可以把軸向推力傳還至整個管道系統。這樣不僅提高工作效率，而且對泵、閥門等管道設備起到一定保護作用。

產品分類

AY型壓蓋式伸縮接頭，AF型法蘭式松套伸縮接頭，BF型單法蘭限位伸縮接頭，B2F型雙法蘭限位伸縮接頭，BY型壓蓋松套限位伸縮接頭，CF單法蘭傳力接頭，C2F雙法蘭傳力接頭等。

AY型壓蓋松套伸縮接頭是由本體、密封圈、壓緊構件組成的松套連線管道的裝置。主要用於吸收位移，而不能承受壓力推力的補償接頭。

BF型單法蘭限位伸縮接頭是由松套伸縮接頭和限位短管等構件組成。它能防止管道因超量位移導致補償接頭的泄漏或損壞，主要用於在允許位移範圍內吸收軸向位移和承受壓力推力的管道松套連線,適用於一邊與法蘭連線，一邊與管道焊接，安裝時調整產品兩端與管道或法蘭的安裝長度，對角依次均勻擰緊壓蓋螺栓，再調整好限位螺母，這樣就能讓管道在伸縮量範圍內可以自由伸縮，鎖定伸縮量，確保管道的安全運行。

B2F型雙法蘭式限位伸縮接頭適用於兩邊均與法蘭連線。

AF型法蘭松套伸縮接頭是由本體、密封圈、壓緊構件組成的松套連線管道的裝置。主要用於吸收位移，而不能承受壓力推力的補償接頭。工作原理：松套伸縮節安裝在管道上後，擰緊螺母彈性密封圈，在螺母壓蓋的作用下依靠相互斜度，緊壓在管子外圈密封和連線作用。當溫度變化時管子能在接頭中間自由的伸縮，當地基下沉，管子能偏斜，並確保密封無滲漏，從而起到自動補償之目的。

CF型單法蘭式傳力接頭是由本體，密封圈，壓蓋，短管法蘭構件組成。適用於一邊與法蘭連線，一邊與管道焊接。安裝是調節產品兩端與管道或法蘭的安裝長度，安裝和焊接完畢後，對角一次均勻擰緊壓蓋螺栓，合其成為一個，並有一定的位移量，方便安裝維修時，根據現場尺寸進行調整。在工作時可以把軸向推力傳遞至整個管道。

主要材質

QT-400（球墨鑄鐵），Q235A（碳鋼），HT20（灰鐵），304L，316L（不鏽鋼）。

安裝說明

法蘭式

松套伸縮節安裝在管道上後，擰緊螺母彈性密封圈，在螺母壓蓋的作用下相互斜度，緊壓在管子外圈起密封和連線作用。當溫度變化時管子能在接頭中間自由的伸縮，當地基下沉，管子能偏斜，並確保密封無滲漏，從而起到自動補償目的。

單法蘭限位

適用於一邊與法蘭連線，一邊與管道焊接，安裝時調整產品兩端與管道或法蘭的安裝長度，對角均勻擰緊壓蓋螺栓，再調整好螺母，這樣就能讓管道在伸縮量範圍內可以自由伸縮，鎖定伸縮量，管道的安全運行。

雙法蘭限位

適用於兩邊均與法蘭連線，安裝時調整產品兩端連線長度，對角依次均勻擰緊壓蓋螺栓，再調整好限位螺母，這樣就能讓管道自由伸縮，鎖定伸縮量，確保管道的安全運行。

壓蓋式

適用於兩邊與管子插接，勿需焊接，結構合理，密封，安裝快速方便。

注意事項

VSSJA-2型雙法蘭式松套限位伸縮接頭適用於兩邊均與法蘭連線的管路，安裝時調整產品兩端與法蘭的連線長度，對角依次均勻擰緊壓蓋螺栓，再調整好限位螺母，這樣就能讓管道在伸縮量範圍內自由伸縮，鎖定伸縮量，就可以確保管道的安全運行。

標準

船用標準CBM1129-82，適用於溫度不高於80°C的船舶艙底、壓載、海水、消防、甲板沖洗和油類駁運等管路，以補償管路存在的漲縮現象。

標記示例

PN1.6、DN125的伸縮接頭標記為：伸縮接頭16125 CBM1129-82。

技術要求

1.伸縮接頭的套管和法蘭盤的材料為20；螺栓材料為35；制動螺釘材料為2CR13。

橡膠圈材料：介質為油類的丁晴橡膠I-2，介質為水用氯丁橡膠III－2。

2.除介質為油類外，其他適用管路的伸縮接頭的鋼製零件就熱度鋅處理。

3.一般狀態下安裝尺寸為L₁，根據接頭使用的目的，可行當調整L₁的數值，但最大直不得超過1.5L₁。

水壓實驗

1.DN65-150，以P_m=2.4 Mpa進行密封性實驗；

2.DN200－400，以P_m=1.5 Mpa進行密封性實驗；

伸縮接頭屬於管道補償器中接頭，一般管道系統採用的標準為GB/T12465-2007，替換GB/T12465-2002及GB/T14414-1993。

作用

管道安裝中伸縮接頭的重要性，伸縮接頭由於連線伸縮管或波紋管的溫度變化較大，伸縮接頭的使用是一種保護措施，伸縮接頭是泵、閥門，管道等設備與管道連線的新產品，通過全螺栓把它們連線起來，使其成為整體，並有一定的位移量，方便安裝。可承受管線的軸向壓力。這樣就可以在安裝維修時，根據現場安裝尺寸進行調整，在工作時，不僅提高工作效率，而且對泵、閥們等管道設備起到一定保護作用。

工作原理

管道伸縮膨脹量大、承受溫度高、受壓面積力度強。建築給排水工程中基礎混凝土澆注或者預埋管道，在這些工程管道受建築物基礎沉降，設備共振，地質變化，管道介質變化的過程中，管道分布的位置開始受力，變形，扭曲破壞管道，預埋管道甚至破裂給施工單位帶來極大的不便，為了克服這些困難，確保管道的安全運行，使用伸縮器、伸縮接頭：它能在一定的範圍內軸向伸縮，克服管道各種角度移位、不同心、伸縮、膨脹。管道在伸縮器中可以自由伸縮。一旦超過最大的伸縮量自身起到限位作用。從而保證管道安全運行！

墩的選擇

管道安裝伸縮接頭支墩的位置：支墩可承受管道的重量和伸縮接頭的重量，相當於橋樑的橋墩、管道可連續支撐在支墩上可以使管道與伸縮接頭連線的位置自由移動。支墩的位置選擇：間距6~12 m，D特別大時，L取3 m。支墩間距小→M、Q(彎矩和剪力)小→支墩造價高。支墩類型分為支承環式、鞍式、滑動式。支墩可有效預防大型明裝敷設管道和伸縮接頭受自然溫度變化下熱脹冷縮可自由移位不受破壞。

套用分析

研究背景

伸縮接頭能夠有效保護油氣井管柱，提高其安全係數，套用範圍十分廣泛。但有關伸縮接頭套用方面的文獻比較少見，本文結合理論知識與現場經驗，將伸縮接頭的工作原理做一分析討論。選取三個不同區塊，每個區塊各選取一口典型氣井，對每口氣井設定坐封、酸化兩種工況。然後運用TDAS軟體分析計算，首先求解帶有伸縮接頭的油管柱在每種工況下的最小安全係數及其位置，然後求解不帶伸縮接頭的油管柱在每種工況下的最小安全係數及其位置，最後將三口氣井的計算結果進行對比，從膨脹效應、軸向力、三維應力三個方面分析討論伸縮接頭的作用。

計算結果分析

（1）坐封

a井在井口溫度為20℃，井口油壓為20 MPa，用比重為1.25的泥漿液進行坐封，用TDAS軟體計算得到以下結果。

表1 A區塊a井坐封時有無伸縮接頭管柱安全係數對比

膨脹效應發生在橫向上，而伸縮接頭只能在縱向上影響管柱的受力，有無伸縮接頭的氣井在各種工況下其油管柱的膨脹效應是一樣的，所以在後面的分析中主要討論軸向力和三維應力對油管柱的作用方式。坐封時要先對油管柱憋壓，憋壓過程中井口處的油管柱受到油管自重和因油壓而產生的向下的拉力，這個過程中有無伸縮接頭對井口處油管柱受力影響不大，但是當封隔器坐封后，伸縮接頭可以補償形變，減少井口處油管的壓力。

（2）酸化

以A區塊a井為例，在油壓為30 MPa時用TDAS軟體計算得到以下結果。

表2 A區塊a井油壓30MPa酸化時有無伸縮接頭管柱安全係數對比

在酸壓工況中，油管柱整體受到自身重力、活塞力、彎曲效應、膨脹效應和溫度效應共同產生的合力。在酸化壓力較小時，油管柱自身的重力為最大破壞力，其方向垂直向下。而在油管柱低端的封隔器處還有一個以活塞力為主的豎直向上的力，此力便能在一定程度上將重力中和。對於沒有伸縮接頭的油管柱，豎直向上的力會一直沿著管柱向上傳遞，最終就會使井口處的油管柱受到的伸張力有所減少；對於有伸縮接頭的油管柱，豎直向上的力在傳遞過程中就會因伸縮接頭的作用而中斷，此時的中和點位置要深於前者的中和點位置，同時井口處的伸張力減少程度要小於前者。正如表2所示，兩者的最低安全係數都是在井口處，大小分別是1.66和1.68。類似這
樣的情況其實並不多見，因為在酸壓過程中，由於高壓產生的一系列複雜的力才是主要的破壞因素，這個例子說明伸縮接頭對活塞力向上傳遞能夠起到很好的緩衝作用。

再選取B區塊b井為研究對象，用TDAS軟體計算油壓70 MPa；油壓70 MPa、套壓20 MPa；油壓90 MPa、套壓20 MPa時有無伸縮接頭的油管柱最小安全係數及位置。

在高壓酸化時，壓力與溫差變化是對油管柱的主要破壞因素。油管柱會因注入溫度相對較低的壓裂液而收縮，同時也會受到活塞力和彎曲效應的影響發生收縮形變。此時的油管柱兩端分別被井口和封隔器固定，任何形式的形變都會使得油管柱承受很大的壓力或者拉力，而伸縮接頭能夠有效地幫助油管柱補充形變，使油管柱承受的力減小。B區塊b井幾種不同方式的壓裂工況，均能說明這個問題。同時說明，對油套環空適當的補充平衡壓力，也能很好的提高油管柱的安全係數。

如果封隔器下還有較長的油管柱，建議使用非限向型封隔器加伸縮接頭的管柱組合。以C區塊c井在油壓70 Mpa時酸化為例。

C區塊c井在封隔器以下仍有600 m長的2⁷/₈"油管，當高壓酸化時，油管柱低端能夠產生巨大的活塞力，如果所選用的封隔器是限向型的，則巨大的活塞力會使600m長的2⁷/₈"油管發生很大的彎曲甚至損壞。如果封隔器為非限向型，則活塞力會傳遞到封隔器以上的整個油管柱，整體的油管柱共同來分擔底部巨大的活塞力，同時封隔器上部的伸縮接頭也能有效緩解管柱受力情況。另外補充第二種情況：如果C區塊c井選用的是限向型封隔器，且將伸縮接頭安裝在封隔器以下，伸縮接頭不會改變封隔器以下管柱的受力情況。

研究結論

按照作用力方式不同，將油管柱所受到的力分為“靜載荷”與“動載荷”。靜載荷為隨油管柱形變發生變化的載荷；動載荷為不隨油管柱形變而改變的載荷。例如：多層開採時兩封隔器之間或者封隔器與井口之間管柱的拉力為靜載荷；酸壓時壓力為動載荷。當靜載荷對油管柱施加作用力時，有無伸縮接頭則有差異，例如酸壓時的B區塊b井；當動載荷對油管柱施加作用力時，有無伸縮接頭效果一樣，例如酸壓時C區塊c井的第二種情況。

每個伸縮接頭的構造都不相同，但原理大同小異。一般伸縮接頭都是由銷釘來釋放剪下力，銷釘的個數決定了伸縮接頭剪下力的大小，如果伸縮接頭收到的外力小於銷釘的剪下力，那么伸縮接頭也不發揮作用。使用限向式封隔器能夠有效地減少油管柱底端活塞力的向上傳遞，減少封隔器上部油管柱的受力，減少其螺旋彎曲程度。使用限向型封隔器加伸縮接頭的管柱組合，比單純使用限向型封隔器和非限向型封隔器在大多數工況中都能更好的提高安全係數。