選用適合的管接頭——防止流體泄漏

一．面對(duì)流體泄漏，我們要做什么？
每年因流體泄漏造成的損失達(dá)數(shù)百萬(wàn)美元。舉個(gè)例子，一個(gè)使用100 psig（7Bar）壓縮空氣的設(shè)備出現(xiàn)小的泄漏，此造成的電力損耗成本每年達(dá)$22,000。一個(gè)價(jià)格約$100的蒸汽疏水閥，如泄漏，每星期會(huì)浪費(fèi)$50；平均一個(gè)系統(tǒng)有成百個(gè)疏水閥，每年泄漏的疏水閥要損失成百上千的美元。另外，未曾留意的泄漏會(huì)導(dǎo)致停工，影響產(chǎn)品質(zhì)量，污染環(huán)境，甚至造成傷害。

二．泄漏的原因
化學(xué)工藝裝置泄漏的原因包括系統(tǒng)的振動(dòng)，跳動(dòng)和熱循環(huán)/沖擊。無(wú)論何種管道系統(tǒng)，任何類型的連接件都會(huì)發(fā)生泄漏，特別是由于機(jī)械振動(dòng)的存在。這種振動(dòng)疲勞是一個(gè)系統(tǒng)無(wú)法避免的，它是由系統(tǒng)負(fù)荷的不平衡導(dǎo)致的不適當(dāng)?shù)膽?yīng)力，連接件具體構(gòu)造的不穩(wěn)定，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，不正確的安裝操作造成的。
人員研究了應(yīng)力的激增和疲勞損壞的關(guān)系。一個(gè)交變的應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致接頭的損壞，交變應(yīng)力的振幅越大，接頭承受振動(dòng)的能力越差，越易失效。接頭在連接管道時(shí)形成的壓痕和溝槽的深度，影響連接的壽命。

三．預(yù)防泄漏
要建立一個(gè)有效的流體系統(tǒng)，必須恰當(dāng)?shù)剡x擇系統(tǒng)部件、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)。下面兩點(diǎn)很重要，關(guān)系到系統(tǒng)是否會(huì)產(chǎn)生泄漏：
整個(gè)系統(tǒng)的管道采取什么類型的管子和連接件。
安裝和維護(hù)系統(tǒng)的人員的知識(shí)水平及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。
能夠保證系統(tǒng)零泄漏的連接是不存在的，為了預(yù)防系統(tǒng)的泄漏，有必要對(duì)各種管道連接類型進(jìn)行評(píng)價(jià)。需要強(qiáng)調(diào)的是，無(wú)論采用何種連接，首先要建立一個(gè)正確、有效的系統(tǒng)能量管理計(jì)劃，它是保證流體操作系統(tǒng)有效工作的重要因素。

四．關(guān)于焊接管接頭
焊接管接頭能夠最有效地抵抗振動(dòng)和疲勞，這是由它的強(qiáng)度和連接的整體性所決定的。
然而，焊接管接頭有一些劣勢(shì)。操作時(shí)需要焊接設(shè)備和專業(yè)培訓(xùn)的人員，成本高。另外，安裝焊接管接頭所需的時(shí)間要多于其它類型接頭的安裝時(shí)間。全面的訓(xùn)練才能獲得高質(zhì)量的焊接管道。焊接管道的維護(hù)是不易進(jìn)行的，操作人員要準(zhǔn)備焊具和鋸等進(jìn)入系統(tǒng)去操作。

五．關(guān)于螺紋管接頭
流體操作系統(tǒng)中，最常見(jiàn)的連接件是螺紋管接頭。
1．NPT螺紋接頭。
  

螺紋接頭在工業(yè)中用于管道的連接。NPT（國(guó)家管螺紋）接頭是錐管螺紋，具有連接、密封的功能。其密封是兩個(gè)金屬接觸面產(chǎn)生的形變形成的密封，發(fā)生在錐螺紋的側(cè)面，齒頂和齒根部位。安裝接頭過(guò)程中，由于金屬間的親合力，特別是碳鋼或不銹鋼螺紋彼此咬合時(shí)，會(huì)產(chǎn)生螺紋的咬住和撕裂的現(xiàn)象。安裝NPT管螺紋接頭時(shí)，必須使用潤(rùn)滑劑或是有潤(rùn)滑成份的密封材料覆蓋螺紋上，防止螺紋損傷。一種常用的密封材料是PTFE帶。
在使用螺紋密封去潤(rùn)滑，埴充螺紋的側(cè)面、齒頂、齒根時(shí)，要重點(diǎn)考慮下面幾個(gè)方面。
當(dāng)使用密封帶時(shí)，對(duì)于大多數(shù)密封帶，在螺紋上纏繞2到3圈就足夠了。
不要讓密封帶超出螺紋的第一個(gè)牙外端，因?yàn)槊芊鈳?huì)破碎進(jìn)入流體系統(tǒng)，損壞系統(tǒng)部件的內(nèi)部。
密封帶以面對(duì)著螺紋頭部順時(shí)針的方向纏繞，如果方向不對(duì)，密封帶不能恰當(dāng)?shù)拿芊夂蜐?rùn)滑，引起潛在的泄漏。
切下多余的密封帶，拉緊密封帶使其與螺紋緊密的貼合并壓緊頭部。如果螺紋的齒頂露出會(huì)導(dǎo)致咬死。
如果維護(hù)時(shí)拆下螺紋接頭，要確保去除舊密封帶，并使用新的密封帶。螺紋上殘余的舊密封帶會(huì)導(dǎo)致隨后的組裝發(fā)生泄漏。

2．SAE圓柱螺紋接頭

另一個(gè)普遍使用的螺紋類型是SAE（美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)）圓柱螺紋。SAE圓柱螺紋是一種只起連接作用，不承擔(dān)密封功能。密封作用由通常安裝在外螺紋上彈性密封墊完成。彈性密封墊受外螺紋的密封座和靠近內(nèi)螺紋出口的密封面的壓縮，形成密封。這種螺紋密封方式具有了NPT螺紋密封的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于安裝人員來(lái)說(shuō)，是容易維護(hù)、得到、再加工的。
在流體系統(tǒng)使用的其它類型的螺紋還有ISO圓柱和圓錐螺紋，NPTF干式密封螺紋，以及37°AN擴(kuò)口接頭。
3．ISO圓柱螺紋和錐螺紋接頭
 

ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）圓錐螺紋接頭同NPT錐螺紋接頭相同，依靠螺紋完成密封功能，圓柱螺紋如同SAE圓柱螺紋，依靠彈性元件、組合金屬墊，或其它墊片完成密封功能。
4．NPTF錐管螺紋干式密封接頭
干式密封螺紋的齒根高度相比齒頂高度要短，這樣當(dāng)螺紋齒合時(shí)，齒根與齒頂發(fā)生擠壓變形。從而當(dāng)螺紋擰入時(shí)，齒頂、齒根和齒側(cè)面緊密接觸，形成了一個(gè)無(wú)潤(rùn)滑的密封。不理想地方的是，一些金屬如碳鋼、不銹鋼，由于其固有的特性，這種無(wú)潤(rùn)滑密封形式的螺紋接頭會(huì)出現(xiàn)咬死的現(xiàn)象，造成第一次安裝時(shí)比較難，不能重復(fù)使用。
5．37° AN擴(kuò)口接頭
這種接頭使用圓柱螺紋，如同SAE和ISO的圓柱螺紋設(shè)計(jì)。這種圓柱螺紋在接頭中只起連接的作用。37°AN擴(kuò)口接頭通常應(yīng)用在液壓設(shè)備中。
6．螺紋連接的劣勢(shì)
雖然螺紋接頭在工業(yè)流體設(shè)備是廣泛使用，但在工藝、儀表管線中采用pipe管和螺紋管接頭有其固有的劣勢(shì)。相比于Tubing管，內(nèi)表面粗糙的pipe管會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)摩擦阻力增大，產(chǎn)生更大的壓力損失。另外，pipe管道系統(tǒng)使用的彎頭產(chǎn)生的局部阻力更大，造成流體壓頭損失。

六．關(guān)于Tubing管接頭
用于Tubing管連接的接頭有下面幾種：
1．?dāng)D壓式管接頭

擠壓式管接頭是最早開(kāi)發(fā)出來(lái)的Tubing管接頭，由三個(gè)部件組成：本體、螺母、卡套。這種設(shè)計(jì)是利用摩擦力抓緊管子。優(yōu)點(diǎn)之一是安裝時(shí)不需要專用工具，而不象pipe接頭需要套絲機(jī)和模具加工螺紋。另外這種結(jié)構(gòu)形成的的密封是線形密封，在很小的地方作用集中受力，形成了有效的金屬與金屬之間的密封。可是由于這種接頭是靠摩擦力抓緊管子，其缺點(diǎn)是只能承受低的壓力，只有幾種材料的接頭提供，大多數(shù)是黃銅，而且當(dāng)出現(xiàn)振動(dòng)、熱沖擊等動(dòng)負(fù)荷時(shí)，不能可靠地工作。
2．?dāng)U口接頭
 

擴(kuò)口管接頭是隨后出現(xiàn)的一種Tubing管接頭。對(duì)比于最初的擠壓式管接頭，擴(kuò)口管接頭可承受比較高的壓力，應(yīng)用范圍廣，可提供的材料多，并且有比較大的密封面，這樣在設(shè)備維護(hù)時(shí)，接頭可以重復(fù)使用。
擴(kuò)口管接頭由三個(gè)部件組成：螺母、管套、帶錐度的本體組成。當(dāng)用于薄壁的或比較軟的tubing管的連接場(chǎng)合，管套本身有擴(kuò)口的作用。這種接頭的不足的方面是接頭組件易松動(dòng)。安裝時(shí)需要專業(yè)的擴(kuò)口工具。另外，在擴(kuò)口部位會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力增加，如tubing管太薄弱或太脆弱，tubing管會(huì)出現(xiàn)軸向的破裂。管口加工不良也會(huì)產(chǎn)生不佳的密封面。
3．咬合式管接頭
 
咬合式管接頭安裝時(shí)不需要專用工具，并且對(duì)比于擠壓式管接頭，它能適應(yīng)額定壓力更高的場(chǎng)合。它由螺母、本體、卡套構(gòu)成，卡套有突出鋒利的前端，可以咬入tubing管的表面，抱緊管子。第二道密封是由卡套外錐面與接頭本體的內(nèi)錐面形成的寬大的接合面。咬合式管接頭是典型的單卡套設(shè)計(jì)，它要求卡套要完成兩個(gè)功能：咬進(jìn)管子并抱緊，并與管子、本體形成密封面。即一個(gè)動(dòng)作承擔(dān)兩個(gè)任務(wù)。雙卡套接頭一個(gè)主要負(fù)責(zé)密封，一個(gè)負(fù)責(zé)抱緊管子，允許每個(gè)卡套根據(jù)其承擔(dān)的任務(wù)進(jìn)行特定的設(shè)計(jì)，從而完善了接頭的性能。
4．機(jī)械抱緊式管接頭
 

機(jī)械抱緊式管接頭是典型的雙卡套設(shè)計(jì)。這類接頭利用了實(shí)時(shí)加載密封的特性。前卡套在一個(gè)彈性負(fù)荷的作用下擠壓管子、接頭本體并與之形成密封。后卡套的設(shè)計(jì)分開(kāi)了管子上的抱緊受力點(diǎn)與振動(dòng)受力點(diǎn)，從而增強(qiáng)了連接的抗振性能。與咬合式接頭相比，這種設(shè)計(jì)還有一個(gè)強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，其復(fù)裝性很好，復(fù)裝時(shí)不會(huì)損壞接頭部件和管子。另外，接頭的制造商提供一個(gè)間隙測(cè)量規(guī)，以確保初次安裝時(shí)，正確、有效地抱死管子，特別是與不銹鋼這種比較硬的材料連接時(shí)，有效地防止沒(méi)擰緊而造成的泄漏。