選用適合的管接頭——防止流體泄漏

一．面對流體泄漏，我們要做什么？
每年因流體泄漏造成的損失達數(shù)百萬美元。舉個例子，一個使用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$22,000。一個價格約$100的蒸汽疏水閥，如泄漏，每星期會浪費$50；平均一個系統(tǒng)有成百個疏水閥，每年泄漏的疏水閥要損失成百上千的美元。另外，未曾留意的泄漏會導致停工，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
化學工藝裝置泄漏的原因包括系統(tǒng)的振動，跳動和熱循環(huán)/沖擊。無論何種管道系統(tǒng)，任何類型的連接件都會發(fā)生泄漏，特別是由于機械振動的存在。這種振動疲勞是一個系統(tǒng)無法避免的，它是由系統(tǒng)負荷的不平衡導致的不適當?shù)膽?yīng)力，連接件具體構(gòu)造的不穩(wěn)定，系統(tǒng)的設(shè)計特點，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。一個交變的應(yīng)力會導致接頭的損壞，交變應(yīng)力的振幅越大，接頭承受振動的能力越差，越易失效。接頭在連接管道時形成的壓痕和溝槽的深度，影響連接的壽命。

三．預防泄漏
要建立一個有效的流體系統(tǒng)，必須恰當?shù)剡x擇系統(tǒng)部件、系統(tǒng)的設(shè)計和生產(chǎn)技術(shù)。下面兩點很重要，關(guān)系到系統(tǒng)是否會產(chǎn)生泄漏：
整個系統(tǒng)的管道采取什么類型的管子和連接件。
安裝和維護系統(tǒng)的人員的知識水平及實際經(jīng)驗。
能夠保證系統(tǒng)零泄漏的連接是不存在的，為了預防系統(tǒng)的泄漏，有必要對各種管道連接類型進行評價。需要強調(diào)的是，無論采用何種連接，首先要建立一個正確、有效的系統(tǒng)能量管理計劃，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和疲勞，這是由它的強度和連接的整體性所決定的。
然而，焊接管接頭有一些劣勢。操作時需要焊接設(shè)備和專業(yè)培訓的人員，成本高。另外，安裝焊接管接頭所需的時間要多于其它類型接頭的安裝時間。全面的訓練才能獲得高質(zhì)量的焊接管道。焊接管道的維護是不易進行的，操作人員要準備焊具和鋸等進入系統(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，會產(chǎn)生螺紋的咬住和撕裂的現(xiàn)象。安裝NPT管螺紋接頭時，必須使用潤滑劑或是有潤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滑，埴充螺紋的側(cè)面、齒頂、齒根時，要重點考慮下面幾個方面。
當使用密封帶時，對于大多數(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牙外端，因為密封帶會破碎進入流體系統(tǒng)，損壞系統(tǒng)部件的內(nèi)部。
密封帶以面對著螺紋頭部順時針的方向纏繞，如果方向不對，密封帶不能恰當?shù)拿芊夂蜐櫥饾撛诘男孤?br/>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導致咬死。
如果維護時拆下螺紋接頭，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導致隨后的組裝發(fā)生泄漏。

2．SAE圓柱螺紋接頭

另一個普遍使用的螺紋類型是SAE（美國汽車工程師協(xié)會）圓柱螺紋。SAE圓柱螺紋是一種只起連接作用，不承擔密封功能。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，對于安裝人員來說，是容易維護、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擴口接頭。
3．ISO圓柱螺紋和錐螺紋接頭
 

ISO（國際標準化組織）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，這樣當螺紋齒合時，齒根與齒頂發(fā)生擠壓變形。從而當螺紋擰入時，齒頂、齒根和齒側(cè)面緊密接觸，形成了一個無潤滑的密封。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，這種無潤滑密封形式的螺紋接頭會出現(xiàn)咬死的現(xiàn)象，造成第一次安裝時比較難，不能重復使用。
5．37° AN擴口接頭
這種接頭使用圓柱螺紋，如同SAE和ISO的圓柱螺紋設(shè)計。這種圓柱螺紋在接頭中只起連接的作用。37°AN擴口接頭通常應(yīng)用在液壓設(shè)備中。
6．螺紋連接的劣勢
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。相比于Tubing管，內(nèi)表面粗糙的pipe管會導致流動摩擦阻力增大，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．擠壓式管接頭

擠壓式管接頭是最早開發(fā)出來的Tubing管接頭，由三個部件組成：本體、螺母、卡套。這種設(shè)計是利用摩擦力抓緊管子。優(yōu)點之一是安裝時不需要專用工具，而不象pipe接頭需要套絲機和模具加工螺紋。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，而且當出現(xiàn)振動、熱沖擊等動負荷時，不能可靠地工作。
2．擴口接頭
 

擴口管接頭是隨后出現(xiàn)的一種Tubing管接頭。對比于最初的擠壓式管接頭，擴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)備維護時，接頭可以重復使用。
擴口管接頭由三個部件組成：螺母、管套、帶錐度的本體組成。當用于薄壁的或比較軟的tubing管的連接場合，管套本身有擴口的作用。這種接頭的不足的方面是接頭組件易松動。安裝時需要專業(yè)的擴口工具。另外，在擴口部位會產(chǎn)生應(yīng)力增加，如tubing管太薄弱或太脆弱，tubing管會出現(xiàn)軸向的破裂。管口加工不良也會產(chǎn)生不佳的密封面。
3．咬合式管接頭
 
咬合式管接頭安裝時不需要專用工具，并且對比于擠壓式管接頭，它能適應(yīng)額定壓力更高的場合。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，它要求卡套要完成兩個功能：咬進管子并抱緊，并與管子、本體形成密封面。即一個動作承擔兩個任務(wù)。雙卡套接頭一個主要負責密封，一個負責抱緊管子，允許每個卡套根據(jù)其承擔的任務(wù)進行特定的設(shè)計，從而完善了接頭的性能。
4．機械抱緊式管接頭
 

機械抱緊式管接頭是典型的雙卡套設(shè)計。這類接頭利用了實時加載密封的特性。前卡套在一個彈性負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)計分開了管子上的抱緊受力點與振動受力點，從而增強了連接的抗振性能。與咬合式接頭相比，這種設(shè)計還有一個強的優(yōu)勢，其復裝性很好，復裝時不會損壞接頭部件和管子。另外，接頭的制造商提供一個間隙測量規(guī)，以確保初次安裝時，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，有效地防止沒擰緊而造成的泄漏。