卡箍连接在泡沫管道安装中的应用

代渊雄，陈俊峰，于海洋，郝 华，张华杰

1.辽河油田建设有限公司，辽宁盘锦 124012

2.昆仑能源（辽宁）有限公司，辽宁盘锦 124010

卡箍连接以其在管网安装中综合效益高于法兰连接等优点，在建筑行业的消防管道上广泛应用，但在石油工程建设中，应用还不是很广泛[1-2]。2018年9月，中燃油公司黄岛油库10车位鹤管装车栈桥安装消防泡沫液自动喷淋系统，主管道为D114.3mm×4mm镀锌管，要求采用卡箍进行连接；喷淋支管为D25 mm镀锌管，螺纹连接，工作压力0.6 MPa，按GB50261—2005《自动喷水灭火系统施工验收规范》标准验收。为此，施工单位作了一系列的准备工作，查阅有关资料，对施工人员进行技术培训，按规范采购管件，严格施工工序，成功将沟槽卡箍连接技术推广应用于油库消防管道的安装中。

1 施工前准备

该油库10车位鹤管装车栈桥安装的消防泡沫液自动喷淋系统见图1。根据图纸计算和实际测量，管道长59.86 m，考虑管段的高利用率和管道安装接头数量要控制在最少，按镀锌管6 m的标准长度，采购了12根共72 m的D114.3 mm×4 mm的Q235B镀锌管。要求钢管内外镀锌均匀、无锈蚀、正规厂家生产、有合格证书。管件有：沟槽弯头5个（其中1个变堵丝）、沟槽正三通1个（变堵丝排汽阀）、三通变丝扣喷淋9个、铸铁卡箍33套（每套含2片卡箍、1个密封圈、2个螺栓、2个螺母）。管件按标准选购，其内外表面应防腐处理，检查其椭圆度以及耐高温、耐高压、耐腐蚀性能，沟槽尺寸应合乎规范要求。

2 卡箍连接的结构和密封原理

卡箍连接的结构如图2所示。对压制有沟槽的A管和B管组成的接头，用2片特制的卡箍、2根螺栓及1个C型橡胶圈进行连接，构成了由1个卡箍连接的连接接头。其密封原理是：当管道中的水进入橡胶圈后，水压使橡胶圈紧贴在卡箍腔内，以此保证密封。而且在橡胶圈的工作压力之内，水压越高，密封性越好；另外，橡胶圈和管道形成一个空腔，螺栓拧紧后，橡胶圈被再次挤压，加强了密封效果[3]。

图1 栈桥自动喷淋系统

图2 卡箍连接的结构

3 管道沟槽加工

3.1 下料与切割

（1）砂轮切割机固定。为了切割质量达标，防止因砂轮机振动位移而导致切割误差，可以做一个模具。先把砂轮机刚性固定在钢制平台上，而后将一根与砂轮片处于垂直位置的工字钢与平台焊接牢固（工字钢的上翅板面与砂轮机管托面位于同一水平面），再把长6 m的D114.3 mm×4 mm的镀锌管放置在工字钢上，使管道的中轴线与砂轮片垂直且处于切割机夹口中央，最后用100 mm长度的角铁，在钢管两侧以每隔500 mm的间距焊接一处进行固定。这样，保证了钢管端面与中轴线的垂直，从源头上保证了管道的切割质量，见图3。

图3 切割模具示意

（2）下料切割。为了节省材料，下料切割的原则是：先下长管再下短管，中短管则在最佳组合的情况下下料切割。

3.2 管道沟槽加工

（1）加工平台的制作。为了防止电机振动对压槽质量产生影响，用水平仪抄平，把管道压槽机（见图4）刚性固定在钢制平台上（或2根工字钢或2根槽钢上，2根焊接成一体），长度不小于6 m。根据下料的长度，把压槽机尾架（见图5）置于平台或型钢上，再把钢管内侧放进压槽机下轮上，另一端则放在尾架上。用直尺确定好管道与滚轮挡板相互垂直，水平仪抄平管道后，焊接固定尾架。并在钢管端部的平台或型钢上，焊接一个带正方形钢板（边长等于150 mm）的三角架，钢板中心与钢管中轴线等高，钢板面与管端紧贴。为了减少磨损，在三角架与钢板之间焊接一轴承，可达更佳效果。因不是批量生产，故没有必要制作更为理想的平台，所以每压制一种长度的钢管，都要重复上述工序。

图4 压槽机

（2）轧制管道沟槽的规格。加工合格的管道沟槽是卡箍连接成败的关键之一，轧制管道沟槽的规格见表1[4]。

表1 轧制沟槽的规格

（3）管道沟槽轧制。第一，将下好料的钢管，置于按3.2中（1） 工序调整好的压槽机和尾架上，使钢管端面紧贴滚轮挡板，确认钢管中轴线与滚轮面垂直，且钢管呈水平状态。第二，拧紧千斤顶的锁定螺丝，缓慢压下千斤顶，使压槽机的上轮紧贴钢管，然后启动压槽机，使滚轮转动一周后，停止下压，检查管道断面与滚轮机的挡板是否贴严，如果没有贴严，可能是管道与滚轮机没有同时处于水平位置，应该调整平台，直至钢管断面与滚轮机挡板贴严。如果已经贴严，说明平台制作合适，钢管与滚槽机的位置正确，这时可手握操作杆，上下来回扳动，使千斤顶慢慢压下，其幅度不宜过大，用力不可过猛，中幅、匀速操作，防止电机过载、对镀锌层的破坏及影响钢管的压槽质量，直至上、下压制滚轮都已贴严钢管外壁和内壁、钢管无喇叭形状、沟槽深度和宽度符合规范时为止。第三，轧制完毕，停止电机运行，检查沟槽的外观，目测沟槽宽度和深度是否均匀一致，管端至沟槽边是否平直和无喇叭口。合格后，再用游标卡尺检查沟槽的宽度和深度，确认符合表1的规格要求后，将千斤顶的锁定螺丝松开卸压，取出钢管。否则应重新轧制，或重新下料和轧制。

4 管道安装

4.1 卡箍连接安装的特点

由于卡箍接头存在两个游离端，具有柔性特点，虽然具有抗振动、抗热胀冷缩能力，但其强度远低于焊接接头，是管道最薄弱的环节，如果应力过大，可能导致泄漏，严重时会造成接头滑脱失效。为了减少管道自身和流体介质重力对卡箍接头的破坏作用，根据图纸尺寸和管件的实际排列，可在每根管段两端距离管端500 mm（以方便操作为宜）内的位置焊接固定支架[5]，保证接头稳固。施工时为了减少在安装中的难度，保证管道总体安装质量，经优选的安装顺序是：按照介质的流向，先从连头点向管道末端连续安装主管道，再根据工人数量，分别安装螺纹连接的泡沫喷淋支管道。

4.2 过渡管的焊接

连头处为露出地面且垂直于地面的碳素钢预留管，材质为Q235B，规格为φ114.3 mm×5 mm。将材质为1Cr18Ni9Ti、规格为φ114.3 mm×4 mm、长度为300 mm的不锈钢管，一端加工成沟槽，另一端加工成30°焊缝坡口。考虑管道的美观和施工方便，把焊缝设置在地面以下100 mm处，按此尺寸割断预留管，并打磨成30°坡口。用水平仪找正钢管，按2.5 mm的间隙组对坡口，选择A302×2.5 mm焊条、直流电源、反极性，按60～80 A的规范焊接。焊接完毕，待焊缝冷却到环境温度后，做除锈防腐处理。

4.3 卡箍连接的操作方法

（1）套密封圈。将钢管置于支架上，为了提高效率，把经过认真检查、无损伤的橡胶密封圈翻面（外圈在里，里圈在外）套在一根钢管的端部（见图6）。为方便操作，当遇到管-管接头且管道处于垂直位置时，密封圈可套在接头上方的一根管的管端上；当遇到管道处于水平位置时，密封圈则套在上游管道的端部；而当遇到管-弯头接头和管-三通接头时，就只能套在管道上了。

（2）调整密封圈。将另一根钢管或弯头、三通及其他连接管件，以同轴线方向向套好密封圈的管端靠拢，并按图纸方向正确装配。当两个管件端部靠拢（间隙2 mm[5]）后，为了使密封圈自由伸展无皱褶，在调整和转动时要减轻密封圈与管壁之间的磨损，这可通过在两管件端部涂抹肥皂液解决。然后用双手翻正密封圈，上下左右活动调整，直至密封圈处于两沟槽边缘正中（见图7）。

图6 翻套密封圈

图7 密封圈翻正及居中

（3）卡箍安装。当密封圈调整好后，便可在密封圈的外圈安装两片卡箍。装配时，为了美观和操作方便，两片卡箍在钢管圆周的位置应一致。管道处于水平位置时，最好按上下两片安装（见图8）。这样，紧固螺丝时在管道两侧操作，既方便又省力。如果按左右两片安装，紧固螺丝一个在上，一个在下，虽然上面一个操作方便，但下面一个操作起来既吃力又困难。管道处于垂直位置时，可按东西南北或里外左右安装。每片卡箍的两端分别是凹凸边，安装时两片卡箍两端应该凹凸吻合，即把一片卡箍的凸边送进另一片卡箍的凹槽内，然后用力压紧两片卡箍耳部，并使两边穿螺栓的间隙一致，再在螺孔位置穿螺栓，拧上螺母。当螺母用手拧不动时，再用扳手拧至感觉螺栓稍许紧固，用橡木榔头轻轻捶打两片卡箍外表，使密封圈完全伸展无皱褶，确保其密封性，然后再紧固一次即可。紧固螺母时，最好由两人用大致相同的力矩和速度对称操作。

图8 卡箍水平安装

5 密封性试验

安装完毕，按设计要求对管道进行密封性试验。首先，在主管道的首端和末端加装量程稍大于试验值的压力表，打开最高点排气阀，对所有管件进行全面检查，确认达到试压条件后，缓慢打开水源阀门。当管内空气完全排出且确认充满水时，加压至0.1 MPa，检查管道，若无渗漏，再次加压至1.5 PN（PN为公称工作压力），检查管道，无渗漏，稳压30 min，无泄压时，请质检人员验收，并将试验数据拍照取证。最后泄压排水。

6 结束语

卡箍连接技术的操作简单，使用快捷方便，虽然在管道建设初期投资较大，但长期综合经济效益较高，值得在石油消防管道安装中推广应用。