DN1000大口径引流器设备的研制

上海煤气第一管线工程有限公司 贺 成

燃气管道镶接是燃气施工中最重要的环节。镶接施工时需切断旧管道供气，从而影响周边居民及商户用气，且大口径燃气管道镶接多处于城市主干道，基坑开挖会影响周边交通。因此，燃气管道的镶接施工一般均有严格的时间控制。如何在最短时间内完成停气镶接是燃气施工企业需要解决的难题。

目前正在研制的大口径引流器设备具有阻断气体、放散等功能，融合代替了传统镶接工艺中塞阻气袋，安装放散管，砌筑砖墙等流程，可以有效提高施工效率和减少安全隐患。本文分别介绍了公司正在研制开发的DN1000大口径引流器的结构特性、技术效益和社会效益。

1 DN1000大口径引流器的结构特性

1.1 DN1000大口径引流器主体结构

DN1000大口径引流器设备的主体结构由压盘、橡胶密封圈、操作把手、丝口阀门、放散管、吊环和滚轮组成，如图1所示。

图1 DN1000大口径引流器主体结构示意

主体结构通过压盘的中心杆将2块压盘、操作把手、丝口阀门和放散管分别以螺纹连接固定，橡胶圈安装在2块压盘中间的卡槽内。通过拧动操作把手(即紧固螺母)将2块压盘靠近，挤压卡槽内的橡胶密封圈，使其膨胀并与管道内壁充分接触，起到良好的密封作用，隔绝管道剩余气体。安装设备时关闭丝口阀门，待安装固定后连接放散管，打开阀门放散余气。由于大口径引流器设备体积大，质量重，需要在压盘上焊接吊环和滚轮，便于安装设备时使用吊车吊装，滚轮同时能起到支撑设备的作用，防止橡胶圈受重力影响造成挤压撕裂变形。

压盘和橡胶圈是保障大口径引流器密封性能的关键部件。压盘承受的水平压力较大，需要在内部焊接数根钢骨支撑以提高其抗压强度。橡胶密封圈应具备一定的弹性和回弹性、适当的机械强度，包括扩张强度、伸长率和抗撕裂强度等以保证设备的密封安全性能。

1.2 DN1000大口径引流器构件

1.2.1 压盘

压盘由合板和铁箍组成，分左右两片。其断面厚而结实，凹形角略大于橡胶密封圈(90°)，使橡胶密封圈安放稳定，并在受力时挤压橡胶圈的底部，使其充分膨胀。压盘主要受到紧固螺母水平向压力以压缩橡胶密封圈使其在扩张压紧状态下与燃气管道内壁充分接触形成密封。合板外直径规格为966 mm，铁箍外直径为936 mm，中心留有直径100 mm放散孔用于连接螺杆、操作把手、螺纹阀门和放散管。其内部均匀焊接24根钢骨支撑以增加水平向抗压力。

1.2.2 橡胶密封圈

橡胶密封圈是大口径引流器阻断气体、保障动火镶接安全的关键零件。其结构型式设计与材料选取得合理与否在管道密封中是至关重要的。橡胶密封圈材料通常采用O型丁腈橡胶(NBR)密封圈。其具有较好的物理力学性能，包括耐磨性、弹性、扯断强度及伸长率。这种适用于轴向作用的弹性橡胶密封圈，不仅成本低廉，而且适用于各类阀门管道密封，在规定的温度、压力以及不同的气体、液体介质中，于静止状态下都能起到良好的密封保护作用。其密封唇可补偿一定的公差和角度偏差，密封性能优秀。

1.2.3 放散装置

放散装置由螺杆、丝口阀门、90°弯头及放散管组成。螺杆上装有压紧螺母及操作把手以转动螺母压紧合板使橡胶密封圈膨胀至管道内壁。丝口阀门和放散管的口径为DN100。放散管用DN100的90°弯头从镶接所用三通的待烧盲板端伸出以放散余气。在设备安装时保持丝口阀门处于关闭状态，待引流器整体安装完成后打开阀门放散余气。

1.2.4 辅助装置

辅助装置由滚轮及吊环组成。主要作用为方便设备的安装及拆卸过程。由于主体结构材质为铁，自重较大，需要用钢丝绳穿过吊环由吊车吊至安装位置。滚轮间夹角为120°，与地面垂直线夹角为60°。滚轮能减少引流器安装拆卸过程中与管道内壁的摩擦，同时也能承受引流器的重力，保护密封圈在安装拆卸过程中不会受力变形。

1.3 DN1000大口径引流器阻气密封性能

引流器对燃气管道的密封性能主要依靠O型NBR密封圈。其不仅耐磨性较高、耐热性较好，具有良好的气密性，而且优良的物理机械性和加工性能，非常适合用于O型场合。O型圈属于挤压密封，挤压型密封结构的基本特点依靠密封件发生弹性变形，在密封接触面上造成接触压力，当最大接触压应力大于工作压力时，则起到密封作用；反之，导致渗漏。为了保证密封圈的密封性能，O型圈的最大接触应力需满足xmax>0。式中xmax为O型橡胶密封圈在工作状态下所受最大接触应力，0为O型橡胶密封圈在不同工况下的工作压力。

一般使用大口径引流器时为停气状态，即使在有些情况下因调压器阀门老化而使阀门无法完全关闭时，其工作压力也不会超过0.005 MPa，因此只要保持一定的接触应力就能保证O型密封圈的正常密封性能。

O型密封圈所受的接触应力与压缩量有关，压缩量的大小直接影响密封性能和使用寿命。压缩量太小则所受接触应力小，密封效果不好；压缩量太大会增大摩擦阻力和永久变形，使橡胶圈使用寿命缩短。密封设计中要合理控制好橡胶圈的压缩量。一般以7%～30%的压缩率为准，静密封一般取较大的压缩率值。因此，在使用大口径引流器时，应注意挤压压盘的力度要适中，尽量保证橡胶圈与管道内壁完全贴合，同时力度不宜过度而导致压缩量过大破坏橡胶密封圈。

橡胶密封圈应保持合适的表面粗糙度或设有沿密封圈径向连接的加固线以缓解管道失圆、接触面凹凸不平或结疤等情况引起密封失效现象。但不是粗糙度越高越好，如果安装面的粗糙度太高，平直度差，会出现棱凸，造成橡胶圈损伤，密封失效。一般静密封表面粗糙度取Ra6.3 μm～Ra3.2 μm。

需注意的是DN1000大口径引流器设备在日常存放时，应避免高温和阳光直射，避免橡胶圈产生高温老化及被空气中臭氧侵蚀。安放时应保持水平放置，避免橡胶圈承受压力导致永久变形而影响其密封性能及使用寿命。

2 DN1000大口径引流器的技术和社会效益

2.1 技术效益

目前上海市北地区大口径燃气管道镶接采用堵气袋封堵，通过其内部冲压膨胀至管道内壁阻断燃气泄漏，在管道上游设引流口，通过放散管将泄漏燃气引出管道外。由于堵气袋耐压强度低，容易破裂，且密封性能不强，还需在焊接作业位置前端用砖块砌筑成砖墙，保证焊接作业面和管道内气体完全隔绝。大口径管道焊接作业一般用时较长，砖墙干燥后容易产生小孔和裂缝引起漏气，形成安全隐患。同时，砌筑砖墙等操作较为繁琐，操作过程中也不能保证没有燃气存在，长时间施工容易给施工人员的身体健康带来危害，施工完毕后也很难将管道内的砖墙清理干净。DN1000大口径引流器设备集隔绝气体、打孔放散等效果于一体，操作简便快捷，密封效果好，避免在原有管道上开孔导致的管道强度降低，显著提高了大口径管道镶接作业的安全性，在技术上具有较好的操作可行性。

2.2 社会效益

大口径燃气管道镶接多处于城市主干道，繁忙的城市交通限制了镶接施工时间，同时周边居民商户较多，长时间停气也会造成不良社会影响。大口径引流器设备安装拆卸方便、快捷，相比于现在使用的堵气袋封堵、砌筑砖墙施工流程，使用大口径引流器设备能为现场施工人员节省近1 h的镶接时间，且有效降低劳动强度、减少人力物力的投入、控制人工成本和材料成本、提高镶接效率。同时，大口径引流器设备制作成本低廉，能重复使用，具有极高的推广价值。其社会效益明显。

3 结语

DN1000大口径引流器设备的研究开发能广泛运用在大口径燃气管道镶接工艺中，功能上能代替普通阻气袋和砌筑砖墙效果，密封性能强，可以有效隔绝旧燃气管道内的剩余气体，同时拥有放散功能，可以防止施工作业人员燃气中毒事故，减少动火作业的燃烧爆炸安全隐患。其操作方便简单，能极大的缩短镶接时间，提高镶接效率，能为业主和施工企业带来良好的社会和经济效益。