鄭成 青卿 蘇杭

西安西北石油管道有限公司

摘要：在進行油氣管道封堵施工時，多種封堵設(shè)備需要依靠螺栓連接，而目前常用的螺栓人工緊固方式存在一定弊端。為了解決上述問題，設(shè)計了開孔封堵專用液壓螺栓拉伸器并申請實用新型專利。詳細介紹了該設(shè)備的工作原理、液壓壓力計算方法、結(jié)構(gòu)組成、螺栓上緊力測量，以及設(shè)備優(yōu)點，并提出了作業(yè)步驟和注意事項，以供相關(guān)單位施工時參考借鑒。

關(guān)鍵詞：油氣管道；開孔封堵；螺栓拉伸器； 作業(yè)要點

管道開孔封堵設(shè)備主要由機械三通、夾板閥、開孔聯(lián)箱、封堵聯(lián)箱、開孔機、封堵器組成，在組裝作業(yè)時上述設(shè)備均采用螺栓進行緊固連接。目前主要采用的兩種螺栓緊固方式各存在一定弊端。一是扳手人力緊固方式通常需要4～5人同時作業(yè)，人力投入較大，且存在螺栓因受力不均勻?qū)е轮貜妥鳂I(yè)或介質(zhì)泄漏等問題；二是液壓扳手緊固方式在緊固時螺栓會受到較大扭剪力和側(cè)向力，對螺栓損傷大，同時螺母與法蘭的接觸面產(chǎn)生摩擦容易造成永久損傷。基于螺栓拉伸技術(shù)設(shè)計出專用液壓螺栓拉伸器，用于油氣管道開孔封堵螺栓緊固作業(yè)并已申請實用新型專利。

1  工作原理及液壓泵壓力計算

液壓螺栓拉伸器的主要工作原理為[1,2]：液壓泵輸出的高壓油經(jīng)高壓軟管輸送至一拖四轉(zhuǎn)換接頭，再通過高壓軟管將液壓油分別同時傳送至拉伸缸體中的液壓缸，在壓力作用下液壓缸中的活塞上移帶動拉伸螺母向上移動。拉伸螺母與工作螺栓螺紋連接，從而拉長工作螺栓使工作螺母與開孔封堵設(shè)備產(chǎn)生間隙，螺帽此時處于不受力狀態(tài)，然后通過撥環(huán)緊固工作螺母，最終輕松完成螺栓的預緊和緊固作業(yè)。根據(jù)多年封堵工作經(jīng)驗，開孔聯(lián)箱試壓壓力一般選5 MPa，最大不超過6 MPa，此時螺栓緊固力處于1200 N～1450 N，最大不超過1650 N。根據(jù)下列公式即可計算出液壓泵的輸出壓力。螺栓最終預緊力P計算如下：

P ＝TF/A   （1）

其中： A＝1/4 π（d 22﹣d 21）

F ＝1.15+2/R2

R＝G/D

式中：P為液壓泵最終壓力表讀數(shù)，Pa；T為螺栓預緊力 (由設(shè)備廠家給定)，N；F為載荷損失系數(shù)；A為液壓作用面積，m2；d2，d1分別為活塞外徑與內(nèi)徑，m；D為螺栓直徑，mm；G為螺栓有效拉伸長度（不同螺栓連接方式的G值不同），mm。

由螺栓預緊力計算出主螺栓的預緊壓力值，據(jù)此可對螺栓進行正確的預緊與拆卸。這種計算方法適用于M20～M110的螺栓拉伸器。

2  液壓螺栓拉伸器

2.1  設(shè)計要點

根據(jù)螺栓預緊力計算結(jié)果，提出螺栓拉伸器設(shè)計要點。

（1）適當增加單個液壓缸的作用面積，從而降低液壓泵的輸出壓力、提高安全系數(shù)及降低作業(yè)成本。

（2）在螺栓彈性變形允許情況下適當增加液壓缸行程，從而使螺栓達到更好的緊固效果。

（3）螺栓拉伸器采用一拖四結(jié)構(gòu)，為預防壓力分布不均勻，在液壓泵選型時需留取1.2倍到1.3倍的計算液壓余量。

2.2  結(jié)構(gòu)特點

螺栓拉伸器主要由液壓泵、高壓軟管、壓力表、一拖四轉(zhuǎn)換接頭和拉伸缸體組成。其中液壓泵為動力源，壓力表反映泵的輸出壓力。高壓軟管連接液壓泵和拉伸缸體[3-5]。一拖四轉(zhuǎn)換接頭可將動力源一分為四，將液壓泵壓力同時分別傳遞至四個拉伸缸體上，同時緊固四個螺栓達到受力均勻的目的。拉伸缸體是實現(xiàn)螺栓拉伸的執(zhí)行元件，主要由拉伸螺母、連接螺母、液壓缸、活塞和撥環(huán)組成。螺栓拉伸器結(jié)構(gòu)見圖 1，一拖四轉(zhuǎn)換接頭結(jié)構(gòu)見圖 2。

圖 1 螺栓拉伸器結(jié)構(gòu)示意圖

圖 2 一拖四轉(zhuǎn)換接頭結(jié)構(gòu)示意圖

2.3  設(shè)備優(yōu)點

螺栓拉伸器較現(xiàn)有扳手或液壓扳手緊固方式具備較多優(yōu)點[6-9]。

（1）高效。多個螺栓同時被定值緊固和拆卸，布力均勻，只需2人且在15分鐘之內(nèi)完成作業(yè)，安全、高效、快捷，是緊固和拆卸各種規(guī)格螺栓的較佳方式。

（2）精確。精確控制螺栓的拉伸力直接作用在螺栓螺紋上，避免螺栓摩擦和扭曲等問題，且不會損傷法蘭面。

（3）安全。活塞超行程時自動泄壓，安全可靠。

（4）多樣化。根據(jù)不同工況應(yīng)用條件和用戶要求，可專門設(shè)計特殊拉伸器。

2.4  螺栓上緊力測量

采用超聲波螺栓檢測儀檢測實際螺栓上緊力大小，驗證上緊油壓是否合適，判斷所用的載荷損失系數(shù)是否有效。此外，可對上緊后的螺栓用液壓拆松拉伸器，利用能否拆松螺栓的油壓粗略評估其實際上緊力是否合適。

3  作業(yè)步驟及注意事項

緊固或松開螺栓步驟如下。

（1）將撥套套裝在被拉螺栓的螺母上。

（2）連接拉伸器活塞內(nèi)螺紋與被拉伸螺栓頭部的外螺紋，用液壓泵向拉伸器液壓缸注油加壓，使活塞與液壓缸產(chǎn)生相對運動，帶動螺栓產(chǎn)生軸向拉伸，實現(xiàn)螺栓需要的拉伸量。

（3）螺栓受到拉伸，螺母與原接觸面脫開后通過拉伸器下端開口將撥桿插入撥套上的小孔內(nèi)，撥動撥套并帶動螺母，即可實現(xiàn)拆裝螺栓。

（4）完成上述工作后，通過液壓泵對拉伸器泄壓，再退出活塞與螺栓連接。

注意事項如下。

（1）使用之前必須計算油壓，以免壓力過高超出螺栓承受能力，導致螺栓變形破壞。

（2）穩(wěn)步均勻加壓，避免造成瞬時沖擊，影響預緊效果。

（3）分布預緊多個螺栓時，按照對稱原則安排預緊次序，避免不同順序預緊的螺栓相互影響。

4  結(jié)束語

螺栓拉伸器在高壓、大口徑油氣管道開孔封堵設(shè)備連接上具有操作簡便、省時、節(jié)省人力的優(yōu)點，多次應(yīng)用試驗表明緊固螺栓準確、可靠、安全。螺栓拉伸器可針對不同型號開孔封堵設(shè)備設(shè)計對應(yīng)的拉伸缸體，將預緊力公式模塊化處理，操作時只需輸入管道直徑及管道開孔封堵壓力即可自動生成對應(yīng)的P值，使螺栓拉伸器操作變得更加簡單、快捷。

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作者簡介：鄭成，1986年生，工程師，畢業(yè)于武漢理工大學油氣儲運工程專業(yè)，現(xiàn)從事油氣管道開孔封堵與維搶修技術(shù)工作。聯(lián)系方式：13379513532， 466476877@qq.com。