机械压力接头在海洋石油平台上的应用探讨

郝敬雷，王玉伟，吴 蕾，王 峻，刘 琦

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 塘沽 300452）

随着海洋工程领域的高速发展，海上油田、工程船舶、海底管道等领域的管道连接新技术逐渐的被应用［1］。海上管道主要用于石油、天然气、高压水、液体和气体介质的输送，由于传统焊接连接技术工序多、效率低、耗能高、污染环境大等缺点且石油行业对施工防爆要求较高，所以管道非焊接连接方式应用越来越广泛，越来越受到广大工程技术人员的青睐。现阶段非焊接管道连接方式主要有沟槽式管道连接技术、卡套式管道连接技术、扩口式管道连接技术、37°扩口式法兰连接技术、90°扩口式法兰连接技术、止推式法兰连接技术、HAELOK机械压力式管道连接技术等。沟槽式管道连接技术、卡套式管道连接技术、扩口式管道连接技术、37°扩口式法兰连接技术、90°扩口式法兰连接技术、止推式法兰连接技术等属于常用的非焊接管道连接技术，已被大家所熟悉和掌握［2］。本文主要针对由我公司进行二次创新的机械压力接头技术进行介绍。

1 法兰和机械压力接头综合比较

1.1 法兰使用限制

在海洋石油平台上，管道与法兰连接处一般采用焊接连接。但在特定条件下，管道连接不允许使用焊接连接方式，例如部分管线进行防腐处理后，不能再次动火（镀锌管线、内涂塑管线等）；部分管线预制、安装，特别是维修时，有空间限制。而机械压力接头的应用能很好的解决以上问题，在国外应用实例很多。

1.2 法兰较机械压力接头的优点

在国内的海洋石油平台上，传统的法兰连接方式得到大规模使用，而机械压力接头则很少使用，原因主要有以下几个方面：

（1）由于法兰连接被普遍运用，被标准化，节省设计流程。根据实际情况按标准选择，而且产品规格型号标准化。而机械压力接头各种规格参数需要重新设计计算，相对于法兰等成熟产品花费大。

（2）由于机械压力接头没有标准化，并没有大规模制造，从而造成该产品制造费用相对于法兰较高。

（3）法兰外形简单，机械压力接头的形状、制造精度相比法兰要求高，加工制造也比法兰复杂一些。

（4）法兰使用范围广，使用和后期的维修经验多，而机械压力接头因为应用较少，缺少使用和维护的经验，一般不大容易被接受。

1.3 法兰缺点

法兰虽然优点很多，但也有其突出缺点：连接件太多，绝大部分法兰需要焊接，焊接后需要报检，有安装和使用的空间限制，拆卸后必须更换垫片等［3］。法兰虽然能满足海洋平台大部分管线连接的需要，但是对于镀锌管线、内涂塑管线、有空间限制的管线仍不适用。

1.4 机械压力接头优点

机械压力接头有以下几大优点：

（1）施工工艺简化

管道焊接连接方法，工序较多，效率低；机械压力接头不涉及焊接，更没有对连接处进行无损检验，施工工人使用专用的液压工具将管子端部插入到压力接头中，然后根据管线施工图纸中的尺寸对管线进行下料施工。

（2）提高工作效率，缩短施工工期

施工程序简单，可以使管线的预制、安装更加快捷、方便，极大的节省施工工期，提高管线在预制、安装时的场地使用率，节约施工资源及施工时间。综合比较结果详见表1和表2。

表1 法兰和机械压力接头综合比较（碳钢管道）Table 1 The flange and the mechanical pressure joint comprehensive comparison（carbon steel）

（3）降低环境的污染、节能降耗，减少特殊工种对人的伤害。

避免明火作业、管线焊接、焊道无损检测等作业对施工工人的伤害，降低对环境造成的污染和破坏；减化施工环节，提高施工安全可靠性；降低管道系统制造安装过程的电能消耗，节能增效。

（4）在维修生产中的管线时，不动明火，安全快速，方便简洁。

（5）机械压力接头技术经济优势明显、性价比高。

现以西江DPP平台柴油管道系统（碳钢管道）和西江DPP淡水管道系统（316SS不锈钢管道）为例，管道系统以采用法兰和机械压力接头（机械压力接头实现本地化规模生产）连接，从工期、各单项和综合费用等进行比较。西江DPP平台柴油管道系统管线约700 m、淡水管道系统管线约500 m，管线尺寸从1/2″至8″。

1.5 机械压力接头局限性

表2 法兰和机械压力接头综合比较（不锈钢管道）Table 2 The flange and the mechanical pressure joint comprehensive comparison（stainless steel）

1.6 机械压力接头密封原理

机械压力接头连接原理是在2根即将连接管线的端口处，外部套密封卡套，该卡套上设置2个压紧环，压紧环与卡套为整体构造，在卡套外部设置一个压紧机构。在连接时由液压工具对该压紧机构施加力，通过压紧机构对密封卡套挤压加力，使卡套压紧环缩小产生形变，挤压在即将连接的管线外部，与管线外表面产生过盈配合，从而实现密封效果（图1）。

图1 机械压力接头密封原理Fig.1 Mechanical pressure joint sealing principle

机械压力接头也有其明显的局限性。机械压力接头不能进行维修；超高压、大尺寸的机械压力接头的应用还有待于研究开发；在施工中精度要求较高，必须使用切管机进行管线切割保证管线垂直度90°±2°，打磨切口内外表面，去除毛刺保证光滑；在维修时，被维修管线破损段被移走，同时将两端安装有机械接头的短管放置到修理位置，这样可能的泄漏点就由两个增加到4个。

2 结束语

机械压力接头连接技术的应用，使复杂的管道连接工序变得简单、快捷、方便，是管道非焊接连接技术的又一进步。虽然目前在国内机械压力接头应用并不广泛，但是凭借着其众多的优点，在未来一定会在海洋工程和船舶领域得到更为广泛的应用。

［1］王海萍，于彬，谢维维．维特利接头在海洋石油平台管道系统中的应用[J]．天津航海,2008(3): 18-19．

［2］王天成．新型无焊接管道技术在石油机械中的应用[J]．石油矿场机械,2007，36（3）：46-48.

［3］阮春田，张嘉林.卡箍连接的应用及设计探讨[J] ．化工管道与设备,2003(5):21-23.