使用无焊接法兰管道连接的意义

  为了提高管道使用效率，防止设备腐蚀提高管道使用寿命，降低管道使用的综合成本，许多企业采取降低介质压力及温度方式来适应非金属管道的应用，但许多工艺是没有办法降低介质温度及压力的，或者高成本使用不锈钢管道，尽管使用高成本的不锈钢管道其腐蚀问题依然会存在。不锈钢一般可以分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢以及沉淀硬化不锈钢四大类。奥氏体不锈钢是这四类不锈钢中性能优越、应用最广泛的钢种，但是其耐应力腐蚀的性能并不强。因此，人们对奥氏体不锈钢应力腐蚀性能的研究最重视，也是最深入的。一般情况下，发生应力腐蚀开裂应具备两个条件：一是存在拉伸应力；二是存在特定的腐蚀环境，包括腐蚀介质的成分、浓度和温度等。

  应力腐蚀的来源有三个方面：一是外加载荷；二是残余应力，例如焊接、冷加工、装配等工艺所形成的残余应力；三是腐蚀产物。残余应力是应力腐蚀发生的主要应力来源，尤以焊接残余应力为主。试验证明：应力大小影响应力腐蚀开裂程度，并且在一些奥氏体不锈钢环境体系中存在应力腐蚀阈值，即当拉应力低于该值时，不会发生应力腐蚀破裂，反之则会发生。但是，在某些时候，这个临界应力值是很低的，引起奥氏体不锈钢应力腐蚀的常见介质有：各种氯化物或含氯化物的溶液（包括盐水、海水、河水、井水、高温高压水、水蒸汽和海洋性大气等）、氢氧化物、硝酸和硝酸盐、氢氟酸、氟硅酸和含氟离子的水溶液、硫化氢水溶液、硫酸和亚硫酸等，而且腐蚀介质的浓度无需很高。奥氏体不锈钢会在氯化物浓度仅为百万分之几的高温水中发生 SCC。并且，奥氏体不锈钢的应力腐蚀破裂不仅会在较高温度下发生，在常温下也会发生。奥氏体不锈钢的应力腐蚀和防护理论具有不同的侧重点，只能解释特定环境介质下的应力腐蚀开裂，但是大家普遍认为：在较大的拉应力作用下，金属材料的原子处于不稳定的高能状态，在特定的腐蚀介质作用下，原子容易失去电子而使材料遭受腐蚀，进而发生脆裂，即产生微裂纹；而后由于微裂纹的应力集中效应，使材料的脆裂得以快速扩大，最终导致材料断裂。

  对于奥氏体不锈钢焊接构件而言，由于存在焊接残余应力，即使在无载荷情况下放置，只要存在适当的腐蚀介质，就可能形成应力腐蚀裂纹，而且焊接接头属于非均质材料，又是各种应力叠加的集中处，其表面脆性层易剥落成微缺陷区，成为应力腐蚀的微裂纹源，更加降低了焊接构件抗应力腐蚀开裂的能力。因此消除焊接残余应力成为提高焊构件抗应力腐蚀性能的可行方法。目前先进的消除焊接应力的方法有振动时效和豪克能超声冲击焊接应力消除，已经在焊接行业有了广泛的应用，尽管如此，还包括探伤都会增加管道安装的相应成本。

  压力管道的分类与管道材质无关，是跟介质的温压特性及管径有关。按《特种设备安全监察条例》第八章99条第三项里说：“压力管道，是指利用一定的压力，用于输送气体或者液体的管状设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于0.1MPa（表压）的气体、液化气体、蒸汽介质或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体介质，且公称直径大于25mm的管道。”这样看只要符合条件非金属管道也可能属于压力管道，但非金属管道一般耐压是低于1.6Mpa1的，还有就是TSG D0001 中有一条很玩味的规定：非金属管道应当遵守其他安全技术规范的规定。那就是说非金属管道优先遵守特定的规定，但并没把非金属管道排除在工业管道之外，这就说明了采用非金属管道尽量是低压工作环境。

  镀锌管可经受3~5年的腐蚀，而且镀锌管若采用焊接法兰，安装规程是不允许的，若采用焊接法兰必须做第二次防腐处理。而在相同介质的情况下，非金属管道可经受15~20年的腐蚀，可非金属管道成本是金属管道的一倍，安装费用两者差不多，但拆卸更换非金属管道比较方便，若金属管道采用非焊接法兰连接其方便程度更优于非金属管道，十年每1km管道可以节约200万元以上的费用。

  管道承压能力直接受到管壁厚的限制，管道壁厚增加不仅增加成本，而且会增加安装难度，壁厚减薄会在管道后期产生严重的腐蚀，并因流体压力而击破管道发生爆炸，这样会造成巨大的经济损失。所以，采用什么材质管道更经济，这与管道连接工艺是有很大的关系。

  综上所述，金属管道投资成本省，耐压程度高，凡高压的管道连接目前均采用的是焊接法兰连接，但焊接会出现应力腐蚀的问题，因此，无焊接的管道法兰连接技术的应用重要性可见一斑了。

  当然我们还可以采用无焊接的镀锌管连接及衬塑钢管的无焊接法兰连接，从而实现无锈垢管网系统，对提高系统换热，降低能耗大有裨益，据相关学术研究锈垢最高会导致系统能耗增加40%以上，若把无焊接的管道法兰连接技术应用到中央空调系统，这不只是减少管道安装成本问题，还能够提高系统运行效率，降低能耗。

  还有针对易燃易爆介质管道连接及维修具有非常重要意义，尤其是石油钻井平台管道连接很有实际应用价值，钻井平台无法采用焊接方式进行维护管道，所以目前普遍采用了GS无焊接法兰管道连接技术，但该技术还需要针对所连接的管道端口进行扩孔处理，这也是非常麻烦的事情，而本发明专利的无焊接管道连接技术是无须对管道做任何处理的，且耐压层级还要高于GS无焊接法兰管道连接技术。

与GS法兰比较优势

下面是GS法兰结构示意图，须有三个O型橡胶密封圈。

  GS-37°扩口法兰系统可广泛应用于不同工业领域的高压和中压装置，使用无焊接法兰连接技术目的在于降低管道安装风险，便于管道拆卸维修，许多领域必须选择使用无焊接法兰连接技术，如船舶工程，海洋工程，汽车工业，金属，采矿，林木业，钻井平台，造纸，航空航天及国防领域，特别是贵重介质，或者有毒有腐蚀性的流体管道连接须采用GS法兰连接技术。

  GS-37°扩口法兰系统适用于液压管，润滑管线，碳氢化合物管线，高压空气管，泥浆管，高压水清洁管线以及其它要求高清洁度，安装快捷的管道系统。对于尺寸较小的管线，GS-37°扩口法兰系统比“咬合”型接头更安全，尤其是剧烈震动和使用不锈钢管道系统的情况下。

  GS-37°扩口法兰系统获得全球众多船级社的认证，包括DNV，GL，LR，BV，NK，RINA及ABS等等。GS-37°扩口法兰系统（IS70, IS80, GS70及JS80）还经NORSOK（挪威石油标准化组织）批准可用于海洋工程。

  GS法兰管道连接技术其优势在于安装方便，尤其是无法焊接的地方采用此类法兰可避免焊接过程中出现火灾或爆炸事故，再说了焊接的法兰在使用过程中还会出现热应力腐蚀，即使采用不锈钢法兰也会有热应力腐蚀问题。当然GS法兰连接需要针对被连接的管道端口进行扩孔，使用过程中也会出现形变应力腐蚀，不过形变应力腐蚀不会像焊接出现热应力腐蚀那么严重，但是给管道扩孔也带来一些麻烦，尤其大直径管道扩孔变得极其困难，甚至是不可能的事情，所以GS法兰管道连接只适用于管径小于200mm的管道，从而就限制其应用范围，这就是GS法兰管道连接技术的弊端，不过许多领域不管其多麻烦，价格多昂贵，还必须采用GS法兰连接技术不可。

  由此我们也看到此领域的商机，我们技术完全可以替代GS法兰连接技术，且比GS法兰连接技术更具有优势，本发明专利“无需焊接的管道法兰连接技术”相比GS法兰管道连接技术更简单，耐压高度会更高，安装更方便，应用领域会更广，它不仅适用于低压、中压、高压、甚至是超高压，尤其是本发明专利无须对被连接管道做任何形变处理，这不仅减少了安装费用及工时，还不存在热应力腐蚀问题，同样也不存在形变应力腐蚀问题，而GS法兰密封材料是无法采用可耐高温的金属材料，而本发明专利是可以采用U型金属密封圈，其耐高温可超过400℃以上的。许多期待更安全，成本更低，可靠性更高的领域可采用本发明专利管道连接技术，尤其像天然气管道，输油管道，还有核辐射的核电热力管道等。下面图片1是DN50本发明专利连接装置是采用了两个菱形锁紧法兰夹有一个密封套管（大管径须采用圆形锁紧法兰），而两个对称紧定衬套分别嵌套于左右菱形锁紧法兰中心孔内，而紧定衬套把左右O型密封圈压入到密封套管两端内，若左右两个管道插入此连接装置内并进入到密封套管里，再把两个螺母拧紧，这两个管道就连接成功了，如图片2所示。

图片1

图片 2

图片3

  图片3是该连接装置被拆卸了，可见到的所有的零配件，其配件数量虽然与GS法兰连接装置是一样的，但GS法兰连接会有四个高成本配件，它们分别是左右锁紧法兰和左右嵌套密封管，而本发明专利主要成本在左右锁紧法兰和中间的密封套管，只有三个主要零件，并且零件精度要求没有GS法兰那么高，其紧定衬套成本很低，一般只有0.2元~5元（各类管径），还有锁紧法兰材料厚度要求也要低许多，因为受力方向不同于GS法兰90°而是180°受力方向，所以密封起来省力许多，法兰片也要薄，螺杆螺帽也要少。最关键的还是本发明专利无须对被连接管道进行扩孔处理，这给安装带来极大的便利。若采用非金属紧定衬套，我们还可以采用紧定密封一体件，其成本会更低，针对中低压管道连接都可以采用这样紧定密封一体件来实现。如示意图1所示。

图1