论文部分内容阅读
摘要：在海洋石油平台的工艺生产中，无论是现场仪表的安装连接、仪表气源的供给，还是井口控制盘的液压控制，仪表管接头都发挥了重要的作用。本文对管接头的结构形式、工作原理、材料工艺及安装等方面进行论述，为仪表管件的选择和使用提供参考。
关键词：仪表管接头;低温渗碳方法（LTCSS）； Tubing管
The application of instrument fittings on the offshore oil platform
Liu jianfei, Wang jing
Abstract：In the producing of offshore oil platform, instrument fittings play important roles on instrument installation, air supply and hydraulic control in wellhead control panel. The fittings’ construction, operating principle, material and hookup etc are discussed in this article serving for selection and application of fittings.
Key words: Instrument fittings; Low-temperature carburization method (Low-Temperature Colossal Supersaturation); Tubing.
中图分类号：F470.22 文献标识码：A
引言
经过30年的蓬勃发展，我国投产的海洋石油平台达百余座，国内油气量已超过5000万吨，保障了国家能源安全。海洋石油平台是油气开采、处理和集输的综合体，作为平台上最小的零件，仪表管接头在仪表气、流体介质和液压驱动方面，得到了大量的应用。目前采用的仪表管接头多为进口产品，专利的结构设计和几何原理、特殊的材料处理工艺和精密的加工切削保证了平台生产的需要。
1、仪表管接头的结构形式、工作原理
仪表管接头包括许多类型，例如由壬接头、卡管外螺纹接头、卡管内螺纹接头、焊接接头等。本文仅以常用的某品牌的卡管外螺纹接头为例加以介绍，如图1[1]示：
图1卡管外螺纹接头
图1中的卡管外螺纹接头包括两部分，即外螺纹部分和卡管连接部分。其中外螺纹采用的是美标NPT螺纹标准，螺纹牙型角为60°螺纹锥度为1:16，如图2[2] [3]所示：
图2 美制标准NPT螺纹的基本形式
为保证螺纹的密封效果，在ASME B1.20.1不仅规定了NPT螺纹的牙型、角度及锥度，更明确了不同公称直径管子每英寸的牙数（轴向方向）、牙顶高和牙底高的公差，牙侧角偏差及有效螺纹导程等。
卡管连接部分主要包括接头本体、双卡套（前卡套、后卡套）及螺母，如图1所示。在装配时，旋转螺母好，后卡套沿着轴向推动前卡套，前卡套在后卡套铰链的作用下向着接头本体和管子形成的楔形空间移动完成紧密地配合，保证了与接头本体的密封，也保证了与管子的密封连接；与此同时，由于螺母和前卡套的共同作用，导致后卡套向内移动在径向抓紧管子外壁，从而在管子上形成第二级紧密的支撑。
2、仪表管接头的材质应用及相应的处理工艺
在海洋石油平台上，由于海洋潮湿、高盐分的环境特点以及不同流体的腐蚀特性，合适材质的选择和工艺处理对仪表管接头来说尤为重要。
2.1管接头材质应用
根据目前平台的应用情况，平台仪表气比较干净，同时含油、含水分量都比较少，腐蚀性较小。另外考虑到成本的问题，因此仪表气主管路通常采用碳钢镀锌管，但是在支管與接收气源接口的部分，需要采用柔韧度较好的316SS无缝管进行连接，同时考虑到材质匹配，就必须采用316SS材质的管接头，这样既满足海洋工况腐蚀的要求又满足了密封的要求。
在井口液压控制方面，通常液压油不存在腐蚀的问题，这时主要考虑外界海洋工况的腐蚀。因此316SS材质的管接头在满足压力等级要求的条件下，就能满足使用要求。
2.2管接头材质的处理工艺
管接头的所有部件都是必须采用同种材质，这不仅是由于避免不同材质可能发生的电化学腐蚀，同时也考虑了不同材料的膨胀系数，来保证管接头安装的公差配合。
316SS的管接头在平台上应用最为广泛，对于管接头螺母、前卡套及本体（详见图1）来说，选择合格的母材316SS基本可以满足使用要求，只是在管接头螺纹进行了镀银处理，银镀层为螺纹密封提供了润滑功能减少了安装扭矩。而后卡套的工艺处理就相对比较复杂，这是因为在管接头与管子连接的过程中，后卡套在螺母的作用下首先是推动前卡套沿着管子径向移动使之完成与管子的密封动作，其次后卡套还要起到与管子的抓紧和抗震作用。316SS为奥氏体不锈钢，材质偏软抗疲劳性差，且海洋盐雾仍对其有一定的腐蚀，为使316SS材质的后卡套满足应用要求，必须采用相应的化学处理工艺，如低温渗碳的技术对奥氏体不锈钢进行处理来提高316SS的表面硬度并保持其延展性。
3、仪表管接头的安装及检测
管接头的安装需要配合合适的tubing管来完成，tubing选用的主要原则有：tubing管材质要比管接头材料软，管子同心度、椭圆度及表面光洁度满足一定要求，管子壁厚及外径满足工况压力等级要求等。
3.1管接头的安装[5]
选择合适的tubing管后，就可以进行安装了。常规管接头的安装分为以下几个步骤：
一 将管接头PIPE管螺纹部分涂上螺纹密封剂或缠上密封带，与PIPE连接件拧紧即可；
二 对于tubing管连接部分，需将tubing管插入接头，确保管子牢固地抵住接头底部，并且用手拧紧螺母；
三 在螺母的六点处做一记号；
四 用固定扳手抓住接头本体同时旋转螺母1 1/4圈，此时记号应在9点钟位置，这样管接头和tubing管就安装好了。
另外需要注意的是对于一些小尺寸规格的管接头（如1/16”、1/8” 、3/16”）,仅需要从手拧紧处开始旋转3/4圈即可，具体情况还需要参考厂家产品安装说明。
3.2管接头的检测
一般来说，管接头的检测包括安装检测和泄露检测。
安装检测是为保证安装质量，避免由于转动不紧而导致的潜在危险。通常将检验规插入管接头本体和螺母之间，如果检验规可以放到螺母和本体六角头之间，则表示螺母拧的不够紧，不能满足安装的要求。
管接头按要求装配好后，并不意味着管接头的连接处一定满足泄露要求，因此还需要对管接头进行泄露检测，目前通常做法是采用专用的检测液来完成，保证连接点的密封效果。
结束语
目前，SWAGELOK和PARKER HANNIFIN等厂家的仪表管接头在海洋平台上应用相当广泛但是价格比较昂贵，而国内厂家众多但应用效果并不理想。因此需要不断加大材料研究的技术投入，提升材料冶炼和材料处理工艺水平，制造出满足各种工况条件下的优质产品，满足我国工业生产的需要。
参考文献：
[1] Swagelok 产品样本, USA, SWAGELOK COMPANY 2006;
[2] GB/T 12716-200260°密封管螺纹 [S].中华人民共和国，中国机械工业联合会；
[3] ASME B1.20.1 Pipe threads, general purpose (inch)-1983 [S]. USA, API (American Petroleum Institution);
[4] Sunniva Collins & Peter Williams. Low Temperature Colossal supersatura- tion [J]. ADVANCED MATERIALS &PROCESSES, 2006, September;
[5] F.J.Callahan. Swagelok Installer manual, USA.
作者简介：
刘俭飞 男，生于1984年，海洋石油工程股份有限公司 电仪专业工程师。
王 晶女，生于1984年，海洋石油工程股份有限公司 电仪专业助理工程师。
关键词：仪表管接头;低温渗碳方法（LTCSS）； Tubing管
The application of instrument fittings on the offshore oil platform
Liu jianfei, Wang jing
Abstract：In the producing of offshore oil platform, instrument fittings play important roles on instrument installation, air supply and hydraulic control in wellhead control panel. The fittings’ construction, operating principle, material and hookup etc are discussed in this article serving for selection and application of fittings.
Key words: Instrument fittings; Low-temperature carburization method (Low-Temperature Colossal Supersaturation); Tubing.
中图分类号：F470.22 文献标识码：A
引言
经过30年的蓬勃发展，我国投产的海洋石油平台达百余座，国内油气量已超过5000万吨，保障了国家能源安全。海洋石油平台是油气开采、处理和集输的综合体，作为平台上最小的零件，仪表管接头在仪表气、流体介质和液压驱动方面，得到了大量的应用。目前采用的仪表管接头多为进口产品，专利的结构设计和几何原理、特殊的材料处理工艺和精密的加工切削保证了平台生产的需要。
1、仪表管接头的结构形式、工作原理
仪表管接头包括许多类型，例如由壬接头、卡管外螺纹接头、卡管内螺纹接头、焊接接头等。本文仅以常用的某品牌的卡管外螺纹接头为例加以介绍，如图1[1]示：
图1卡管外螺纹接头
图1中的卡管外螺纹接头包括两部分，即外螺纹部分和卡管连接部分。其中外螺纹采用的是美标NPT螺纹标准，螺纹牙型角为60°螺纹锥度为1:16，如图2[2] [3]所示：
图2 美制标准NPT螺纹的基本形式
为保证螺纹的密封效果，在ASME B1.20.1不仅规定了NPT螺纹的牙型、角度及锥度，更明确了不同公称直径管子每英寸的牙数（轴向方向）、牙顶高和牙底高的公差，牙侧角偏差及有效螺纹导程等。
卡管连接部分主要包括接头本体、双卡套（前卡套、后卡套）及螺母，如图1所示。在装配时，旋转螺母好，后卡套沿着轴向推动前卡套，前卡套在后卡套铰链的作用下向着接头本体和管子形成的楔形空间移动完成紧密地配合，保证了与接头本体的密封，也保证了与管子的密封连接；与此同时，由于螺母和前卡套的共同作用，导致后卡套向内移动在径向抓紧管子外壁，从而在管子上形成第二级紧密的支撑。
2、仪表管接头的材质应用及相应的处理工艺
在海洋石油平台上，由于海洋潮湿、高盐分的环境特点以及不同流体的腐蚀特性，合适材质的选择和工艺处理对仪表管接头来说尤为重要。
2.1管接头材质应用
根据目前平台的应用情况，平台仪表气比较干净，同时含油、含水分量都比较少，腐蚀性较小。另外考虑到成本的问题，因此仪表气主管路通常采用碳钢镀锌管，但是在支管與接收气源接口的部分，需要采用柔韧度较好的316SS无缝管进行连接，同时考虑到材质匹配，就必须采用316SS材质的管接头，这样既满足海洋工况腐蚀的要求又满足了密封的要求。
在井口液压控制方面，通常液压油不存在腐蚀的问题，这时主要考虑外界海洋工况的腐蚀。因此316SS材质的管接头在满足压力等级要求的条件下，就能满足使用要求。
2.2管接头材质的处理工艺
管接头的所有部件都是必须采用同种材质，这不仅是由于避免不同材质可能发生的电化学腐蚀，同时也考虑了不同材料的膨胀系数，来保证管接头安装的公差配合。
316SS的管接头在平台上应用最为广泛，对于管接头螺母、前卡套及本体（详见图1）来说，选择合格的母材316SS基本可以满足使用要求，只是在管接头螺纹进行了镀银处理，银镀层为螺纹密封提供了润滑功能减少了安装扭矩。而后卡套的工艺处理就相对比较复杂，这是因为在管接头与管子连接的过程中，后卡套在螺母的作用下首先是推动前卡套沿着管子径向移动使之完成与管子的密封动作，其次后卡套还要起到与管子的抓紧和抗震作用。316SS为奥氏体不锈钢，材质偏软抗疲劳性差，且海洋盐雾仍对其有一定的腐蚀，为使316SS材质的后卡套满足应用要求，必须采用相应的化学处理工艺，如低温渗碳的技术对奥氏体不锈钢进行处理来提高316SS的表面硬度并保持其延展性。
3、仪表管接头的安装及检测
管接头的安装需要配合合适的tubing管来完成，tubing选用的主要原则有：tubing管材质要比管接头材料软，管子同心度、椭圆度及表面光洁度满足一定要求，管子壁厚及外径满足工况压力等级要求等。
3.1管接头的安装[5]
选择合适的tubing管后，就可以进行安装了。常规管接头的安装分为以下几个步骤：
一 将管接头PIPE管螺纹部分涂上螺纹密封剂或缠上密封带，与PIPE连接件拧紧即可；
二 对于tubing管连接部分，需将tubing管插入接头，确保管子牢固地抵住接头底部，并且用手拧紧螺母；
三 在螺母的六点处做一记号；
四 用固定扳手抓住接头本体同时旋转螺母1 1/4圈，此时记号应在9点钟位置，这样管接头和tubing管就安装好了。
另外需要注意的是对于一些小尺寸规格的管接头（如1/16”、1/8” 、3/16”）,仅需要从手拧紧处开始旋转3/4圈即可，具体情况还需要参考厂家产品安装说明。
3.2管接头的检测
一般来说，管接头的检测包括安装检测和泄露检测。
安装检测是为保证安装质量，避免由于转动不紧而导致的潜在危险。通常将检验规插入管接头本体和螺母之间，如果检验规可以放到螺母和本体六角头之间，则表示螺母拧的不够紧，不能满足安装的要求。
管接头按要求装配好后，并不意味着管接头的连接处一定满足泄露要求，因此还需要对管接头进行泄露检测，目前通常做法是采用专用的检测液来完成，保证连接点的密封效果。
结束语
目前，SWAGELOK和PARKER HANNIFIN等厂家的仪表管接头在海洋平台上应用相当广泛但是价格比较昂贵，而国内厂家众多但应用效果并不理想。因此需要不断加大材料研究的技术投入，提升材料冶炼和材料处理工艺水平，制造出满足各种工况条件下的优质产品，满足我国工业生产的需要。
参考文献：
[1] Swagelok 产品样本, USA, SWAGELOK COMPANY 2006;
[2] GB/T 12716-200260°密封管螺纹 [S].中华人民共和国，中国机械工业联合会；
[3] ASME B1.20.1 Pipe threads, general purpose (inch)-1983 [S]. USA, API (American Petroleum Institution);
[4] Sunniva Collins & Peter Williams. Low Temperature Colossal supersatura- tion [J]. ADVANCED MATERIALS &PROCESSES, 2006, September;
[5] F.J.Callahan. Swagelok Installer manual, USA.
作者简介：
刘俭飞 男，生于1984年，海洋石油工程股份有限公司 电仪专业工程师。
王 晶女，生于1984年，海洋石油工程股份有限公司 电仪专业助理工程师。