第9章　法蘭及絕緣接頭

9.1　普通管法蘭

9.1.1　概述

普通管法蘭（flange）是使管子與管子相互連接的零件，其連接于管端。法蘭上有孔眼，可穿螺栓，使兩法蘭緊連，法蘭間用襯墊密封。法蘭管件（flanged pipe fittings）指帶有法蘭（突緣或接盤）的管件。它可由鍛造而成，也可由螺紋連接或焊接構(gòu)成。法蘭連接（flange joint）由一對法蘭、一個墊片及若干個螺栓、螺母組成，墊片放在兩法蘭密封面之間，擰緊螺母后，墊片表面上的比壓達到一定數(shù)值后產(chǎn)生變形，并填滿密封面上凹凸不平處，使連接嚴密不漏。有的管件和器材已經(jīng)自帶法蘭盤，也是屬于法蘭連接。法蘭連接是管道施工的重要連接方式之一。

法蘭連接使用方便，能夠承受較大的壓力。在工業(yè)管道中，法蘭連接的使用十分廣泛。一般適用于壓力為0.25～42.0MPa輸送水、油、空氣、煤氣、蒸汽等的管路上，如鍋爐房、水泵房、輸水管道等，到處都是法蘭連接的管道和器材。

管法蘭的標準種類很多，有平面整體（對焊、帶頸平焊、帶頸承插焊、板式平焊）管法蘭、凸面整體（對焊、帶頸平焊、帶頸承插焊、板式平焊、對焊環(huán)松套板式）管法蘭、凹凸面整體（對焊、帶頸平焊、帶頸承插焊、對焊環(huán)松套板式）管法蘭、榫槽面整體（對焊、帶頸平焊、帶頸承插焊、對焊環(huán)松套板式）管法蘭、環(huán)連接面整體（對焊、帶頸平焊、對焊環(huán)松套帶頸）管法蘭、凸面帶頸螺紋管法蘭、板式翻邊松套管法蘭等。

按照GB/T 9124—2010《鋼制管法蘭　技術(shù)條件》的規(guī)定，管法蘭分為PN標記法蘭和Class標記法蘭，各種管法蘭的類型與代號見GB 9112，其公稱通徑、公稱壓力、結(jié)構(gòu)形式及尺寸分別按GB/T 9113～GB/T 9122標準進行，尺寸公差按GB/T 9124—2010《鋼制管法蘭　技術(shù)條件》中表36和表37的規(guī)定。大直徑鋼制法蘭（DN650～DN1500）A、B系列各壓力等級管法蘭的結(jié)構(gòu)形式及尺寸、尺寸公差見GB/T 13402—2010《大直徑鋼制管法蘭》中的規(guī)定。

制作管法蘭的原材料包括：鑄件、鍛件、鋼板、鋼管、棒材或型材，材料的選用應(yīng)符合GB/T 9124.3中表1或表2的要求；大直徑鋼制管法蘭使用的材料應(yīng)符合GB/T 13402中4的要求，并具有相應(yīng)的質(zhì)量證明文件。

9.1.2　管法蘭的制作

①原材料檢驗、驗收：原材料進廠后核查鑄件、鍛件、鋼板、鋼管、棒材或型材的數(shù)量、規(guī)格與質(zhì)量證明書是否相符，然后對質(zhì)量證明書進行編號，并按技術(shù)要求送檢。

②根據(jù)管法蘭的類型按GT/T9124中表39的要求選擇對應(yīng)的坯料。

③按管法蘭結(jié)構(gòu)尺寸要求鍛造、鑄造或切割毛坯料。

④按圖紙要求對毛坯件進行粗機加工成半成品。

⑤對半成品進行退火處理（需要時）。

⑥對半成品進行精機加工成成品。

⑦按技術(shù)要求對成品進行無損檢測、測試硬度、尺寸檢驗、壓力測試等。

⑧對成品采取必要的防護措施以防止密封面銹蝕、劃傷和撞擊，并進行防腐處理。

⑨產(chǎn)品包裝，入庫。

9.1.3　管法蘭的檢驗

①法蘭表面應(yīng)光滑，不得有傷痕、裂紋等缺陷。

②機加工表面不得有毛刺、有害的劃痕和其他降低法蘭強度及連接可靠性的缺陷。

③環(huán)連接面法蘭的密封面應(yīng)逐件進行檢查，環(huán)槽的密封面不得有裂紋、劃痕或撞傷等缺陷。

④用對應(yīng)量程的卡尺逐件檢驗法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸，各尺寸的公差應(yīng)在GB/T 9124或GB/T 13402規(guī)定的尺寸公差范圍內(nèi)。

9.2　絕緣法蘭

9.2.1　概述

對同時具有埋地鋼質(zhì)管道要求的密封性能和電化學保護工程所要求的電絕緣性能的管道法蘭的統(tǒng)稱。它包括一對鋼法蘭、兩法蘭間的絕緣密封件、法蘭緊固件和緊固件絕緣零件以及與兩片法蘭已分別相焊的一對鋼質(zhì)短管。

絕緣法蘭按其絕緣密封件結(jié)構(gòu)的不同分為Ⅰ型絕緣法蘭（即比壓密封型絕緣法蘭）和Ⅱ型絕緣法蘭（即自緊密封型絕緣法蘭）兩種。

Ⅰ型絕緣法蘭（比壓密封型絕緣法蘭）是靠預(yù)緊具有良好回彈性能和電絕緣性能的單一絕緣密封零件到規(guī)定的密封比壓，來同時實現(xiàn)法蘭連接處密封和電絕緣的絕緣法蘭，見圖1-9-1。

Ⅱ型絕緣法蘭（自緊密封型絕緣法蘭）是由O形橡膠密封圈和絕緣密封件組成，在法蘭密封面間同時實現(xiàn)自緊式密封和電絕緣要求的絕緣法蘭，見圖1-9-2。

9.2.2　絕緣法蘭的構(gòu)造和工作原理

絕緣法蘭由法蘭、緊固件、絕緣密封件、緊固件絕緣零件、短管組成。在絕緣法蘭的左、右法蘭對接端面間夾有絕緣密封件，兩法蘭依靠若干個緊固件均勻地緊固在一起，緊固件與兩法蘭依靠緊固件絕緣零件絕緣，形成具有絕緣性能的密封結(jié)構(gòu)，保留了法蘭原有的基本功能，又具有了良好的絕緣性能。

9.2.3　產(chǎn)品特點

①絕緣性能好。2500V搖表測試絕緣電阻大于等于10MΩ，擊穿電壓大于等于2.5kV。

②壽命長。設(shè)計壽命不少于2年。

③強度高。壓力試驗壓力大于等于1.5PN（設(shè)計壓力），承受彎矩大，與管線等強度。

④使用溫度。-30～90℃。

⑤適用介質(zhì)。油、氣、水、化工原料、煤漿等。

⑥組裝拆卸方便。在組裝和安裝狀態(tài)下方便拆卸和更換各可拆卸零件。

Ⅰ型和Ⅱ型絕緣法蘭均采用帶錐頸的對焊法蘭；只有當法蘭的公稱通徑小于或等于400mm時，Ⅰ型絕緣法蘭才可以采用平焊法蘭。

Ⅰ型絕緣法蘭只應(yīng)用于公稱壓力PN小于或等于2.5MPa的場合。

9.2.4　絕緣法蘭的制造與組裝

（1）原材料的選擇　絕緣法蘭金屬材料應(yīng)選用電爐或氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉的鎮(zhèn)靜鋼。受壓元件采用鍛件并符合NB/T40008或NB/T47009的規(guī)定，并根據(jù)設(shè)計壓力、重量和尺寸大小，選用相應(yīng)的鍛件級別。Ⅰ型絕緣法蘭的單一絕緣密封件宜采用非石棉纖維類橡膠板、氯丁橡膠板、聚四氟乙烯板材等材料制作。螺栓絕緣墊圈材料的抗拉強度應(yīng)不低于150MPa；螺栓絕緣墊圈和螺栓絕緣襯套應(yīng)選用能在絕緣工作表面間形成500kΩ以上電阻的材料。

（2）原材料的檢驗與驗收　原材料進廠后核查鋼板和鍛件數(shù)量、規(guī)格與質(zhì)量證明書是否相符，然后對質(zhì)量證明書進行編號，并送檢。

（3）卷制筒節(jié)　將切割好的鋼板送入卷板機，卷成筒狀，再運用自動焊機將接縫處焊接成筒節(jié)。

（4）法蘭的加工　將鍛制好的鍛件送入車床及鉆床按工藝卡片進行精細加工，機械加工表面和非機械加工表面的線性尺寸的極限偏差，應(yīng)符合GB/T 1804中m級的規(guī)定。

（5）絕緣密封件和緊固件絕緣零件的加工　絕緣密封件和緊固件絕緣零件的加工應(yīng)按SY/T 0516—2008中7.4、7.5的規(guī)定執(zhí)行。

（6）組裝　按圖明細表備齊各零件，并使用干凈的紗布對各零件表面進行清潔，不得存在油污、鐵屑等雜物。將法蘭Ⅰ、密封圈、絕緣密封件、法蘭Ⅱ、緊固件、緊固件絕緣件按圖紙裝成組件，然后置于工裝上用50t千斤頂壓緊，壓緊后均勻緊固各緊固件。

（7）焊接　組對短節(jié)Ⅰ與法蘭Ⅰ、短節(jié)Ⅱ與法蘭Ⅱ，點焊，按照焊接工藝卡進行施焊。

（8）焊縫的檢測　焊接表面不得有裂紋、夾渣、焊瘤、弧坑等缺陷，焊接區(qū)不得有飛濺物。所有對接接頭進行100％射線檢測和100％超聲波檢測。不能進行射線和超聲波檢測的焊縫，采用磁粉、滲透或其他可靠的方法進行表面檢測，確認無裂紋或其他危害性的缺陷存在。管端坡口表面應(yīng)進行磁粉或著色檢測，確認無裂紋和分層存在。

（9）外觀檢驗　絕緣法蘭的外觀應(yīng)平整美觀，端部坡口內(nèi)側(cè)以及鍛件本體內(nèi)側(cè)應(yīng)與所接管線內(nèi)側(cè)齊平。外表面無碰傷、毛刺、凸凹不平；焊接接頭表面圓滑、平整。

其他試驗及檢驗按本章4.4.3中的試驗和檢驗進行。

（10）包裝　絕緣法蘭檢驗合格后，管端坡口以金屬環(huán)形保護罩保護，確保法蘭在運輸和現(xiàn)場儲存過程中不受污染、腐蝕和機械損傷對焊接頭端部應(yīng)用有效方法給予保護。絕緣法蘭采用塑料密封，并用木箱包裝。

9.3　整體式絕緣接頭

整體式絕緣接頭（簡稱絕緣接頭）是長輸油氣管道、城市管網(wǎng)等管道工程中不可缺少的壓力管道元件之一，是管線輸送中為防止電化腐蝕，對管線實行陰極保護所需的重要構(gòu)件，用于切斷鋼質(zhì)管道的縱向電流，把有陰極保護的管段和無陰極保護的管段隔離開，具有埋地鋼制管道要求的強度、密封性能和電化學保護工程所要求的電絕緣性能，是絕緣法蘭的換代產(chǎn)品。絕緣接頭比絕緣法蘭剛度高，可承受彎矩大，絕緣性能高，壽命長，并可埋地安裝。

9.3.1　絕緣接頭結(jié)構(gòu)、型號及技術(shù)參數(shù)

（1）絕緣接頭的構(gòu)造　絕緣接頭包括：左、右法蘭、固定環(huán)、短節(jié)、兩絕緣環(huán)、密封件、絕緣密封填充物、外防腐涂層。在絕緣接頭的左、右法蘭對接端面間，夾有兩絕緣環(huán)和密封件，形成具有絕緣性能的雙密封結(jié)構(gòu)。固定環(huán)一端開坡口與左法蘭直接焊接，另一端的凸環(huán)壓緊在絕緣環(huán)和右法蘭上，將絕緣環(huán)和左、右法蘭牢固封裹在里面，形成“密封絕緣容器”，從而既保證了良好的絕緣效果，又大大提高了絕緣結(jié)構(gòu)的承壓能力。

絕緣接頭的基本結(jié)構(gòu)如圖1-9-3所示，也可采用其他有良好工程實踐應(yīng)用的結(jié)構(gòu)形式。

（2）絕緣接頭的型號

（3）絕緣接頭的主要技術(shù)參數(shù)

①適用介質(zhì)：油、氣、水、礦漿等。

②適用溫度：-40～100℃。

③壓力范圍：PN≤10MPa。

④產(chǎn)品規(guī)格：DN40～DN1000。

9.3.2　絕緣接頭的特點

（1）結(jié)構(gòu)特點　絕緣接頭采用整體擠壓焊接形式，不得采用螺栓、法蘭連接形式。絕緣接頭將絕緣和密封材料夾入并固定于套筒（組合件）內(nèi)。絕緣接頭組裝完后，內(nèi)部元件應(yīng)固定在相應(yīng)位置。在土壤壓力、規(guī)定的管道操作壓力和廠內(nèi)或現(xiàn)場的水壓測試下，整個絕緣接頭保持完好。絕緣接頭密封元件在接頭內(nèi)部緊靠絕緣板，具有永久彈性，且密封元件的兩面直接與裸露金屬表面接觸，不會移動，確保了接頭的緊密性。

（2）產(chǎn)品特點

①絕緣性能好。2500V搖表測試絕緣電阻大于等于200MΩ，擊穿電壓大于等于3kV。

②壽命長。與管線同壽命，可埋地安裝。

③強度高。壓力試驗大于等于1.5PN（設(shè)計壓力），承受彎矩大，與管線等強度。

④使用溫度。-40～100℃。

⑤適用介質(zhì)。油、氣、水、化工原料、煤漿等。

（3）材料特點　絕緣接頭所采用的材料應(yīng)滿足以下要求。

①絕緣材料：高強度環(huán)氧樹脂和玻璃纖維層狀復(fù)合材料（ASTM D709G11）。

②彎曲強度：縱向，≥390MPa；橫向，≥290MPa；

③拉伸強度：縱向，≥340MPa；橫向，≥240MPa；

④抗壓強度：≥340MPa；

⑤吸水性：≤30mg；

⑥浸水后電阻：≥5×108Ω；

⑦擊穿電壓：≥35kV；

⑧組合鋼體：16Mn、JB4726、ASTM A694F52、F60；

⑨短管：20、16Mn（GB 8163—99）；X80、X70、X65、X56、X52、X46（APISPEC.5L）。

⑩密封材料：O形或U形密封環(huán)，材料為氟橡膠、腈基丁二烯橡膠（ASTM D2000）。

填充材料：冷固性樹脂；

絕緣涂料；液體環(huán)氧樹脂；

防腐材料：熱縮防腐材料。

（4）整體式絕緣接頭的優(yōu)點

①與普通絕緣接頭和絕緣法蘭相比，整體式絕緣接頭密封性能好，性能更加優(yōu)越。

②整體式絕緣接頭具有獨特的U形密封結(jié)構(gòu)和高電壓保護措施，絕緣效果更加顯著。

③整體式絕緣接頭承受管道熱應(yīng)力或地殼自然運動帶來的彎矩效果更加突出，可以承受的相接管線產(chǎn)生的軸向應(yīng)力達到其材料屈服強度的0.72。

9.3.3　絕緣接頭的制造、組裝及檢驗

（1）安裝基本要求

①絕緣接頭安裝處50m內(nèi)，避免有待焊死口。

②絕緣接頭與管線連接后，不許在接頭5m內(nèi)起吊管線。

③絕緣接頭與管線儀器試壓。

④絕緣接頭與管線連接后，應(yīng)按要求補口、防腐作業(yè)時不準使絕緣接頭表面溫度高于120℃。

⑤絕緣接頭可安裝在地下直管段上。

⑥絕緣接頭采用地面安裝時，應(yīng)安裝在距彎頭20m外的直管段上并設(shè)置支架。

⑦絕緣接頭避免安裝在立管上。

⑧埋地安裝時應(yīng)避免安裝在常年積水處。

絕緣接頭不同壓力等級的型號、規(guī)格、鋼管材質(zhì)、結(jié)構(gòu)尺寸見SY/T 0516《絕緣接頭和絕緣法蘭技術(shù)規(guī)范》。

（2）原材料的選擇　整體式絕緣接頭材料應(yīng)選用電爐或氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉的鎮(zhèn)靜鋼。受壓元件采用鍛件并符合NB/T40008或NB/T47009的規(guī)定，并根據(jù)設(shè)計壓力、重量和尺寸大小，選用相應(yīng)的鍛件級別。絕緣環(huán)采用高強度環(huán)氧玻璃布層壓板作為絕緣環(huán)材料，性能應(yīng)不低于GB/T 1303.1的相關(guān)規(guī)定，抗拉強度大于等于350MPa。

（3）原材料的檢驗、驗收　原材料進廠后核查鋼板和鍛件數(shù)量、規(guī)格與質(zhì)量證明書是否相符，然后對質(zhì)量證明書進行編號，并送檢。

（4）卷板、焊接、機加工　將切割好的鋼板送入卷板機卷成筒狀，再用自動焊機將接縫處焊接成筒節(jié)。

（5）法蘭及固定環(huán)的加工　將鍛制好的鍛件送入車床及鉆床按工藝卡片進行精細加工，機械加工表面和非機械加工表面的線性尺寸的極限偏差，應(yīng)符合GB/T 1804中m級的規(guī)定。

（6）絕緣環(huán)和U形密封圈的加工　按施工圖紙將高強度環(huán)氧玻璃布層壓板切割成絕緣環(huán)，并用模具將U形密封圈壓制成形，保證其具有良好的殘余彈性。

（7）組裝　按明細表備齊各件，并使用干凈的紗布對各零件表面進行清潔，不得存在油污、鐵屑等雜物。將各零件按圖紙裝成組件，然后置于龍門工裝上用50t千斤頂壓緊，壓緊后將法蘭、固定環(huán)點焊牢固。

（8）焊接　按焊接工藝卡焊接固定環(huán)與法蘭Ⅰ焊縫；將短節(jié)Ⅰ與法蘭Ⅰ、短節(jié)Ⅱ與法蘭Ⅱ組對、點焊，按照焊接工藝卡進行施焊。

（9）焊縫的檢測　焊接表面不得有裂紋、夾渣、焊瘤、弧坑等缺陷，焊接區(qū)不得有飛濺物。所有對接接頭進行100％射線檢測和100％超聲波檢測。不能進行射線和超聲波檢測的焊縫，采用磁粉、滲透或其他可靠的方法進行表面檢測，確認無裂紋或其他危害性的缺陷存在。管端坡口表面應(yīng)進行磁粉或著色檢測，確認無裂紋和分層存在。

（10）絕緣電阻測試　組裝完成后對每個絕緣接頭進行電絕緣測試。絕緣接頭垂直放置，用合適量程的兆歐表進行測量。500V直流電壓下，絕緣接頭的電阻值須大于10MΩ。絕緣接頭的電阻值若達不到規(guī)定值，則將其與測試設(shè)備分開，用熱空氣再次吹干后測量電阻值，如仍達不到規(guī)定值，則認為該絕緣接頭不合格。

（11）電絕緣強度試驗　絕緣接頭垂直放置試驗，施加電壓2.5kV，頻率50～60Hz的正弦波交流電，電壓從初始值不大于1.2kV逐步上升，30s內(nèi)達到2.5kV，保持60s，測試過程中無絕緣損壞和表面電弧為合格。

（12）壓力試驗　整體式絕緣接頭完成制造7天后進行水壓試驗。壓力試驗前，內(nèi)表面應(yīng)清掃干凈，內(nèi)部沒有松散的銹垢、臟物和雜質(zhì)。焊接打壓盲板，安裝打壓管道及設(shè)備、壓力表等為壓力試驗做好準備。向筒體內(nèi)充水并排盡空氣。試壓時壓力應(yīng)緩慢上升，達到1.5倍設(shè)計壓力保壓時間不小于30min，確認無泄漏后將壓力降至設(shè)計壓力，并保持壓力足夠長時間對所有接頭和連接部分進行檢查，不滲不漏、無變形為合格。如果發(fā)現(xiàn)任何泄漏或缺陷，修復(fù)和重新試驗。

上述水壓試驗合格后，絕緣接頭應(yīng)采用空氣進行氣密性試驗，試驗壓力為設(shè)計壓力，通過肥皂泡或其他合適的方法檢查，無泄漏為合格。

水壓加載試驗——同種規(guī)格產(chǎn)品的5％，但不少于1個，應(yīng)進行水壓加彎矩試驗：在保持試驗壓力的同時，使用加載設(shè)備在中部施加彎矩（按圖紙技術(shù)參數(shù)要求）。試驗后無滲漏、無可見變形、試驗過程無異常的響聲、表面經(jīng)無損檢測抽查未發(fā)現(xiàn)裂紋為合格。

水壓壓力循環(huán)——同種規(guī)格產(chǎn)品的5％，但不少于1個，應(yīng)進行水壓壓力循環(huán)（疲勞）試驗：在內(nèi)壓作用下，連續(xù)施加40個疲勞周期。每個周期，內(nèi)壓從1MPa到設(shè)計壓力，再到1MPa。結(jié)束以上疲勞測試后，維持1.5倍設(shè)計壓力最少30min。溫度需恒定。無任何泄漏或破壞為合格。

（13）填充　將合格產(chǎn)品按圖紙要求開坡口并保證長度要求。絕緣接頭內(nèi)部填充絕緣密封填充物環(huán)氧樹脂。

（14）防腐處理　整體式絕緣接頭內(nèi)、外表面進行噴砂除銹處理，噴砂除銹等級不低于GB/T 8923—1998中Sa2.5級為合格。絕緣接頭內(nèi)、外表面涂刷非導電的環(huán)氧樹脂漆和面漆（距焊接端100mm范圍內(nèi)不涂環(huán)氧樹脂漆，但應(yīng)涂一道防銹底漆，以保證管端不生銹），涂層干膜厚度應(yīng)大于300μm。

（15）涂層檢測　在至少2.5kV電壓下，用漏電檢測器對每個絕緣接頭內(nèi)、外涂層進行缺陷檢查，發(fā)現(xiàn)外涂層和內(nèi)涂層上的缺陷后應(yīng)予以修補，對缺陷處進行清理、打磨、涂覆后，應(yīng)重新測試，直至合格。每一個絕緣接頭進行涂層干膜厚度測量。用于測量局部厚度的每個基準表面面積應(yīng)不小于1cm2，基準表面的個數(shù)應(yīng)使基準表面的總面積不小于有效表面面積的5％，基準表面的位置應(yīng)均勻分布在整個有效表面上，在選擇的基準面內(nèi)做5點測量。單點干膜厚度應(yīng)大于360μm，基準表面內(nèi)的平均厚度應(yīng)大于300μm，且能通過漏電檢測器的檢測。

黏附力測試：按ISO2409對絕緣接頭內(nèi)、外涂層進行黏附力測試，測試結(jié)果小于等于2級為合格。如涂層黏附力不夠，需將原來的內(nèi)、外涂層用噴射方法清除，然后重新涂敷，重新測試。

（16）外觀檢驗　絕緣接頭的外觀應(yīng)平整美觀，端部坡口內(nèi)側(cè)以及鍛件本體內(nèi)側(cè)應(yīng)與所接管線內(nèi)側(cè)齊平。外表面無碰傷、毛刺、凸凹不平；焊接接頭表面圓滑、平整。

（17）包裝　整體式絕緣接頭檢驗合格后，管端坡口以金屬環(huán)形保護罩保護，確保接頭在運輸和現(xiàn)場儲存過程中不受污染、腐蝕和機械損傷，對焊接接頭端部應(yīng)用有效方法給予保護。整體式絕緣接頭采用塑料密封，并用木箱包裝。