姜 杰* 洪 鶴

（1.撫順礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司頁巖煉油廠 2.撫順遠(yuǎn)宏石化設(shè)備科技開發(fā)制造有限公司）

0 引言

在油田、石油化工、煉廠或污水處理廠等對(duì)介質(zhì)輸送過程中，由于泵都固定在地面上，抽出介質(zhì)后一般是通過彎頭組件來改變介質(zhì)流向，達(dá)到輸送介質(zhì)的目的。管道與彎頭者通過法蘭或是焊接等連接方式組合到一起，考慮在溫差變化、管道材料性質(zhì)變化等因素，需要在管道中設(shè)置伸縮節(jié)或是增加膨脹節(jié)等降低管道的應(yīng)力，防止管道發(fā)生破損，而且還不能把管道旋轉(zhuǎn)或是擺轉(zhuǎn)成一個(gè)任意角度來輸送介質(zhì)，這給石油化工或污水處理等領(lǐng)域帶來了不便，也就需要更多的經(jīng)濟(jì)投入。為了解決現(xiàn)有技術(shù)不能使管道旋轉(zhuǎn)或擺轉(zhuǎn)任意角度，不能簡單方便、安全可靠地輸送介質(zhì)，本文設(shè)計(jì)了一種能夠旋轉(zhuǎn)和擺轉(zhuǎn)的無偏離回轉(zhuǎn)接頭裝置。

1 結(jié)構(gòu)特征

無偏離回轉(zhuǎn)接頭裝置包括組裝在一起的回轉(zhuǎn)組件和環(huán)流組件，如圖1所示。

圖1 無偏離回轉(zhuǎn)接頭

1.1 基本組成

回轉(zhuǎn)組件包括外套管、分水管、第一無縫管和第一法蘭盤，第一法蘭盤固定在第一無縫管的外周上端，外套管的兩端朝向左右兩側(cè)，第一無縫管的下端連接在外套管的上端，外套管的上端設(shè)有與第一無縫管連通的開口，外套管的內(nèi)部插入有分水管，分水管的中部周圈開有多個(gè)分水槽，分水槽的位置與外套管上端的開口位置是相對(duì)應(yīng)的。環(huán)流組件包括彎頭、三通管和第二法蘭盤，兩個(gè)彎頭的一個(gè)端部分別連接在分水管兩端，兩個(gè)彎頭的另一個(gè)端部分別連接于三通管的兩端，三通管的第三個(gè)端部朝下并且外周下端連接第二法蘭盤。

如圖2和圖3所示，分水管的外周位于外套管的內(nèi)部開有分水管滾球滾動(dòng)槽，滾球滾動(dòng)槽的兩側(cè)開有密封圈安裝槽，分水管的外周并且位于密封圈安裝槽的一側(cè)開有密封帶安裝槽，密封圈安裝槽內(nèi)設(shè)有被擠壓的O形密封圈，密封帶安裝槽內(nèi)設(shè)有被擠壓的密封帶，外套管的內(nèi)周與分水管滾球滾動(dòng)槽相匹配的位置設(shè)有外套管滾球滾動(dòng)槽，分水管滾球滾動(dòng)槽和外套管滾球滾動(dòng)槽之間填充滿有滾球，外套管設(shè)有多個(gè)滾球填充孔，滾球填充孔內(nèi)側(cè)設(shè)有螺紋，滾球填充孔螺紋連接有螺栓。密封圈為O形圈材料為丁腈橡膠，密封帶為聚四氟乙烯帶。

圖2 回轉(zhuǎn)組件

圖3 外套管、第一無縫管和第一法蘭盤結(jié)構(gòu)圖

螺栓連接分別用于鎖緊螺栓和外套管的螺母。螺栓旋入滾球填充孔部分的端部連接有墊塊、墊塊遠(yuǎn)離螺栓的一端加工成凹槽結(jié)構(gòu)，如圖4所示。墊塊凹槽與滾球接觸，保證滾球始終在墊塊凹槽內(nèi)滾動(dòng)，使回轉(zhuǎn)組件與環(huán)流組件的位置固定。

圖4 螺栓和墊塊的位置關(guān)系示意圖 圖5 環(huán)流組件結(jié)構(gòu)示意圖

三通管及兩端彎頭之間還分別連接第二無縫管和第三無縫管，所用彎頭為180°彎頭，如圖5所示。

1.2 殼體強(qiáng)度計(jì)算

回轉(zhuǎn)組件和環(huán)流組件強(qiáng)度需滿足式（1）要求。

殼體材料為304不銹鋼，查標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12230—2005《通用閥門不銹鋼鑄件技術(shù)條件》可知該材料抗拉強(qiáng)度σb=520 MPa,屈服極限σ0.2=250 MPa，伸長率δ=40%。

初設(shè)計(jì)的壁厚可按第四強(qiáng)度理論計(jì)算：

式中：DN——鋼管最大的內(nèi)徑，mm；

SB——考慮腐蝕裕量后殼體的壁厚，mm；

C——考慮各種因素而加的裕量，取3 mm；

p——管道設(shè)計(jì)壓力，取公稱壓力，MPa；

[αL] ——材料的許用拉應(yīng)力，MPa。

2 工作原理

無偏離回轉(zhuǎn)接頭裝置包括組裝在一起的回轉(zhuǎn)組件和環(huán)流組件；回轉(zhuǎn)組件包括外套管、分水管、第一無縫管和第一法蘭盤。第一無縫管的下端焊接在外套管的上端，外套管上端設(shè)有開口，內(nèi)部插入分水管，分水管周圈開有多個(gè)分水槽，用于介質(zhì)流動(dòng)。分水管位于外套管的內(nèi)部，設(shè)有滾動(dòng)槽，滾動(dòng)槽兩側(cè)加工密封圈溝槽和密封帶槽，槽里安裝O形圈和密封帶，兩組密封裝置的設(shè)計(jì)，保證回轉(zhuǎn)組件旋轉(zhuǎn)時(shí)與環(huán)流組件的密封，防止介質(zhì)泄漏。

外套管與分水管滾動(dòng)槽之間填滿滾球，并設(shè)有多個(gè)滾球填充螺紋孔，通過鎖緊螺栓壓緊帶有凹槽的墊塊，使?jié)L球平滑地旋轉(zhuǎn)而不會(huì)產(chǎn)生干擾，同時(shí)保證外套管與分水管始終保持相對(duì)位置，不會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)而分離。即使在管道中存在壓力，介質(zhì)正在流動(dòng)，因?yàn)镺形圈和密封帶的作用，也不會(huì)發(fā)生泄漏，同時(shí)又因墊塊壓緊滾球，回轉(zhuǎn)組件可以任意旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)帶壓改變介質(zhì)流動(dòng)方向的目的，而不用停車重新安裝彎頭和法蘭，節(jié)省了大量時(shí)間。

環(huán)流組件包括2個(gè)彎頭、1個(gè)三通管和1個(gè)第二法蘭盤。彎頭制成180°結(jié)構(gòu)，一端與分水管焊接，另一端與第二無縫管和第三無縫管焊接，三通管的第3個(gè)端部朝下并且外周下端焊接連接有第二法蘭盤。兩個(gè)180°彎頭總流通面積是進(jìn)口管道流通面積的2倍，通過環(huán)流組件可以使管道中的介質(zhì)分向流動(dòng)，降低介質(zhì)流通速度，降低噪聲，減少設(shè)備振動(dòng)。

使用時(shí)，無偏離回轉(zhuǎn)接頭裝置的環(huán)流組件法蘭與泵或是固定管道連接，回轉(zhuǎn)組件法蘭與下游接管連接。當(dāng)下游介質(zhì)需要改變流動(dòng)方向時(shí)，通過旋轉(zhuǎn)無偏離回轉(zhuǎn)接頭的回轉(zhuǎn)組件可以任意改變介質(zhì)流動(dòng)方向，通過O形圈和密封帶作用，保證密封效果，通過滾球和鎖緊螺栓保證回轉(zhuǎn)組件不與固定端脫離。

3 性能特點(diǎn)和技術(shù)參數(shù)

石油化工以及污水處理廠等輸送介質(zhì)時(shí)，常需要改變介質(zhì)輸送位置或流向。針對(duì)企業(yè)改變介質(zhì)流動(dòng)方向費(fèi)時(shí)費(fèi)力，又存在安全隱患等問題設(shè)計(jì)了一種無偏離回轉(zhuǎn)接頭裝置。結(jié)合使用情況對(duì)無偏離回轉(zhuǎn)接頭裝置的性能特點(diǎn)、技術(shù)參數(shù)和運(yùn)行維護(hù)作以下說明。

3.1 性能特點(diǎn)

（1）通過法蘭盤連接，實(shí)現(xiàn)泵后管道的旋轉(zhuǎn)或任意擺轉(zhuǎn)角度，不用安裝彎頭即可改變介質(zhì)流動(dòng)方向；

（2）安裝方便，采用焊接組裝形式連接以及鎖緊螺栓壓緊墊塊形式固定；

（3）防止管道發(fā)生破損，減少安全隱患，保證設(shè)備安全運(yùn)行；

（4）設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，工作可靠，使用壽命長，運(yùn)行成本低，維修便捷；

（5）設(shè)置雙重密封結(jié)構(gòu)，即使管道中存在壓力，旋轉(zhuǎn)設(shè)備也不會(huì)發(fā)生泄漏，密封性能好，操作方便；

（6）可以帶壓改變介質(zhì)流動(dòng)方向，而不用停車重新安裝彎頭和法蘭，節(jié)省了大量時(shí)間。

3.2 技術(shù)參數(shù)

（1）工作介質(zhì)壓力為0.35～4.0 MPa；

（2）工作溫度為0～100 ℃；

（3）最大負(fù)壓值為-0.3 MPa；

（4）工作介質(zhì)為水、蒸汽、油品等；

（5）設(shè)備主體材料為304不銹鋼。

3.3 運(yùn)行維護(hù)

（1）O形圈和密封帶處涂抹鋰基潤滑脂；

（2）必須保證焊縫均勻牢固，無砂眼和裂紋；螺栓需擰緊，各個(gè)連接處密封可靠；

（3）設(shè)備正常運(yùn)行期間，應(yīng)對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)的垃圾（如朔料袋、木棍等）進(jìn)行清理，防止設(shè)備動(dòng)作不靈活。

4 結(jié)語

通過對(duì)油田、石油化工、煉廠或污水處理廠等對(duì)介質(zhì)輸送過程中，改變介質(zhì)流向時(shí)都是通過彎頭組件等，通過法蘭或是焊接方式連接，由于溫差、管道材料性質(zhì)變化等，及時(shí)有膨脹節(jié)管道依然存在破損風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)計(jì)了一種無偏離回轉(zhuǎn)接頭裝置，可以把管道旋轉(zhuǎn)或是擺轉(zhuǎn)成一個(gè)任意角度來輸送介質(zhì)，同時(shí)減少了大量彎頭、法蘭、伸縮節(jié)等組件，降低了設(shè)備制造與維修成本，防止因管道應(yīng)力作用而發(fā)生爆裂，提高了管道使用時(shí)的安全性。設(shè)備運(yùn)行安全可靠，使用壽命長，提高介質(zhì)處理效率，減少環(huán)境污染，降低了生產(chǎn)成本，使用安裝方便，可廣泛使用于污水處理廠及石油化工管道裝置。