仪表引压管直接接触工艺介质,在生产运行过程中需要定期拆装检修和更换，一种可拆装和复装的卡套管阀件的成功应用,解决了仪表引压管焊接中对管道焊接的氧化和污染,以及在易燃易爆区域动火作业的危险等问题,给施工安装、生产维护带来很大的便利。目前,在中国石油化工行业中有部分设备还采用进口,为了推广国产化设备和材料在石油化工行业中的应用,某炼化项目中首次大范围采用国产品牌的仪表卡套管阀件,以仪表卡套管阀件中的卡套接头和Tube管为例,笔者结合实际项目中执行情况,探讨了国产卡套管阀件在使用过程中出现的问题,并提出了相应的改进措施。

1 卡套接头结构特点及工作原理

1.1 结构特点

卡套接头按结构形式分为单卡套和双卡套:单卡套接头在与Tube管装配后,会产生塑形变形,重复拆装后由于接头本体和卡套之间没有装配补偿量,无温差补偿功能,在温度变化大的环境中密封性能大幅下降,拆装多次后更容易导致泄

漏。在石油化工行业中双卡套因良好的密封性能在仪表引压管中被广泛应用,双卡套接头是通过改变卡套的结构型式提升密封性能和互换性。主要由接头本体、前后卡套、六角螺母组成的无扩口、结构紧凑的机械密封夹持接头,具有良好的抗冲击、温差补偿、重复拆装及密封性能。

1.2 工作原理

当推进后卡套向前移动时,前卡套被后卡套推着沿轴线运动,前卡套开始变形扩张,导致接头本体的内锥面与前卡套的外锥面贴合。同时，Tube管被挤压进而同前卡套刃口构成**道紧固密封;后卡套挤压前卡套时,外锥面支撑住前卡套尾端,刃口沿径向收缩且夹紧Tube管,使Tube管发生变形,形成第二道紧固密封,双卡套接头结构如图1所示。

2 仪表 Tube 管技术特点

Tube管的规格通常用外径和壁厚表示,根据工艺介质的不同一般选用经过完全光亮退火的316/316L、304、321等奥氏体晶体结构的不锈钢无缝钢管,应取得ASTMTP316/316L双认证且钼的质量分数大于2.5%。对于Tube管材质的技术要求有以下几方面。

1)材质中的化学成分要求。w(C)<0.15%,w(Si)<1.00%,w(Mn)<2.00%,w(P)<0.2%w(S)>0.15%,w(Cr)为17.00%~19.00%w(Ni)为8.00%~10.00%。

2)性能要求。抗拉强度不小于520MPa,屈服强度不小于205 MPa,伸长率8不小于40%,断面收缩率不小于50%,硬度不大于 90 HRB。Tube管经过光亮退火和机械抛光的制造工使其内外表面光亮、清洁;要严格控制Tbe管的硬度,如材质为304/304L和316/316L的钢营器度严格控制在8OHRB以内;Tube管的标准公类和圆度控制要符合ASTMA13/A269/A632的要求:正负公差小于0.127mm,壁厚的正负公差小于10%。

3卡套接头制造工艺分析及标准

3.1 国产卡套接头的制造工艺

前后卡套是关键部件,其性能直接决定整个仪表卡套管路系统的可靠性。前后卡套由符合ASTM A276:2013 Standard specification forsainless steel bars and shapes!要求的实心棒料加工而成,接头本体及其他零部件同样采用符合文献[9]标准中的棒材加工而成,或由满足ASTMA182:2014 Standard specifcation for forged orolled alloy and stainless steel pipe fangesforged fittings, and valves and parts for hightemperature servicel[]要求中的锻件加工而成其卡套原材料中化学成分满足相关标准,如奥氏体不锈钢316的化学成分满足ASTMA269要求前后卡套采用全自动走心机加工而成,以保证卡套的同轴度;接头本体和卡套螺母、外螺纹、内螺纹应保证加工精度。

3.2 国产前后卡套硬化处理技术

为了提高国产卡套管阀件的硬度以及抗腐蚀性能,保证仪表引压管系统的密封性能,前后卡套必须经过硬化处理来提高管路系统的安全性和可靠性,且其硬度必须大于同规格尺寸Tube 管的硬度;硬化处理后的前后卡套具有与工具钢相近的硬度。国内厂家一般采用传统的硬化处理技术有冷拔技术、渗氮硬化处理技术、表面镀铬技术，这些技术均是通过改变卡套材料的金属晶相结构或者化学成分来提高硬度,但削弱了卡套的抗腐蚀性能或者温度适用范围等。低温气体渗碳表面硬化处理是近几年发展起来的一种新型奥氏体不锈钢表面硬化处理技术,它是指在含Cr碳化物的形成温度(一般为550℃)以下对奥氏体不锈钢进行气体渗碳的有效处理方法,低温气体渗碳后不锈钢表面无Cr的碳化物析出,因此不会出现贫Cr现象,从而在实现奥氏体不锈钢表面硬化的同时不降低其耐腐蚀性能。

3.3 进口卡套硬化处理技术

进口品牌前后卡套的硬化有各自的专利技术。例如，Parker 公司采用的是独有Suparcase专利硬化处理技术,在不改变金属晶相结构和化学成分的同时，又能但持很好的材料延展性,同时又提高了卡套的硬度和抗腐蚀性能,且卡套接头通

过《ASTM F1387》测试和国际权威认证机构TÜV的测试认证,在石油化工行业比较苛刻的工况应用中得到用户的普遍认可。国产和进口卡套的性能对比见表1所列。

4 卡套接头的安装方法和注意事项

4.1安装方法

卡套接头的安装情况直接关系到工艺装置平稳、安全可靠的运行,安装不符合规定时会导致卡套安装不到位,前后卡套未完全与Tube管达到**的密封程度。当工艺介质的压力和温度变化达到一定数值时,很容易出现卡套脱落,导致工艺介质泄漏,造成安全事故发生,所以在安装过程中需按以下步骤执行:

1)根据现场安装的实际需要煨弯切割好Tube管,然后插人卡套接头底部,确保管子端部接触到接头体的凸肩,需再延顺时针方向旋转卡套螺母,旋转至拧紧状态。为了提高国产卡套管阀件的硬度以及抗腐蚀性能,保证仪表引压管系统的密封性能,前后卡套必须经过硬化处理来提高管路系统的安全性和可靠性,且其硬度必须大于同规格尺寸Tube 管的硬度;硬化处理后的前后卡套具有与工具钢相近的硬度。国内厂家一般采用传统的硬化处理技术有冷拔技术、渗氮硬化处理技术、表面镀铬技术，这些技术均是通过改变卡套材料的金属晶相结构或者化学成分来提高硬度,但削弱了卡套的抗腐蚀性能或者温度适用范围等。低温气体渗碳表面硬化处理是近几年发展起来的一种新型奥氏体不锈钢表面硬化处理技术,它是指在含Cr碳化物的形成温度(一般为550℃)以下对奥氏体不锈钢进行气体渗碳的有效处理方法,低温气体渗碳后不锈钢表面无Cr的碳化物析出,因此不会出现贫Cr现象,从而在实现奥氏体不锈钢表面硬化的同时不降低其耐腐蚀性能。

2)在卡套的六角头螺母上做标记,一直延伸到接头本体上,该标记作为起始点和适当的停止点的指示。

3)通过反复几次旋紧和旋松卡套螺母,检查前后卡套的位置顺序是否正确,卡套是否在合适位置卡住 Tube 管。

4)回装后,再用量规检查间隙。

4.2 注意事项

为保障仪表卡套接头的密封性,在安装时需要注意以下几点:

1)不同品牌的管阀件不能混合使用,不同型号和材质的管阀件要分开包装。

2)管阀件的安装过程中要采用专用工具切割,尤其是Tube 管的切割和煨弯,确保 Tube 管外表无破损和变形,切割后要进行打磨处理。

3)Tube管在运输和安装过程中禁止在地面拖拽,避免造成管子表面划痕。

4)安装过程中一定要确保 Tube 管插入接头的底部再旋紧螺栓,螺母一定要按照技术要求安装到位,注意不要漏装卡套。

5)接头密封部位和卡套不能被污染或损坏。

6)安装完毕后需逐个拆卸检查安装质量,还需按照规范进行水压试验。

5 施工案例分析

在该项目中仪表卡套管阀件采用国产品牌在到货验收抽样检测时发现,前后卡套的化学成分不满足技术要求,且Tube管和其他配件材料的化学成分都在标准规范要求的下限。经与该厂家技术人员确认,原因为低温渗氮硬化处理时对不锈钢中的化学成分侵蚀导致,在进行卡套管安装时,发现卡套螺母Tube管安装时必须要使用很大的力矩才可以将螺母旋转到指定圈数的位置，Tube管才发生变形。另外,按照厂家指导手册进行安装时,在将Tube管插人卡套接头凸肩上,拧紧螺母时,发现Tube管依然处于松动状态,主要原因是Tube 管和卡套的制造公差偏大,Tube管的圆度和光滑度不够,还有Tube管和卡套的硬度未调整到一个合理的水平,尤其是Tube管的硬度不符合要求。

鉴于笔者在项目执行过程中遇到过的问题，对上述出现的现象提出以下改进措施和优化方案:

1)硬化处理技术有待进一步提高,降低卡套管阀件材料中的化学成分含量的侵蚀,提高管阀件的抗腐蚀性能。

2)提高调整前后卡套和Tube管硬度值,达到一个合理的水平。

3)提高管阀件公差精度,例如Tube管的口径、管子的壁厚、螺纹的精度等。

6 结束语

鉴于使用国产化卡套遇到的问题,在采用国产卡套管阀件时,需做好材料到货的验收,包括材料化学成分分析、硬度检测、管阀件的制造公差的测量,另外还需加强现场施工安装质量的监管,确保按照每一道标准工序进行,从而保证生产装置安全平稳的运行。

文章来源：《石油化工自动化》