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锻制承插管件的安装步骤与优缺点

浏览数量: 18     作者: 本站编辑     发布时间: 2025-11-06      来源: 本站

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锻制承插管件,作为工业管道系统中重要的连接配件,以其独特的结构设计和可靠的连接性能,在石油、化工、电力、船舶等高压、高温及苛刻工况的领域中得到广泛应用。锻制承插管件是指通过对优质钢材进行锻造加工,形成带有承口和插口结构的管件,利用承插焊接的方式实现与管道的连接。

一、什么是锻制管件?

ASTM A182 Forged Futtings

锻制管件是指采用锻造成形工艺制成的管件,通常用需要承受高温、高压环境的工业管道系统。相较于铸造管件,锻制管件性能更高,凭借其高强度、耐高压、耐腐蚀等优势,在工业管道系统中占据重要地位。按照ASME B16.11标准内容,锻制管件可分为承插管件(SW Fittings)和螺纹管件(TH Fittings)两大类。

承插管件的类型

尺寸

1/8"- 4"/ DN6 - DN100

压力等级

3000lbs, 6000lbs,9000lbs

生产标准

ASME B16.11, BS3799,GB/T 14383

碳钢

ASTM A105/A105N

不锈钢

ASTM A182 F304/304L/304H、F316/316L、F317、F310S、F321、F347、F904L

低温钢

ASTM A350 LF2 / LF3

管线钢

ASTM A694 F42 / 46 / 52 / 56 / 65 / 70

合金钢

ASTM A182 F5 / F9 / F11 / F12 / F22 / F91 / F92

承插管件由圆钢或钢锭模锻成型后机加工而成,与管道连接承插焊接方式,即将钢管插入管件的承插孔内进行焊接,形成高强度密封连接。承插管件种类丰富,主要包括承插弯头、三通、四通、管帽、管箍、支管座、活接头等类型。

socket-weld-pipe-fittings

承插弯头:采用精密锻造工艺制造的管道转向连接件,产品按转向角度分为45°、90°和180°三种规格。

SW三通/四通:管道分流的关键部件,分为等径三通/四通和异径三通/四通,主管和支管分别插入对应的承插口。    

管帽(SW):是管道终端密封件,端部设有双层密封槽管道端部插入管帽承插口进行连接。

管箍(SW Coupling):用于连接两根管子的一段短管,两段管道分别插入管箍两端进行连接。

承插活接头(SW Union):是一种可以方便安装拆卸的常用管道连接件,先将母端和公端分别焊接到两段管道上,对准后放入锁紧环并拧紧。

支管座(Outlet):主要用于支管连接的补强型管件,加强管段等支管连接。

螺纹管件的类型

尺寸

1/8"- 4"/ DN6 - DN100

压力等级

2000lbs, 3000lbs, 6000lbs

生产标准

ASME B16.11, BS3799,GB/T 14383

碳钢

ASTM A105/A105N

不锈钢

ASTM A182 F304/304L/304H、F316/316L、F317、F310S、F321、F347、F904L

低温钢

ASTM A350 LF2 / LF3

管线钢

ASTM A694 F42 / 46 / 52 / 56 / 65 / 70

合金钢

ASTM A182 F5 / F9 / F11 / F12 / F22 / F91 / F92

螺纹管件是通过螺纹连接方式实现管道连接的配件,主要用于小口径(DN8-DN100)的低压管道系统。其特点是安装简便、拆卸灵活、维护方便,广泛应用于建筑、消防、给排水等领域。包括螺纹弯头、三通、四通、管帽、管箍、支管座、活接头、短节、异径短节、六角短节、管塞、补芯,下面是对它们的详细介绍。

threaded-pipe-fittings

螺纹弯头:用于改变管道方向,使用管钳将弯头旋紧至管道螺纹上进行连接,通常有45°、90°、180°等标准角度。

三通(TH Tee):管道分流的标准连接件,所有接口均加工有锥管螺纹。

螺纹管帽:管道终端密封保护件,采用锥形螺纹设计确保密封性。

螺纹管箍:管道直连的标准件,两端加工有内螺纹。

补芯(Bushing):是一种通过内外螺纹用于管道系统的变径过渡件。

MSS SP-83螺纹活接头:是一种可以方便安装拆卸的常用管道连接件,通过将两端头分别旋入待连接管道进行连接。

MSS SP-97螺纹支管座:主要用于支管连接的补强型管件,通过与相应的螺纹管件旋合来实现连接。

异径短节:两端直径不同的短节,用于连接不同管径的管道或管件。

六角短节:中间带六角结构的短节,便于用扳手安装或拆卸。

二、锻制承插管件如何安装?

锻制承插管件的安装使用是一个严谨的工艺过程,其核心在于“承插焊接”。以下是其标准使用方法与步骤:

1. 施工前准备:

材料检验:核对管件及管道的材质、规格、压力等级是否符合设计图纸要求。检查锻制管件内外表面,确保无裂纹、砂眼、重皮等缺陷,承口和插口的尺寸精度应符合标准。

管道预处理:根据施工图,对管道进行精确下料。使用坡口机或砂轮机在管端加工出合适的焊接坡口。随后,必须彻底清除管端内外表面及管件承口内表面的油污、铁锈、毛刺等杂质,直至露出金属光泽。这一步至关重要,它直接影响到焊接质量和接头的完整性。

组对与点固:将处理好的管道插入管件的承口内。承插间隙是设计的关键,需严格控制,既要保证焊料能够充分熔透和流动,又要避免间隙过大导致焊接困难或应力集中。

2. 焊接工序:

焊材选择:根据管件和管道的母材材质,选用相匹配的焊条或焊丝,并严格按照其要求进行烘干和保温。

焊接操作:承插焊接通常采用手工电弧焊(SMAW)或钨极惰性气体保护焊(GTAW)。焊接时,应遵循标准的焊接工艺规程(WPS)。

焊缝检验:焊接完成后,待焊缝冷却,首先进行外观检查,确保焊缝成形良好,无表面缺陷。然后,根据工程要求,进行无损检测(NDT),如射线检测(RT)或超声波检测(UT),以验证焊缝内部质量是否合格。

3. 焊后处理与系统测试:

对于有要求的材质,可能需要进行焊后热处理(PWHT),以消除焊接残余应力,改善焊缝区域的金属组织。

在整个管道系统安装完毕后,必须进行压力试验(水压试验或气压试验),以检验所有承插焊接接头及其它连接点在设计压力下的密封性和强度。

三、锻制承插管件的优点

锻制承插管件之所以在特定领域不可替代,源于其一系列突出的优点:

极高的连接强度和可靠性:锻造工艺使金属纤维流线连续,晶粒细化,从而赋予了管件优异的机械性能。其承插结构通过角焊缝实现了对接口的全方位包覆,应力分布相对均匀,使得连接接头具有与管道本身相近甚至更高的强度,能够承受极高的内部压力、外部载荷以及温度波动引起的应力。

卓越的密封性能:承插焊接形成的角焊缝是金属性的连接,实现了介质的完全隔离,从根本上杜绝了泄漏的可能性。其密封性能远优于螺纹连接和法兰连接(依赖垫片),特别适用于易燃、易爆、有毒或高纯度的介质输送系统。

结构紧凑,节省空间:与需要一对法兰、螺栓和垫片才能实现连接的法兰管件相比,承插管件在连接后外形平滑,结构非常紧凑。这在设备布局密集、空间狭小的场合(如船舶机舱、化工厂反应器周围)具有显著优势。

良好的耐疲劳和抗振动性能:由于是刚性连接,且整体性好,承插焊接接头能够有效抵抗由设备运转、流体脉动等引起的持续振动和疲劳载荷,不易发生松动,确保了长期运行的稳定性。

使用寿命长,维护成本低:一旦正确焊接并通过检验,承插焊接接头基本无需维护,其寿命与管道系统同步。避免了法兰连接中垫片老化、螺栓腐蚀需要定期更换的麻烦和成本。

内壁光滑,流体阻力小:焊接并经处理后,接头内壁过渡相对平滑,对流体的扰动小,压力损失低,不易产生涡流和积垢。

四、锻制承插管件的缺点

尽管优势显著,锻制承插管件也存在一些固有的局限性,需要在设计和选型时审慎考虑:

安装工艺复杂,技术要求高:整个安装过程涉及精确的坡口加工、严格的清洁要求、高技能的焊接作业以及必要的无损检测。对焊工的技艺和经验依赖性强,任何环节的疏忽都可能导致连接失效。这使得其安装成本和时间远高于螺纹或法兰连接。

不可拆卸性:这是承插焊接最显著的缺点。一旦焊接完成,整个连接就无法拆卸。如果需要对管道系统中的某个部件进行维修、更换或改造,必须动用切割和焊接设备,操作极为不便,且可能影响相邻管段。

焊接残余应力与热影响区:焊接过程是一个局部加热和冷却的过程,不可避免地会在接头区域产生焊接残余应力,并形成一个性能有所变化的“热影响区”。这可能会降低材料的耐腐蚀性能(如晶间腐蚀敏感性增加),在极端苛刻的工况下需要通过焊后热处理来改善。

安装定位精度要求高:由于是刚性连接,管道和管件在组对时就必须准确定位,几乎没有后期调整的余地。这对于长管线的安装和复杂管系的预制提出了更高的精度要求。

初始投资相对较高:虽然管件本身的成本可能与同等级的法兰相当,但加上高技能的劳动力成本、焊接设备、检测费用以及更长的安装时间,其综合初始投资通常高于可拆卸连接方式。

不适合特定材料:对于某些难以焊接或焊接后性能急剧下降的材料(如部分有色金属、特定铸铁等),承插焊接的连接方式并不适用。

锻制承插管件是一种为高可靠性、高压、高温及苛刻环境而生的管道连接方案。其卓越的强度、完美的密封性和紧凑的结构是其核心优势,使其在要求安全和无泄漏的场合扮演着不可替代的角色。然而,其不可拆卸的特性、复杂的安装工艺和对技术的高要求也限制了其应用范围。

因此,在工程实践中,选择是否采用锻制承插管件,是一个综合权衡的过程。设计师需要在系统的可靠性、安全性、空间限制与安装/维护的便利性、成本效益之间做出决策。在那些一旦泄漏后果不堪设想,且系统结构相对稳定、无需频繁改动的主工艺流程管道中,锻制承插管件无疑是上佳之选。

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