輸氣站壓力表安裝差異分析及對(duì)策
輸氣站在安裝壓力表時(shí)，發(fā)現(xiàn)儀表的旋入程 度和朝向有所不同，即螺紋之間的配合存在 差異。這種安裝差異會(huì)影響儀表的連接功能 和密封效果，甚至?xí)p壞接頭。為此，本文首 先對(duì)輸氣站的壓力表及其接頭的螺紋規(guī)格 進(jìn)行歸類，然后分析加工精度和螺紋類型對(duì) 螺紋連接的影響。最后基于分析結(jié)果，對(duì)輸 氣站的壓力表安裝及密封方式提出了相應(yīng)的 建議。
壓力表在油氣行業(yè)的應(yīng)用十分廣泛，能有效測(cè) 量管道內(nèi)流體的壓力，保障管道輸送的安全性和可 控性。壓力表的安裝要求牢固且密封良好，不能存 在泄漏現(xiàn)象,特別是對(duì)于天然氣這種易燃易爆的介 質(zhì)。而在輸氣站安裝壓力表時(shí)發(fā)現(xiàn)，螺紋的旋入程 度和表盤的最終朝向是不盡相同的，這表明壓力表 與接頭的螺紋配合是有差異的。若螺紋旋入程度低 則密封不足，若使用扳手強(qiáng)行旋入過(guò)多則易損壞接 頭。對(duì)此，有必要分析壓力表安裝差異的原因，找到 螺紋連接的配合規(guī)律，結(jié)合相應(yīng)的密封方式來(lái)保障 壓力表的安裝效果。
1.壓力表安裝差異
輸氣站在安裝壓力表時(shí)，為保護(hù)管道焊接式接 頭，常附加二閥組或轉(zhuǎn)換接頭來(lái)連接壓力表。而壓 力表的安裝程度并不完全一致，無(wú)論是旋入到接頭 的圈數(shù)還是表盤的最終朝向都有所差異。將同一塊 壓力表分別與二閥組、轉(zhuǎn)換接頭進(jìn)行手動(dòng)連接，擰 緊后的效果如圖1所示。
從圖1中可以看出，壓力表與不同接頭連接時(shí)， 旋入程度和朝向是有明顯差別的。壓力表與接頭是 通過(guò)螺紋旋合連接的，即螺紋之間的配合有差異， 這種差異可能來(lái)自螺紋的加工精度或螺紋標(biāo)準(zhǔn)的差異。
對(duì)輸氣站壓力表及其接頭的螺紋規(guī)格進(jìn)行統(tǒng) 計(jì)，常用的螺紋規(guī)格如表1所示。
表1壓力表及接頭的螺紋規(guī)格
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型號(hào)（表盤直徑） |
Y-60、Y-65 |
Y-100、Y-150 |
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常用 螺紋 |
公制螺紋 |
M10X1.5、M14X1.5 |
M20X1.5 |
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英制螺紋 |
G1/4"、G1/8" |
G3/8"、G1/2"、G3/4" |
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美制螺紋 |
1/4NPT |
1/2NPT |
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2.管螺紋的分類
輸氣站使用的螺紋類型有英制、美制和公制3 種，這是按螺紋標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的分類。英制管螺紋為牙 型角55。惠氏螺紋；美制管螺紋為60°布氏螺紋； 公制管螺紋為60。的米制螺紋，但僅在少數(shù)國(guó)家使 用，應(yīng)用上有所限制。管螺紋的分類及代號(hào)，如表2 所示。
表2管螺紋按螺紋標(biāo)準(zhǔn)分類
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螺紋標(biāo)準(zhǔn) |
螺紋分類 |
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英制管螺紋 |
一般密封管螺紋（R)、非密封管螺紋（G) 舊英制管螺紋（PT、PF) |
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美制管螺紋 |
一般密封管螺紋（NPT、NPSC)、 干密封管螺紋（NPTF，etc) 非密封管螺紋（NPSM，etc) |
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公制管螺紋 |
一般密封管螺紋（Me、Mp)、非密封管螺紋（M) |
管螺紋的主要功能是連接和密封。根據(jù)密封性 可將管螺紋分為非密封管螺紋、一般密封管螺紋和 干密封管螺紋。非密封管螺紋不具備密封性，一般 為圓柱管螺紋，這種螺紋連接時(shí)要在結(jié)合面加入墊 片，通過(guò)壓緊墊片形成密封。密封管螺紋一般為錐 管螺紋，通過(guò)錐形結(jié)構(gòu)和吻合的螺紋牙形來(lái)密封。 干密封管螺紋不需要借助任何填料就能完全密封， 而一般密封管螺紋需要在螺紋副內(nèi)纏繞生料帶來(lái) 保證密封效果。
3.管螺紋的連接
3.1加工精度對(duì)螺紋連接的影響
管螺紋的加工多采用車削、銑削和滾壓方式， 車削和銑削是采用切除材料的方法加工，滾壓是采 用使材料塑性變形的方法加工，生產(chǎn)效率更高且表 面粗糙度更小。加工方式和加工過(guò)程控制的不同， 可能會(huì)對(duì)螺紋的精度產(chǎn)生影響。將同一塊壓力表與 三個(gè)同一規(guī)格類型的二閥組進(jìn)行連接，手動(dòng)擰緊后 的效果如圖2所示。
從圖2中可以看出，壓力表與同一規(guī)格的二閥組 連接時(shí)，旋入程度是基本相同的，但是表盤的最終 朝向不同。這表明：加工精度對(duì)螺紋配合的影響有 限的，主要體現(xiàn)在表盤的最終朝向上，而不會(huì)導(dǎo)致 在旋入程度上有很大差異。
3.2 螺紋類型對(duì)螺紋連接的影響
管螺紋的配合形式有“錐/錐”配合、“柱/錐” 配合和“柱/柱”配合。前兩種配合形式的螺紋在旋 入過(guò)程中會(huì)越擰越緊，在螺紋副形成有效的密封 面。而“柱/柱”配合形式可以使螺紋旋進(jìn)到底，在螺紋副處沒(méi)有密封點(diǎn)。需要指出的是，對(duì)于14牙系 列的英制管螺紋和美制管螺紋，管徑是相近的，能 夠勉強(qiáng)破壞性連接，即不同類型的螺紋可以混合使 用，而這種情況在現(xiàn)場(chǎng)操作中經(jīng)常出現(xiàn)。
由表1可知，常用的螺紋類型為NPT系列螺 紋和G系列螺紋，M系列螺紋主要用于鍋爐水管 等低壓管道上。工藝管道上的壓力表型號(hào)主要為 Y-100，這種尺寸壓力表及接頭的螺紋規(guī)格為G1/2" 和1/2NPT。查閱管螺紋標(biāo)準(zhǔn)尺寸，G1/2"螺紋和 1/2NPT螺紋在尺寸如表3所示。
表3螺紋標(biāo)準(zhǔn)尺寸
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螺紋 規(guī)格 |
25.4mm內(nèi)包 含的牙數(shù)n |
螺距P |
牙高h |
大徑D |
中徑d2 |
小徑 |
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mm |
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1/2NPT |
14 |
1.814 |
1.451 |
21.224 |
19.772 |
18.321 |
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G1/2" |
14 |
1.814 |
1.162 |
20.955 |
19.793 |
18.631 |
從表3中可以看出，G1/2"螺紋和1/2NPT螺紋在 尺寸上相差很小。通過(guò)對(duì)不同螺紋進(jìn)行連接對(duì)比， 來(lái)分析螺紋的配合差異。為便于分析，選取兩組二 閥組作為研究對(duì)象，因?yàn)槎y組本體上標(biāo)明了螺紋 的類型及尺寸，且兼具內(nèi)螺紋和外螺紋，可重復(fù)試
驗(yàn)。螺紋連接組合分為：
①G內(nèi)螺紋+G外螺紋；②NPT內(nèi)螺紋+NPT外螺紋；
③G內(nèi)螺紋+NPT外螺紋；
④NPT內(nèi)螺紋+G外螺紋。
分別進(jìn)行連接后，螺紋之間的配合情況如圖3 所示。
從圖3中可以看出：
兩個(gè)G螺紋（G系列螺紋簡(jiǎn)稱，下同）連接， 螺紋可以旋入至底，配合度很高，但旋入過(guò)程并非 越擰越緊，螺紋副不具備密封功能，需要在結(jié)合面 加入墊片來(lái)密封。
兩個(gè)NPT螺紋（NPT系列螺紋簡(jiǎn)稱，下同） 連接，旋入程度較高，且旋入過(guò)程越擰越緊，螺紋 副具有一定的密封性，配合生料帶能有效密封。
G內(nèi)螺紋與NPT外螺紋連接，旋入程度 也較高。由表3可知，G螺紋的小徑和中徑都要略大 于NPT螺紋，僅大徑比NPT螺紋小，即G螺紋要略 大于NPT螺紋，使得NPT螺紋也能旋入到很深的 程度。
相比于其他組合，G外螺紋旋入到NPT內(nèi) 螺紋的圈數(shù)要低的多，配合度較差。
上述分析表明：螺紋類型差異對(duì)螺紋配合的影 響是較大的，在旋入程度上有明顯差異。對(duì)于G螺 紋的壓力表，盡量選用G螺紋的接頭，保證螺紋的 連接功能與密封效果。對(duì)于NPT螺紋的壓力表，接頭類型的適應(yīng)性相對(duì)廣一些，一般來(lái)說(shuō)都能有較好 的旋入程度。但是較好的旋入程度并不意味著較高 的密封性， 為此還要對(duì)密封性進(jìn)行分析。
4.壓力表的密封方式
輸氣站壓力表安裝的密封性對(duì)生產(chǎn)安全至關(guān) 重要，而螺紋之間的配合程度對(duì)密封效果有較大影 響。同類螺紋進(jìn)行連接，配合度較高，有利于密封。 不同類的螺紋連接，配合程度是有差異的，而且由 于牙型角不同，旋緊時(shí)會(huì)將螺紋齒擠壓變形，使得 原本的面密封變成線密封，如圖4所示。
當(dāng)密封性下降時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)一般會(huì)將壓力表擰更 緊，相比于同類螺紋的錐形受力面，不同類型的螺 紋連接時(shí)的受力點(diǎn)為圓線，導(dǎo)致外螺紋受力集中且 不均勻，受力過(guò)大易損壞螺紋，例如轉(zhuǎn)換接頭的內(nèi) 螺紋端常出現(xiàn)裂縫。
輸氣站安裝壓力表時(shí)，常用的兩種密封方法是 纏繞生料帶和添加墊片。一般情況下，對(duì)于錐形螺 紋的壓力表采用纏繞生料帶的方式在螺紋副形成密 封，對(duì)于柱形螺紋的壓力表采用添加墊片的方式在 結(jié)合面處形成密封。
纏繞生料帶時(shí)要注意纏繞方向，應(yīng)與壓力表的 旋入方向相反，且在纏繞過(guò)程中要拉緊生料帶，讓 生料帶緊密貼在螺紋上。隨著螺紋旋緊，生料帶能 充分均勻地填充在螺紋齒與螺紋齒之間，從而起到 的密封效果。生料帶的纏繞以旋緊、不漏為準(zhǔn)，根據(jù) 生料帶厚度的不同，纏繞圈數(shù)在4?10圈不等。
墊片密封是將墊片置于結(jié)合面處擠壓至變形， 使墊片兩面均能與結(jié)合面完全貼合，從而形成密 封。對(duì)于“柱/柱”配合的螺紋連接，使用墊片能有 較好的密封效果。若是“柱/錐”配合方式，螺紋的 配合度可能存在差異，螺紋不能旋入很深的程度，
不能有效擠壓墊片，從而導(dǎo)致墊片與結(jié)合面之間存 在空隙，起不到良好的密封效果。對(duì)于此類情況，建 議同時(shí)使用纏繞生料帶和添加墊片的方式，來(lái)保障 壓力表安裝的密封效果。
5.結(jié)論與建議
壓力表安裝差異主要由螺紋類型不同所致，同 類螺紋連接有較好的配合度和密封性，不同類型的 螺紋連接在配合度上有差異且不利于密封。加工精 度對(duì)螺紋配合影響較小，主要體現(xiàn)在表盤的最終朝 向上，對(duì)配合度和密封性的影響很小。
錐形螺紋采用纏繞生料帶的方式密封， 柱形螺 紋采用添加墊片的方式密封。“柱/錐”螺紋配合時(shí) 建議同時(shí)采用纏繞生料帶和添加墊片的方式來(lái)加強(qiáng) 密封。
壓力表及其接頭的螺紋類型，應(yīng)當(dāng)在儀表臺(tái)賬 中備注清楚，安裝壓力表時(shí)盡量使用同類螺紋的接 頭，減少不必要的女裝冋題。
