李龐

沈陽調(diào)度中心，遼寧沈陽110031

凸輪式夾緊搶修夾具的研制與運(yùn)用

李龐

沈陽調(diào)度中心，遼寧沈陽110031

在對焊縫開裂大、變形量大的長輸油氣管道進(jìn)行搶修時，在用的對開式維修卡具存在操作、焊接時間長，吊裝設(shè)備大型化，操作技術(shù)要求嚴(yán)等缺點(diǎn)。經(jīng)過反復(fù)試驗論證，研制出了結(jié)構(gòu)簡單、動作迅速、操作方便的凸輪式夾緊搶修夾具，并在現(xiàn)場搶修和缺陷修補(bǔ)工程中得到了成功的運(yùn)用。實(shí)踐表明：新型夾具增加了引流閥，能夠在管道漏油的情況下作業(yè)，具有適用范圍廣的特點(diǎn)；新型夾具采用一體化設(shè)計，操作便捷，一般在15 min內(nèi)可完成搶修作業(yè)；新型夾具增加了焊接隔熱層，在焊接時間比較長的情況下，也能保證其密封性。

管道；開裂；泄漏；搶修夾具；凸輪式夾具

長輸油氣管道經(jīng)過多年運(yùn)行之后，不可避免地會出現(xiàn)老化、腐蝕問題，從而造成管道失效。由于管道內(nèi)輸送的介質(zhì)是易燃易爆的油品和天然氣等，一旦泄漏勢必造成環(huán)境污染、著火、爆炸等事故，嚴(yán)重危及管道的安全運(yùn)行，以至給管道沿線居民的生命和財產(chǎn)帶來不可估量的損失。

目前用于因管道腐蝕、打孔盜油、焊縫開裂等造成漏油事件的搶修卡具基本可分為：對于壓力小的泄漏如點(diǎn)腐蝕、打孔盜油、閥門等，運(yùn)用封頭式扣帽子堵漏；對于壓力大的泄漏，則運(yùn)用帶壓引流堵漏夾具進(jìn)行堵漏；對于焊縫開裂尺寸小、變形小且沒有油溢出的缺陷，則運(yùn)用B型套筒進(jìn)行堵漏；對于焊縫開裂大、變形量大的缺陷，則只能用僅有的一種老式對開式卡具進(jìn)行堵漏，見圖1。

圖1 老式對開式卡具示意

多年來的搶修證明，這種卡具存在著操作、焊接時間長，吊裝設(shè)備大型化，操作技術(shù)要求嚴(yán)等缺點(diǎn)。在2012年的中俄管道漠大線2.13搶修中，從開始操作對開卡具到完成焊接共耗時28 h，而且勞動強(qiáng)度非常大，這已經(jīng)顯示出這種卡具極不適合搶修的弊端。為了滿足搶修現(xiàn)場實(shí)際操作的要求，急需研制出一種具有方便操作、焊接量小等特點(diǎn)的搶修卡具，以便克服過去搶修夾具存在操作人員多、操作復(fù)雜、時間長、焊接量大、起不到快速搶修作用的弊端。

1 凸輪式夾緊搶修夾具的研制與實(shí)際操作

1.1 凸輪式夾具的研制及試壓

（1）凸輪式夾具的研制。反復(fù)的試驗論證認(rèn)為，采用偏心凸輪夾緊機(jī)構(gòu)作為搶修卡具可克服老式對開式卡具的缺點(diǎn)[1]。

用偏心件直接或間接夾緊工件的機(jī)構(gòu)，稱為偏心夾緊機(jī)構(gòu)。偏心凸輪夾緊機(jī)構(gòu)由于具有良好的增力和自鎖性能，在生產(chǎn)上廣泛地用作夾緊或鎖緊裝置，它具有結(jié)構(gòu)簡單、動作迅速、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，見圖2。

圖2偏心凸輪夾緊機(jī)構(gòu)示意

圖2 （a）所示的是直徑為D，偏心距為e的偏心輪。偏心輪可以看作一個繞在轉(zhuǎn)軸上的弧形楔（圖2中徑向影線部分）。如圖2（b）所示，將偏心輪上起夾緊作用的輪廓線展開，則可把圓偏心看作為一個曲線斜楔，夾緊的最大行程為2e[2]。曲線上各點(diǎn)的升角不相等，P點(diǎn)的升角最大，但夾緊力最??；而P點(diǎn)附近的升角變化小，但夾緊比較穩(wěn)定。圓偏心因結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，夾緊迅速，自鎖可靠，因而一般適用于夾緊行程及切削負(fù)荷較小且平穩(wěn)的場合，常用于手動夾緊裝置。根據(jù)這一原理，我們研制出了凸輪式夾緊搶修夾具，其結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 研制的凸輪式夾緊搶修夾具

研制的凸輪式夾緊搶修夾具的主要技術(shù)參數(shù)：

第一，適用介質(zhì)為油、天然氣、水等。

第二，管道壓力（焊后壓力）≤10 MPa。

第三，工作溫度≤120℃。

第四，適用管徑為D 159～1 016 mm。

第五，夾體材質(zhì)為16 Mn。

第六，密封條材質(zhì)為丁腈橡膠。

第七，焊前（夾緊后）壓力為1 MPa。

第八，上下夾體焊接縫間隙為1～3 mm。

第九，管道圓度誤差為3 mm（單邊誤差，凸出部分有焊縫的要磨平）。

第十，管道泄漏凸出處與管道外徑之間的高度≤15 mm。

（2）凸輪搶修夾具的試壓。在兩端封頭密閉的管道中間上部人工開一個直徑10 mm的圓孔，用研制的凸輪搶修夾具夾緊，以驗證凸輪搶修夾具（焊接前）的密封及強(qiáng)度性能是否達(dá)到1.0 MPa的設(shè)計要求（包括內(nèi)層膠圈的密封性能）。耐壓試驗壓力值應(yīng)符合設(shè)計要求，且不小于下列公式的計算值[3]。

式中PT——耐壓試驗壓力/MPa；

η——耐壓試驗壓力系數(shù)，一般取1.25；

P——壓力容器的設(shè)計壓力/MPa；

[σ]——試驗溫度下材料的許用應(yīng)力/MPa；

[σ]t——設(shè)計溫度下材料的許用應(yīng)力/MPa。

試壓完全按照規(guī)程進(jìn)行，如果未觀察到泄漏點(diǎn)，則試壓結(jié)束。

1.2 凸輪式夾緊搶修夾具的實(shí)際操作

（1）夾具安裝。吊起夾具置于長輸管道泄漏點(diǎn)附近。放下夾具使之環(huán)抱長輸管道。插入夾緊桿，安裝凸輪插入凸輪銷。然后將夾具移至漏點(diǎn)處。凸輪與夾緊塊通過壓緊桿、凸輪、夾緊桿及加力桿夾緊夾具，使夾具緊抱長輸管道，有效封堵漏點(diǎn)。見圖4。

圖4 夾具的安裝示意

（2）夾具焊接。將夾具的上下夾體與長輸管道焊接為一體。焊接順序見圖5。

蜘蛛精聞聲，那只幾乎已經(jīng)觸到了墻頭的節(jié)足，驟然停了下來。它扭頭，望向了聲音傳來的方向，借著月色打量了半晌，然后撤回節(jié)足，轉(zhuǎn)過身子，朝向了天葬師的方位。

圖5 夾具的焊接順序示意

（3）收尾工作。焊接結(jié)束后，拆下連接管及快速接頭，再用手動開孔機(jī)安裝絲堵，拆下球閥，擰緊短接蓋，并與夾具焊接為一體，見圖6。

2 凸輪式夾緊搶修夾具的實(shí)際運(yùn)用

（1）漏油管道的現(xiàn)場搶修。2012年11月1日慶鐵二線429#+800 m處管道焊縫發(fā)生開裂泄漏，開裂處位于環(huán)型焊道6～9點(diǎn)鐘之間，長度約6 cm，泄漏壓力0.16 MPa，采用凸輪式夾緊搶修夾具進(jìn)行搶修，經(jīng)過近4 h的安裝、焊接、堵孔等作業(yè)，順利地完成了搶修任務(wù)。

（2）管道缺陷的現(xiàn)場修復(fù)。中俄管道漠大線現(xiàn)場某處發(fā)現(xiàn)焊道開裂缺陷，運(yùn)用凸輪式搶修卡具成功地進(jìn)行了修復(fù)。

圖6 搶修結(jié)束后的效果

3 結(jié)束語

針對原搶修用卡具不適用的問題，研制出了一款凸輪式夾緊搶修夾具。搶修及現(xiàn)場修復(fù)應(yīng)用實(shí)際表明，新型搶修夾具具有以下特點(diǎn)：

（1）適用范圍廣。原對開式卡具只能在管道不漏油的情況下進(jìn)行卡管作業(yè)，新型夾具增加了引流閥，能夠在管道漏油的情況下作業(yè)。

（2）操作便捷。原卡具操作難度大，操作時間長，一般在2 h左右，而新型夾具采用一體化設(shè)計，操作非常便捷，一般在15 min內(nèi)完成。

（3）焊接時間短，焊接可靠，安全性強(qiáng)。新型夾具增加了焊接隔熱層，在焊接時間比較長的情況下，也能保證其密封的安全性。這種夾具已經(jīng)成功地獲得了國家實(shí)用新型發(fā)明專利，具有廣闊的市場運(yùn)用前景。

[1]TSG R0004-2009，固定式壓力容器安全技術(shù)規(guī)程[S].

[2]GB 150-2011，鋼制壓力容器[S].

[3]張憲仁.偏心夾緊機(jī)構(gòu)可靠性問題分析[J].機(jī)械制造與自動化，2006（1）：23-25.

Development and Application ofNew Cam Clamp for Pipeline Rush Repair and Maintenance

LIPang
Shenyang Dispatching Center，Shenyang 110031，China

In rush repair of long distance pipeline with wide weld fracture and severe deformation，using split-on clamp has disadvantages such as long operating and welding time，requirement of heavy crane and proficient skill. A new type of cam clamp with the characteristics of simple structure，rapid action and easy operation is developed after repeated tests and demonstrations，and applied in on-site rush repair and defect repair successfully.The practice shows that the cam clamp can work in the situation of oil leakage from pipeline by adding a drainage valve and has wide scope of application.The cam clamp adopts integral design leading to easy operation and short operation time，e.g.15 min for usual rush repair.Owing to adding a thermal insulation layer，the cam clamp can work for longer welding time and remain its sealfunction.

pipeline；fracture；leakage；clamp for rush repair；cam clamp

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.06.023

李龐（1968-），男，遼寧沈陽人，高級工程師，1992年畢業(yè)于撫順石油學(xué)院機(jī)械系，現(xiàn)從事石油管道運(yùn)輸工作。

2015-05-10