CN101501470A - 隔离或检测管段的具有轴向加固件的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于检测将法兰固定到管子端部的焊缝的完整性的设备和方法，其包括检测组件和加固组件。检测组件包括设置在管子内的第一密封装置和固定在法兰表面上的第二密封装置，以便在管子内形成密封区域，该密封区域与焊缝重叠。加固组件包括固定在管子外壁上的圆周夹具和与法兰相对设置的锚板。第一密封装置连接至锚板，以防止它们之间的相对运动。锚板连接至夹具，以防止它们之间的相对运动。焊缝检测步骤包括：安装该设备，充填密封空间并对其加压以及监控其中产生的压力。加固组件防止了第一密封件分开，并且允许在没有给焊缝施加压缩力的情况下进行焊缝检测。本发明还提供了用于隔离管子的端部段的加固工具和方法。

Description

隔离或检测管段的具有轴向加固件的设备和方法

技术领域

本发明涉及用于隔离管段(pipe segment)或用于检测将法兰连接至管子端部的焊缝的设备和方法。更具体地，本发明提供了一种用于隔离和/或检测管段的设备和方法，其中设置有用于轴向加固的装置。

背景技术

在化学工厂或石油化学工厂等中，经常需要将流体材料从一个位置或容纳单元传输到另一个。这种材料的传输通常包括诸如管道或管子、储存或反应容器等的设备，这些设备通常由金属制成。传输设备的单独部件的连接通常通过将需要的部件焊接到一起而获得。例如，当将相邻的管子端部连接到一起时，通常是每个端部均设置有法兰，这些法兰焊接在各个对应的端部上，然后用螺栓固定到一起以形成密封。如本领域技术人员应理解的，这种焊接接头必须形成完全的密封，以防止传送的材料泄漏。当处理可能危险的(即易燃的)或有毒的材料时，尤其如此。

基于安全的原因，经常需要定期地检测用于将设备的各个部件(例如管子、容器、法兰等)连接到一起的焊缝的完整性。现有技术教授了各种用于对管道进行焊缝完整性检测的工具。例如，第6,131,441和5,844,127号美国专利(发明人为Berube和Carson)(其全部公开内容结合于此作为参考)教授了焊缝检测工具，这些检测工具将管子的特定部分(例如包括焊接的部分)隔离，并且使这部分在工具和管子的内表面所限定的受限环形空间内经受高压流体的作用。监控环形空间内的流体压力，由此任何的压降都意味着焊缝的泄漏。这些工具也可仅用于管段的隔离，而不进行任何检测。当焊接先前装过易燃材料的管子等时，经常需要这种隔离。在这种情况下，将任何这种材料的烟气与焊接区域隔开是很重要的。上述工具能够固定在距离焊接区域给定距离处的管子内壁上，并且作为沿着管子的其余长度所容纳的烟气的隔离物。为了防止任何烟气聚集以及伴随的压力增加，′441和′127专利中的工具可以设置有排放管，以允许这些烟气越过焊接区域排出，而没有与这一区域相接触。′441和′127专利中所提供的工具可以沿着任何管子或类似管道的长度设置。

第5,027,079号美国专利(发明人为Dufort)提供了另一特别适于检测法兰管(flanged pipe)的焊缝的完整性的检测工具。如′079号专利中所教授的，该检测工具包括具有径向膨胀的气囊的密封端，该气囊设置在距离焊接区域给定距离处且被充气。以这样的方式使气囊加压使得工具与管子的内壁摩擦接合，从而将工具固定在适当位置，并将焊接区域与管子的其余部分隔开。该工具还包括法兰板，该法兰板用于将法兰固定在管子上，并且用于在法兰和工具的密封端之间形成密封区域，在这一区域中包括待检测的焊缝。通过检测液体使密封区域加压，并监控该压力，以检测泄漏。

尽管上述参考文献提供了用于检测焊缝的有效工具，然而它们被设计成对焊缝主要施加径向力。然而，对于“最坏的情况”，需求对焊缝施加另外的应力，从而能在极限状态下检测这些焊缝。更具体地，需要在允许检测待对焊缝施加的轴向膨胀力的同时进行焊缝检测。

此外，对于至少一些已知的隔离和/或检测工具，工具上游的压力的增加(由于烟气的聚集等)可能导致工具被吹出(blow out)，其中工具急速地从管子中移出，通常沿着轴向方向(相对于管子)。因此，需要提供一种具有加固件的管子隔离和/或检测工具，以防止这种工具沿着轴向方向移动。

发明内容

一方面，本发明提供了一种用于检测将法兰连接至管子端部的焊缝的完整性的焊缝检测设备，在使用时，该设备包括：

a)检测组件，包括：

-第一密封装置，用于在管子内形成密封；

-第二密封装置，用于密封法兰；

-用于对第一密封装置、第二密封装置和管子的内壁所限定的区域加压的装置；以及

-检测组件，包括在其中延伸的排放口；以及

b)加固组件，用于固定检测组件，该加固组件包括：

-夹具，固定在管子的外壁上；

-锚板，与夹具间隔开并与法兰相对设置；

-第一锚定装置，连接锚板和第一密封装置，以防止锚板和第一密封装置分开；以及

-第二锚定装置，连接锚板和夹具，以防止它们之间的相对运动。

另一方面，本发明提供了一种用于检测将法兰连接至管子端部的焊缝的完整性的方法，包括：

-将第一密封装置固定在管子内；

-将第二密封装置固定在法兰上；

-在管子内建立由第一和第二密封装置以及管子的内壁限定的密封区域，该密封区域包括焊缝；

-设置夹具，以摩擦接合管子的外壁；

-与法兰相对设置锚定装置；

-将锚定装置连接至夹具，以防止它们之间的相对运动；

-将锚定装置连接至第一密封装置，以防止它们之间的相对运动；以及

-用检测流体充填密封区域并对其加压。

另一方面，本发明提供了一种用于隔离管子的端部的设备，包括：

a)隔离组件，包括：

-密封装置，用于在管子内形成密封；

b)加固组件，用于固定隔离组件，该加固组件包括：

-夹具，固定在管子的外壁上；

-锚板，与夹具间隔开并与管子的端部相对设置；

-第一锚定装置，连接锚板和密封装置，以防止密封装置在管子内的轴向位移；

-第二锚定装置，连接锚板和夹具，以防止在它们之间的相对运动。

另一方面，本发明提供了一种用于隔离管子的端部段的方法，包括：

-将密封装置固定到管子内，以将该端部段与管子的其余内部隔开；

-设置夹具，以摩擦接合管子的外壁；

-与管子的端部相对设置锚定装置；

-将锚定装置连接至夹具，以防止它们之间的相对运动；

-将锚定装置连接至密封装置，以防止密封装置在管子内的轴向位移。

附图说明

在以下参照附图的详细描述中，本发明的这些和其它特征将变得更加显而易见，附图中：

图1是根据一个实施例的用于管子时的检测工具的局部横截面图；

图2是沿着线2-2截取的图1的端视图；

图3a是根据一个实施例的沿着线3-3截取的图1的端视图；

图3b是根据另一个实施例的沿着线3-3截取的图1的端视图；

图4是根据另一个实施例的图1的检测工具的局部横截面图；

图5是根据另一个实施例的本发明的检测工具的局部横截面图；

图6是图5的设备的排放管和第一密封装置的横截面图；

图7是图6的设备的变体的横截面图；

图8是根据另一个实施例的图5的检测工具的局部横截面图；

图9是根据另一个实施例的图5的检测工具的局部横截面图；

图10是根据另一个实施例的图5的检测工具的局部横截面图；

图11是根据本发明另一个实施例的隔离设备的局部横截面图；

图12是图11的设备的变体的局部横截面图；

图13是图1的设备的变体的局部横截面图；

图14a是图12的密封设备的示意性横截面图；

图14b是图14a的设备的变体的示意性横截面图；

具体实施方式

在本发明的整个说明书中，以下术语应被认为具有以下相关含义：

“管子”-应被理解为表示任何能够连接法兰的任意长度的管子或管状的管道。尽管本发明采用焊接有法兰的金属管，但应理解的是，本发明同样可应用于其它材料(例如PVC等)的管子。因此，术语“管子”应被认为包括其它设备或装置之间的直的或弯曲的管道和管状连接件，例如，设置在容器等上的端口和“T”接头等。为方便起见，本公开和附图示出并描述了一段直管。

“环形”-该术语用于描述具有至少一个外径和至少一个内径的本体。因此，“环形管”应被认为是一种具有外径和内径的空心管。“环形盘”应被认为是一种具有外径和中心孔且由此提供内径的物体。

“轴向”-该术语将用于描述沿着管子或管道的纵向轴线的方向。因此，“轴向力”或“轴向应力”应被理解为沿着平行于管道的纵轴方向施加的力(或者是膨胀性的或压缩性的)。

如图1所示，根据本发明一个实施例的本发明的设备10包括一个检测组件，该检测组件包括用于设置在管子14内的第一密封装置12和用于设置在法兰18的外表面上的第二密封装置16。法兰18通过焊缝17连接，将通过本发明来检测该焊缝。第一密封装置12建立了对管子14的内壁的密封。第二密封装置16建立了对法兰18的外表面的密封。该设备还包括加固组件20，其将检测组件锚定在所期望的位置。加固组件20包括圆周(circumferential)夹具22和锚板24。该锚板通过两个以上的锚杆26连接到夹具22。

在申请人的第WO2006/069446号共同未决PCT公开(其全部内容结合于此作为参考)中提供了本发明中所使用的圆周夹具22的实例。如图2中所示，夹具22大体上包括蛤壳状结构(clamshellstructure)，并且可以包括两个以上的部件28a和28b(例如，由于夹具的总重量，大直径的管子可能需要更多的部件)。这些部件分别包括具有孔的夹紧法兰30a和30b，螺栓32穿过这些孔延伸。相配合的螺母34将这些部件固定到一起。可以设置任意数量的螺栓32和螺母34。部件28a和28b分别包括套环部(collar portion)34a和34b，这些套环部相结合，以基本在周向上接合管子14的外表面。如应理解的，一旦设置套环部34a和34b，螺栓32和螺母33通过夹紧法兰30a和30b上的孔插入，由此螺母33的拧紧迫使套环部34a和34b紧贴在管子14的外表面上，从而形成密封装配接合。对于本领域技术人员而言，考虑到本公开，提供所期望的夹具22与管子14之间的接合程度所需的扭矩程度将是显而易见的。并且，应理解的是，尽管每个部件均示出为具有基本相对的法兰，但是用铰链(如第WO2006/069446号PCT公开中所描述的)来替代一对法兰和相关的螺栓32和螺母33也是可行的。

应理解的是，这里所用的术语“圆周夹具”并非意味着限于环绕管子的整个圆周的夹具。例如，如图中所示，通过增加螺栓32的长度可以使一个夹具用于各种不同的管子直径。因此，术语“圆周的”意在描述一种摩擦接合管子圆周的至少一部分的夹具。

而且，为了方便，本公开涉及设置在管子14的外表面上的单个夹具。然而，应理解的是，在需要额外的加固件的情况下，可以使用一个以上的夹具。此外，用于夹具的接合装置被描述为通过螺母33和螺栓32实现。然而，如在前述PCT公开中所描述的，夹具的关闭可以通过磁性的、液压的或任何其它这样的装置来获得。如应理解的，夹具的目的是摩擦接合待检测的管子14的外壁，并且作为加固件，以防止设备的移动，尤其是在轴向方向上的移动。

每个夹具部28a和28b分别还包括法兰36a和36b，这些法兰基本垂直于套环部34a和34b延伸。当将夹具部连接在管子上的适当位置时，法兰36a和36b相组合以形成支撑法兰37，该支撑法兰从套环部基本垂直地延伸并且基本垂直于管子14的纵向轴线。支撑法兰37包括两个以上的孔38，以接收如下面将进一步描述的锚杆26。

夹具部28a和28b优选地还设置有多个支架40，以保持套环部34a和34b以及相应的法兰36a和36b的相对定位，并支撑多个法兰36a和36b。如应理解的，对这种支架的需要及其数量将取决于用来制造夹具的钢的规格，并且还取决于夹具的直径和其它各种因素。

如上所述，与圆周夹具22相对，加固组件包括锚板24。如图3a和3b中所示，锚板可以大体上是圆盘形的(图3a)或者可以包括大体上为长方形的板(图3b)。锚板24设置有两个以上的第一孔42，以接收锚杆26。如应理解的，设置在锚板上的孔42的数量将取决于所需的锚杆的数量。因此，对于更大直径的管子，可能需要两个以上的杆。而且，应理解的是，假定锚板是圆盘形的结构(如图3a中所示)，应该需要两个以上的锚杆，而使用两个锚杆将仅仅需要长方形的锚板(如图3b中所示)。还应理解的是，圆盘形锚板的重量大于长方形板的重量。

锚板24还设置有基本上位于中心的排放孔44，以接收检测组件的排放管(如以下将进一步描述的)。而且，锚板24还包括一个以上的支撑孔46，以接收设置在检测组件上的系杆(tie rod)(如下面将进一步描述的)。

如图1中所示，使夹具22和锚板24对准，以允许锚杆26的两端穿过对应的孔。并且如优选实施例中所示，夹具22的支撑法兰37和锚板24的尺寸大于法兰18的直径，以允许锚杆的对应接合。

如图1中所示，检测组件包括第一密封装置12。第一密封装置12包括适于接收在管子14的腔内的密封板48。密封板48的直径小于管子14的内径。密封板设置有多个周向间隔的螺栓50。螺栓50通过焊接或通过螺母(未示出)可以永久性地固定在密封板48上。如应理解的，螺栓50可以通过任何本领域技术人员已知的装置固定到板48上。第一密封装置12还包括圈环(annular ring)52和环形垫板54。在密封板48与圈环52之间以及圈环52与垫板54之间分别设置有弹性密封件56和58，如O型环等。如所示的，螺栓50穿过设置在垫板54上的孔(未图示)延伸，并且通过相配合的螺母60固定。

如可以看到的，当第一密封装置12的部件处于适当位置时，螺母60的拧紧使得密封板和垫板54朝向彼此前移。这一动作使得弹性密封件56和58变形。使这种变形径向向外地转移，从而使密封件紧密接触管子14的内壁。以这样的方式，在第一密封装置12与管子14的内壁之间形成两个密封。在一个优选实施例中，接近管子14的壁的圈环52的外缘向内倾斜，以有助于密封件的这种径向向外的变形。然而，可以使用各种其它的方法来产生这种直接的变形。例如，环可以设置有凸缘(ledge)，以防止密封件的向内变形，由此，迫使任何变形都仅仅在向外的方向上发生。而且，尽管在本说明书中描述了螺栓50和螺母60的实施例，但应理解的是，可以使用任何的支承方法来使得密封板和垫板一起前移。例如，可以使用液压装置，而非诸如使用螺栓和螺母的机械装置。在这种情况下，螺栓可以用液压缸替代。本领域技术人员将知晓各种其它施加力的装置。

本发明的密封板48还设置有排放管62，该排放管从设置在板48上的中心开口64延伸。排放管62可以焊接或者用螺栓固定在密封板48上或者使用任何其它装置连接在其上。排放管62用于在检测组件的相对侧之间提供连通路径，由此，作为排放任何容纳在穿过其中的管子中的烟气或气体等的通道。在一个优选实施例中，设置有一个排放管。然而，如本领域技术人员应理解的，当需要或期望时，可以使用任意数量的排放管。

在一个实施例中，密封板48也可以设置有沿与排放管62相同的方向延伸的一个以上的系杆63。系杆通常是实心的，并以如对于排放管62的任何方式固定到密封板48上。在一个实施例中，系杆可以焊接到密封板上。

与第一密封装置12相对，检测组件包括第二密封装置16。第二密封装置16包括大体上为圆盘形的盖板(blind flange)66，该盖板使用通常设置在法兰上的螺栓孔固定到法兰18的外表面上。为了方便，没有示出将盖板66固定到法兰18上的螺栓和螺母，但是对于本领域技术人员将是显而易见的。也没有示出用于在盖板66与法兰18之间形成密封的通常公知的密封件。这种密封件通常包括设置在盖板66与法兰18的相对面之间的垫圈等。

排放管62和系杆63穿过设置在盖板66上的开口延伸。这些开口可以通过任何装置密封，诸如通过如O形环的弹性密封件或者通过填函料等。在如图1所示的实施例中，围环每个排放管62和系杆63的周向均随轴密封板一起设置有O形环。这是参照排放管62示出的，其中O形环被示出为元件68，而轴密封板被示出为元件70。通过设置连接至盖板66的外表面并从该外表面向外(即，远离法兰18)延伸的两个以上的螺栓71来形成密封。然后将包括用于接收排放管62和螺栓71的开口的轴密封板70放置在适当位置。接下来将螺母72安装在螺栓71上并拧得足够紧，以形成所需的密封。如上所述，在每个系杆63(存在之处)上也设置有类似的密封装置。在另一个实施例中，通过设置带有螺纹外壁的排放管62(或系杆63)而可以省去螺栓71。以这样的方式，轴密封板70通过配合地接合排放管62的螺纹外壁的螺母可以固定到盖板上。对于本领域技术人员而言，用于密封盖板中的且排放管62和系杆63从中穿过延伸的开口的各种其它方法将是已知的。而且，尽管图1中示出了多个单独的轴密封板70，但应理解的是，在其它实施例中，可以使用具有用于接收排放管62和系杆63的开口的单个板。还应理解的是，轴密封板70或板可以具有任何形状，诸如圆盘形或长方形。

盖板66还设置有至少一个充填口(fill port)74和至少一个排放口76。每个充填口74和排放口76都包括一个穿过盖板66的通道。这些通道允许分别将加压流体充填和排放到形成在第一密封装置12、盖板与管子14的内壁之间的检测区域78中。充填口74连接到加压流体源(未示出)。排放口76用于在充填操作开始时协助排出检测区域78中的气体。一旦所有气体都排出，可以关闭排放口76，以允许对检测区域78进行加压，如以下将进一步论述的。应理解的是，充填口和排放口的构造可以根据盖板66的尺寸而改变。

如图1中所示，排放管62和系杆63的外端带有螺纹，以接收螺母80。螺母80用于将排放管62和系杆63固定到如以下将进一步描述的锚板上。

同样如所示的，锚杆26的两端可以设置有螺纹外壁，以接合相配合的如同样以下将进一步描述的螺母82。

现在将参照图1的设备描述本发明的方法。根据本发明的一个实施例，该方法的第一步骤包括密封组件的安装。在该过程中，首先将第一密封装置12插入到具有待检测的焊缝的管子14内，其中，这一焊缝用于连接法兰18。第一密封装置12被插在焊缝的上游，以使焊缝位于第一密封装置与法兰18之间。在插入第一密封装置12之前，可以首先以不固定的状态预组装密封板48、环52、垫板54密封件56和58、以及螺母60，然后将它们一起插入到管子14内。一旦处于所期望的位置，接下来可以拧紧螺母60，从而与管子14内壁形成所需的密封。可选择地，各种部件可以分别插入到管子14内并且就地进行连接。

一旦将第一密封装置12设置并固定在与管子内壁的密封装配中，接下来安装第二密封装置16。在这个过程中，首先将第二密封装置的盖板66安装到法兰18的外表面上。如上所述，在法兰18与盖板66之间设置有垫圈或其它这样的密封装置，以在二者之间形成密封。同样如上所述，盖板66设置有与通常设置在法兰18上的螺栓孔相对应的多个螺栓孔。因此，在安装时，为盖板66定向，从而允许法兰螺栓、排放管62和系杆63穿过它们对应的开口。一旦盖板66处于适当位置，安装并拧紧螺母，以将盖板66固定到法兰18的外表面上。此后，将一个以上的密封件68和轴密封板70设置在对应的排放管62和系杆63(存在之处)上。然后设置并拧紧所需的螺母72，以密封设置在盖板中用于接收排放管62和系杆63的开口。在这个阶段，安装完密封组件，并可以开始焊缝17的压力检测。然而，根据本发明，在开始这一检测之前，还应当安装加固组件20。

在安装加固组件20时，首先将圆周夹具22设置在管子14的外壁上。如上所述，夹具22通常被设置成围绕管子14的周向的两个相配合的部件。夹具22优选地设置在管子上比第一检测装置更靠上游处。一旦夹具22处于所期望的位置，拧紧螺母33，从而与管子14的外表面形成密封摩擦配合。如在本申请人的第WO2006/069446号共同未决PCT公开中所说明的，这类圆周夹具能够承受高程度的轴向力。

在将夹具22固定到管子14的外表面上以后，接下来将锚杆26置于设置在夹具的支撑法兰37上的对应的孔中。此后，通过对准锚板24以允许排放管62、系杆63和锚杆26穿过设置在锚板24上的它们相应的开口来设置锚板24。一旦锚板处于适当位置，将螺母80固定在排放管62和系杆63上。无需扭转螺母80。此后，设置安装在锚杆26上的螺母82，以固定锚板24。

在这个阶段，通过设置在盖板66上的充填口74将加压流体引入到检测区域78内。如上所述，在充填过程中，排放口76可以用于排出任何容纳在检测区域78内的气体。一旦所有气体都排出，可以关闭放气口，并继续充填过程直到检测区域内达到所期望的压力。然后，监控这一压力，通过压降来表示焊缝17的完整性缺陷。

如本领域技术人员应理解的，鉴于以上描述，本发明的各种特征是显而易见的。首先，在不给焊缝17施加任何压缩力的情况下进行检测区域78的压力检测。以这样的方式，进行精确检测。而且，由于第一检测装置连接至包括锚板24和圆周管子夹具22的加固组件，阻止了第一检测装置12的任何轴向运动。以这样的方式，可以在没有检测工具从管子14中“吹出”的可能性的情况下进行检测。

作为另一特征，需注意的是，第一密封装置12的密封件56和58暴露于检测区域78内的加压流体。像这样，因此，检测区域78内流体的压力将迫使这些密封件径向向外，由此进一步增大第一密封装置12与管子14的内壁之间的密封力。

图4中示出了该设备的另一个实施例，其中，与图1中的那些相同的元件用相同的参考标号指出。在图4的实施例中，示出了第一密封装置的变体。在这种情况下，环52以及弹性密封件56和58用环形的可充气气囊90替代。如所示的，气囊90被置于贴靠管子14的内壁，并通过螺栓50和垫板54支撑在这一位置。如应理解的，在该实施例中的密封是通过首先拧紧螺母60而形成的，直到气囊90处于所期望的位置。然后，通过气囊充填口92将加压流体(例如，空气、水、液压流体等)引入到气囊内。在使用水、液压流体或其它这种介质而非空气的情形中，气囊上也设置有排放口94，以助于在充填操作期间排出任何空气。

图5示出了本发明的另一个实施例，其尤其适于检测更小直径的管子，并且其中，与图1中的那些相同的元件用相同的参考标号指出。在图5的实施例中，加固组件20大体上与上述的相同，并且包括圆周夹具22和通过锚杆26连接的锚板24。然而，由于管子14的小的直径，无需上述的系杆。因此，锚板通过螺母80固定到排放管62上。

如图5中所示，第一密封装置也与图1中所示的不同。具体地，由于管子14的更小的直径，通常用环形的承压盘100替代垫板54。盘100包括大致位于中心的孔，排放管62穿过该孔延伸。排放管62在至少接近于盘100处包括螺纹外表面，以接收并接合螺母102。螺母102的拧紧迫使盘100朝向密封板48移动，由此引起弹性密封件104的变形。为了有助于形成密封，盘100的外弹性件接触边缘可以包括如图6中所示的斜面，以径向向外地引导密封件而贴靠在管子14的内表面上。密封件104可以包括O形环等。

在另一个实施例中，如图7中所示，图5中所示的设备可以设置有双重密封。如图7中所示，在密封板48与承压盘100之间设置有环形体106。该环形体通过弹性密封件104(例如O形环等)与密封板48和承压盘100隔开。当螺母102在排放管62上前移时，承压盘压缩该组件，由此使密封件104径向向外地变形而贴靠在待检测的管子的内壁上。如应理解的，除仅使用了单个螺母102以外，这种形成双重密封的方法与参照图1的设备所描述的类似。

图8是图5中所示设备的另一个实施例，其中，相同的元件用相同的参考标号表示。在该实施例中，弹性密封件包括楔形体108。在这种情况下，承压盘110包括在临近弹性件的外边缘上的斜面。如所示的，承压盘110上的斜面与弹性件的楔块相对。因此，如本领域技术人员应理解的，当螺母102前移时，承压盘110使得弹性件108向外膨胀，从而与管子14的内壁形成密封。

图9示出了图5中所示设备的另一个变体，其中相同的元件用相同的参考标号表示。在该实施例中，图5的承压盘100用共轴地设置在排放管62上的套筒112替代。套筒112在其上游端包括支承弹性密封件104的承压盘部114。套筒的下游端或外表面端穿过锚板24中的开口延伸。如图9中可以看到的，螺母80的拧紧使得套筒向上游前移，因此使得承压盘部114支承弹性件104。因此，弹性件104变形并径向膨胀，从而形成贴靠管子14的内壁的密封。如上所述，承压盘部114外密封件接触边缘可以设置有斜面，以确保弹性件的径向膨胀。应理解的是，图9的实施例还可以设置有如图7中所示的环形体106和另一弹性元件，从而与管子内壁形成双重密封。

图10示出了本发明的另一个实施例以及图9中所示实施例的变体。在图10中，密封组件也包括共轴地设置在排放管62上的套筒112。然而，在所示实施例中，省去了承压盘部，而套筒112设置有增大直径部116。如可以看到的，增大直径部116用于占据检测区域78的大部分容积，由此减少进行检测所需的加压流体的量。增大直径部116的上游端紧密接触弹性密封件104，并且可以如上所述的设置有用于促进密封件104与管子14的内壁之间的密封接合的倾斜边缘。在如图9所示的实施例中，套筒112贴靠弹性件104的前移通过拧紧设置在排放管62上的螺母80来实现。尽管图10的实施例示出了使用单个弹性件，但应理解的是，也可以使用如上所述的双重密封。

上面的描述主要集中在使用本发明的设备来进行对将法兰18连接到管子14的端部的焊缝17的检测。然而，该设备也适于将法兰18焊接到管子14上的保险装置。该实施例在图11中示出，其中，与前面的附图中所示的那些类似的元件用相同的参考标号标出。如所示的，包括通过锚杆26连接到一起的夹具22和锚板24的加固组件20基本上与上述的相同。然而，应注意的是，与锚杆26相配合的螺母82安装在支撑法兰37和锚板24的相反侧上。这样的定向用于在锚杆26上施加压缩负荷，其中锚板被朝向圆周夹具22的支撑法兰37推进。该定向与上面参照焊接检测方法所论述的相反，其目的将进一步论述于下。

同样如图11中所示，仅仅设置有第一密封装置12。如下面将进一步论述的，无需第二密封装置。具体地，图11中所示设备的目的是将管子14的端部与其上游部分隔开，从而允许将法兰18焊接到管子的端部上。为此，将第一密封装置插入到管子内并且以上述方式密封于管子的内壁。即，将第一密封装置12插入到管子内管子端部上游的一位置。然后，拧紧螺母60，从而与管子14的内壁形成密封。因此一旦安装好第一密封装置，它将作为存在于管子14内的任何烟气等的隔离物。排放管62用于允许任何这样的烟气逸出，而不会妨碍焊接过程(以下所描述的)。

一旦安装好第一密封装置，接下来可以以与上述的相同的方式来安装加固组件。即，将圆周夹具22设置在管子14的外表面上。夹具22优选地设置在第一密封装置12上游的某一距离处。一旦将夹具22固定到管子14上，然后将锚杆26和锚板24安装到如上所述的位置。更具体地，将锚杆设置在夹具22的支持法兰37上的对应开口中，然后为锚板定向，从而使其中的相应开口接收锚杆26、排放管62和系杆63(存在之处)。然后，拧紧螺母80和82，以防止第一密封装置12与锚板24之间以及锚板24与夹具22之间的相对运动。加固组件的目的是在烟气聚集在第一密封装置12上游的排放管62不能阻止压力升高的位置处的情况下，防止第一密封装置12的任何移动。因此，排放管62和/或连接到锚板上的系杆63的组合防止了第一密封装置的向外移动。这是通过将锚板24固定到夹具22上来实现的。

一旦安装好第一密封装置12和加固组件20，接下来通过焊接可以将法兰18连接到管子14的端部上。图11中示意性地示出了焊枪120。

在一个实施例中，优选地，图11中所示设备设置有第二组螺母81，这组螺母设置在排放管62和系杆63上且位于锚板24的背面。换句话说，螺母81设置在与上述螺母80相对的位置。如应理解的，相对的螺母允许设备适应作用在两个轴向方向的力。

图12示出了图11中所示设备的变体。在图12中，包括圆周夹具22、锚杆26及相关的螺母82、和锚板24的加固组件与上面论述的相同。应注意的是，夹具具有与管子14壁的更宽的接触表面。应理解的是，更大的接触表面积导致增大的摩擦阻力，因此导致更大的夹紧力。本发明并非限于夹具22或相关部件的任何特定尺寸。图12还示出了在前面的附图中标记为元件37的支撑法兰的变体。在图12中，支撑法兰包括环形板125，该环形板通过螺栓127和相关的螺母固定到夹具22上。在操作时，环形板125起着与前述附图中的支撑板37相同的作用。

如上所述地设置第一密封装置12。然而，应注意的是，图12中的第一密封装置包括圈环130，该圈环流体连接至充填口132和排放口134。口132和134穿过圈环130延伸，并且沿朝向管子14的内壁方向通向圈环的外壁(当环130处于管子14内的适当位置时)。第一密封装置的布置基本与本申请人先前的第6,131,441号和第5,844,127号美国专利中所教授的隔离/检测工具相同。在操作时，如上所述地安装第一密封装置。即，将各个部件组装在管子14的内部或外部，并拧紧螺母60，以使弹性密封件56和58贴靠管子14内壁。如上所述，这导致在第一密封装置12与管子14内壁之间形成双重密封。此时，将加压流体引入到充填口132中，并允许其充填两个弹性件56和58、圈环130的外壁以及管子14的内壁所限定的空间。排放口134用于排放任何存在于该容积内的空气。一旦排净该容积内的空气，关闭排放口134，并且充填该容积并对其加压。在这一阶段，加压容积在第一密封装置12与管子14内壁之间产生第三密封。如应理解的，这类三部分密封用于有效地防止任何烟气等穿过第一密封装置12。

而且，通过将第一密封装置固定到加固组件上，防止了第一密封装置的任何轴向位移。

在图12中示出了这样的变体，其中，第一密封装置偏压锚板。在上述实施例中，加固组件的锚板固定在排放管和/或系杆上。然而，在图12所示实施例中，锚板设置有一个以上的延伸臂。图12示出了示出为140和142的两个这样的加固臂，每个加固臂都与锚板24连接或者与锚板形成一体，并且基本垂直于锚板延伸。臂140和142延伸到管子14的内部。臂140和142终止于偏压第一密封装置12的密封板48的垫板144。在操作时，臂140和142以与上述排放管和/或系杆相同的方式起作用。

在另一个实施例中，臂140和/或142可以包括单个的管状体。在这种情形中，应理解的是，垫板144优选地包括环形板。对于本领域技术人员而言，臂140和142的各种替代物将是显而易见的。

图13中示出了设备的另一个实施例，其为图1的设备的变体，其中与图1的那些相同的元件用相同的参考标号指出。在图13的实施例中，在图1中标记为元件66的盖板由示出为元件66a的变体替代。在这种情况下，如能够看到的，盖板66a被设计成插入到管子14的内腔中。盖板66a的内表面(即，背离法兰18的表面)适于邻近圈环52设置，并且以与图1的垫板54相同的方式使弹性密封件56和58压缩和变形。密封件56和58的功能基本与以上关于图1所描述的相同。

盖板66贴靠密封件56和58的前移通过传递由套筒148上的且与系杆63和排放杆62相关的螺母81所施加的压缩负荷来完成。如图13中所示，套筒148适于可滑动地且共轴地设置在每个系杆63和排放杆62上。每个套筒的一端邻接轴密封板70，而另一端邻接螺母81。在一个优选实施例中，套筒148与螺母81之间可以设置有垫片150等。如本领域技术人员应理解的，螺母81的拧紧将使得套筒148贴靠密封板70轴向地前移。这又使得密封板70支承盖板66a，从而使得弹性密封件56和58变形。

同样如图13中可以看到的，排放口74a和充填口76a也与图1中所示的类似，但是现在可以包括穿过盖板66a的单个孔。

图13的设备的操作基本与关于图1所述的相同。唯一的不同是拧紧螺母81(以上述方式)，以首先在密封件56、58与管子内壁之间产生周向密封。

如图12中所示，在本发明的一个实施例中，可以使用三级密封机构，其中，由弹性件或密封件(如O形环)形成的一对密封件随这些密封件之间的加压容积一起使用。图14a中示意性地示出了这类密封布置。如所示的，通过拧紧螺母60由此使垫板54贴靠圈环130前移来使两个密封件56和58变形。然后，使用口132和134使形成在管子14、圈环130与密封件56和58之间的容积152加压。

在图14a中所示布置的一个变体中，图14b也包括同样的三级密封装置，但包括另一位于设置在圈环130上的凹槽156内的弹性件154。该凹槽156设置在圈环130的面向密封板48的表面上。以这样的方式，当由于螺母60的拧紧而使得圈环130前移时，弹性件154压在密封板48上，从而在其间形成密封。圈环130还设置有一个以上的口158，这些口在容积152与形成在圈环130、密封板48与密封件56和154间的环形空间160之间形成连通通道。在操作时，一旦形成密封件56、58和154，如上所述地使容积152加压。在这个过程中，通道158使得包括待形成的环形空间160的第四加压容积形成。以这种方式，图14b中所示实施例形成了四个密封。一方面，本发明提供了一种如图14b中所示的、其自身形成内管密封组件的密封设备。这种组件应被理解为可随上述的轴向加固设备一起或单独使用。

尽管已参照某些具体实施例描述了本发明，但对于本领域技术人员而言，在不背离如所附权利要求所概况的本发明的目的和范围的前提下，各种更改将是显而易见的。此处所引用的所有现有技术的公开内容作为整体结合于此作为参考。

Claims (5)

1.一种用于检测将法兰连接至管子端部的焊缝的完整性的焊缝检测设备，在使用时，所述设备包括：

a)检测组件，包括：

-第一密封装置，用于在所述管子内形成密封；

-第二密封装置，用于密封所述法兰；

-用于对所述第一密封装置、所述第二密封装置以及所述管子的内壁所限定的区域加压的装置；

以及

b)加固组件，用于固定所述检测组件，所述加固组件包括：

-夹具，固定在所述管子的外壁上；

-锚板，与所述夹具间隔开并与所述法兰相对设置；

-第一锚定装置，连接所述锚板和所述第一密封装置，以防止所述锚板和所述第一密封装置的分离；以及

-第二锚定装置，连接所述锚板和所述夹具，以防止它们之间的相对运动。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述检测组件包括从中穿过延伸的排放口。

3.一种用于检测将法兰连接至管子端部的焊缝的完整性的方法，包括：

-将第一密封装置固定在所述管子内；

-将第二密封装置固定在所述法兰上；

-在所述管子内建立由所述第一和第二密封装置以及所述管子的内壁限定的密封区域，所述密封区域包括所述焊缝；

-设置夹具，以摩擦接合所述管子的外壁；

-与所述法兰相对设置锚定装置；

-将所述锚定装置连接至所述夹具，以防止它们之间的相对运动；

-将所述锚定装置连接至所述第一密封装置，以防止它们之间的相对运动；以及

-用检测流体充填所述密封区域并对其加压。

4.一种用于隔离管子的端部的设备，包括：

a)隔离组件，包括：

-密封装置，用于在所述管子内形成密封；以及

b)加固组件，用于固定所述隔离组件，所述加固组件包括：

-夹具，固定在所述管子的外壁上；

-锚板，与所述夹具间隔开并与所述管子的端部相对设置；

-第一锚定装置，连接所述锚板和所述密封装置，以防止所述密封装置在所述管子内的轴向位移；

-第二锚定装置，连接所述锚板和所述夹具，以防止它们之间的相对运动。

5.一种用于隔离管子的端部段的方法，包括：

-将密封装置固定到所述管子内，以将所述端部段与所述管子的其余内部隔开；

-设置夹具，以摩擦接合所述管子的外壁；

-与所述管子端部段相对设置锚定装置；

-将所述锚定装置连接至所述夹具，以防止它们之间的相对运动；

-将所述锚定装置连接至所述密封装置，以防止所述密封装置在所述管子内的轴向位移。

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