CN106053216A - 用于天然气管线爆破试验传感器安装的连接封头及方法 - Google Patents

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杨坤
池强
尚臣
张伟卫
封辉
李鹤
沙婷
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Abstract

本发明用于天然气管线爆破试验传感器安装的连接封头及方法，该连接封头包括平台以及设置在平台端面上的圆柱体，圆柱体的底面面积小于平台的端面，其中，圆柱体沿其轴向开设有螺纹孔，平台沿其轴向开设有与圆柱体的螺纹孔相连通的通孔；该方法为：在待试验天然气钢管的管壁上开设与连接封头的圆柱体相配合的贯穿孔，然后将连接封头带有圆柱体的一端由内向外从待试验天然气钢管的管壁上的贯穿孔穿过，直至连接封头的平台与待试验天然气钢管的内壁接触，接着将连接封头与待试验天然气钢管的管壁之间通过焊接密封，最后通过螺纹连接将压力传感器设置在连接封头的螺纹孔内。本发明具有简单、安全、可靠的连接结构，满足天然气全尺寸气体爆破实验需求。

Description

用于天然气管线爆破试验传感器安装的连接封头及方法
技术领域：
本发明属于天然气输送管道延性断裂控制试验技术领域，具体涉及一种用于天然气管线爆破试验传感器安装的连接封头及方法，用于将测试传感器简易、快速、安全的安装至试验钢管上，以达到对管道内部压力进行测试，从而研究钢管动态断裂的目的。
背景技术：
随着国民经济对天然气日益增长的迫切求，在高压、大输量的背景下，天然气输送管线在强度级别提高的同时，对韧性的要求也越来越高，再加上管线钢的服役环境非常恶劣，从而提高了产生裂纹的概率，因此对管线钢安全运行提出了更高的挑战和要求，因此需要进行大量的试验尤其是全尺寸试验对天然气管道的断裂行为进行研究，提高管道安全服役水平。
现有的研究管道断裂行为的试验方法主要有试样试验以及全尺寸实验。而全尺寸试验更贴近于实际，更能反映实际的运行工况水平，具有代表性，受到研究者们广泛的认可。试验中，需要通过测试不同位置的压力、温度等信息，需要将压力、温度传感器安装在管道上或管道内部。试验过程中需要通过炸药爆破引入裂纹，同时钢管本身需要充入高压空气或天然气(通常为12MPa或13.3MPa，具体看试验需求)来模拟实际运行工况，高压、爆破等条件对传感器与管道连接方式带来较大的困难，通常会引起连接部位的气体泄露、传感器脱落，导致试验的误差或失败，严重时还可能造成人员的伤亡。由于全尺寸试验成本较高(一次试验的费用约为800万元左右)，试验的失败带来的经济损失非常严重。因此传感器的安装过程需要尤为重视。
传感器的安装方式主要有以下两种：
1、安装在钢管内部
这种安装方式是将传感器安装于钢管内壁附近位置，传感器的数据线则通过在钢管管壁上钻孔引出。这种连接方式密封性交叉，在钢管爆破时对实验结果的影响较大、数据的可靠性不强。
2、安装在钢管外部
大多数传感器是通过螺纹连接在钢管表面。通过直接在钢管上钻孔攻丝、焊接连接封头的方式将传感器与钢管相连接。而用钻孔攻丝的连接方式工艺过于复杂，成本较高，适用性较差。而传统焊接螺纹连接封头则相对工艺简单，成本低，适用型好。现有高钢级管线钢中加入一些合金元素如镍、铜、钼等，可提升材料的韧性，但对焊接工艺也提出了更高的要求。焊接时由于存在焊接缺陷及热影响区这种焊接薄弱环节，可靠性差，存在一定风险和隐患。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种用于天然气管线爆破试验传感器安装的连接封头及方法，其具有较好密封性、经济性和可靠性，易于生产和安装，适用性较好。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案来实现的：
用于天然气管线爆破试验传感器安装的连接封头，该连接封头包括一体化成型的平台以及设置在平台端面上的圆柱体，圆柱体的底面面积小于平台的端面，其中，圆柱体沿其轴向开设有螺纹孔，平台沿其轴向开设有与圆柱体的螺纹孔相连通的通孔。
本发明进一步的改进在于，工作时，待试验天然气钢管的管壁上开设有与连接封头的圆柱体相配合的贯穿孔，连接封头带有平台的一端位于待试验天然气钢管内，带有圆柱体的一端伸出至待试验天然气钢管外，连接封头与待试验天然气钢管的管壁之间通过焊接密封，圆柱体的螺纹孔内通过螺纹连接设置有压力传感器。
本发明进一步的改进在于，圆柱体的螺纹孔为细牙螺纹孔。
用于天然气管线爆破试验传感器安装的方法，该方法基于上述的用于天然气管线爆破试验传感器安装的连接封头，包括以下步骤：
在待试验天然气钢管的管壁上开设与连接封头的圆柱体相配合的贯穿孔，然后将连接封头带有圆柱体的一端由内向外从待试验天然气钢管的管壁上的贯穿孔穿过，直至连接封头的平台与待试验天然气钢管的内壁接触，接着将连接封头与待试验天然气钢管的管壁之间通过焊接密封，最后通过螺纹连接将压力传感器设置在连接封头的螺纹孔内。
本发明进一步的改进在于，连接封头的螺纹孔内涂抹有耐高压的螺纹脂。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明适用于不同钢级天然气管道全尺寸爆破实验的压力、温度等传感器的安装。该装置具有结构简单，安全性好、加工难度低、经济性好、易于操作等特点。在试验过程中使用该装置对传感器进行安装，可保证钢管的密封性，保证数据采集的可靠性，同时具有“台阶结构”，能避免在高压爆破冲击力引起的传感器飞出伤人等现象，安全性较好。此外可改变连接封头的材料和尺寸，提高其焊接性能以及适应不同管径的钢管，适用性较好，也适用于大批量的安装操作。
综上所述，本发明利用焊接将带台阶结构的连接封头与测试钢管相连，测试用传感器则通关螺纹连接安装至连接封头中，从而将传感器安装至试验钢管上。这种连接结构经过了试验验证，可有效避免连接失效所带来的经济、人员损失，是一种简单、安全、可靠的连接结构，完全满足天然气全尺寸气体爆破实验需求。
附图说明：
图1为本发明提供的连接封头的结构示意图，其中图1(a)为主视图，图1(b)为俯视图。
图2为本发明提供的连接封头的安装状态示意图。
图中：1-压力传感器，2-天然气钢管，3-连接封头。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明做出进一步的详细说明。
本发明的目的在于提供一种用于天然气管线爆破试验传感器安装的连接封头及方法，其能够适合高压、爆破、震动、泄压、低温等恶劣环境条件，保证传感器采集数据的可靠性及试验过程的安全性，并具有安装简单、可靠性高、经济型好等特点。
如图1所示，本发明提供的用于天然气管线爆破试验传感器安装的连接封头，该连接封头3包括一体化成型的平台以及设置在平台端面上的圆柱体，圆柱体的底面面积小于平台的端面，其中，圆柱体沿其轴向开设有螺纹孔，平台沿其轴向开设有与圆柱体的螺纹孔相连通的通孔。工作时，待试验天然气钢管2的管壁上开设有与连接封头3的圆柱体相配合的贯穿孔，连接封头3带有平台的一端位于待试验天然气钢管2内，带有圆柱体的一端伸出至待试验天然气钢管2外，连接封头3与待试验天然气钢管2的管壁之间通过焊接密封，圆柱体的螺纹孔内通过螺纹连接设置有压力传感器1。
如图2所示，本发明提供的用于天然气管线爆破试验传感器安装的方法，包括以下步骤：在待试验天然气钢管2的管壁上开设与连接封头3的圆柱体相配合的贯穿孔，然后将连接封头3带有圆柱体的一端由内向外从待试验天然气钢管2的管壁上的贯穿孔穿过，直至连接封头3的平台与待试验天然气钢管2的内壁接触，接着将连接封头3与待试验天然气钢管2的管壁之间通过焊接密封，最后通过螺纹连接将压力传感器1设置在连接封头3的螺纹孔内。
为了对发明进一步的了解，现对其使用过程做出如下说明：
1、连接封头的制造过程
连接封头通过机械加工后的形状结构如图1所示，为了保证焊接性且考虑焊接热影响区的软化作用，保证封头具有足够的剪切强度及耐压能力，封头材料尺寸需有一定要求。连接封头材料应选用与试验钢管相同材料或抗拉强度相近的材料，且合金含量不宜过高。其中d为内螺纹直径，即传感器安装螺纹直径，内螺纹为耐高压的细牙螺纹；D为封头外径，(D-d)/2应不小于0.75倍的钢管壁厚；L为传感器螺纹长度与试验钢管壁厚之和；l为封头凸台厚度，l应不小于0.75倍的钢管壁厚；H为封头凸台外径，(H-D)/2应不小于0.75倍的钢管壁厚；r为凸台内孔半径，为保证传感器采样的精确性，内孔尺寸应大于传感器感应模块尺寸。
2、试样钢管的切割
试验钢管利用乙炔、氧气火焰切割，切开与连接封头外径大小相同的孔。
3、连接封头与钢管的焊接
将连接封头从钢管内壁向外壁方向由切割出的孔中穿出，利用手工电弧焊在钢管内、外壁表面进行焊接。
4、测试传感器与连接封头的连接
在连接封头细牙螺纹上涂抹耐高压螺纹脂，并将传感器由外相内旋入螺孔，在最外侧使用3M胶带进行再次密封，保证钢管的气密性。
本发明适用于高钢级管线全尺寸气体爆破试验中高压、爆破、震动、低温等恶劣环境。其中，连接封头为柱形，下有平台，平台中心有孔，利于传感器测试。上部为空心圆柱，内有耐高压的细牙螺纹，可通过螺纹与传感器连接。工作时，将连接封头从钢管内壁向外壁方向由切割出的孔中穿出，利用手工电弧焊在钢管内、外壁表面进行双面焊接，由于存在凸台，凸台与管道内壁紧密接触，具有较高的刚度，是一种非常可靠的连接方式。传感器与连接封头安装过程中需要在连接封头的细牙螺纹上涂抹耐高压的螺纹脂，并在最外侧使用3M胶带进行密封，具有螺纹密封以及端面密封两种模式，可保证试验装置的气密性及数据采集的可靠性。此外，改变连接封头的材料，可获得提高连接封头的力学性能及焊接性能，进而适用于不同管道的全尺寸爆破试验，改变连接封头的尺寸，适应不同管径以及不同尺寸的传感器的需求。

Claims (5)

1.用于天然气管线爆破试验传感器安装的连接封头，其特征在于，该连接封头(3)包括一体化成型的平台以及设置在平台端面上的圆柱体，圆柱体的底面面积小于平台的端面，其中，圆柱体沿其轴向开设有螺纹孔，平台沿其轴向开设有与圆柱体的螺纹孔相连通的通孔。
2.根据权利要求1所述的用于天然气管线爆破试验传感器安装的连接封头，其特征在于，工作时，待试验天然气钢管(2)的管壁上开设有与连接封头(3)的圆柱体相配合的贯穿孔，连接封头(3)带有平台的一端位于待试验天然气钢管(2)内，带有圆柱体的一端伸出至待试验天然气钢管(2)外，连接封头(3)与待试验天然气钢管(2)的管壁之间通过焊接密封，圆柱体的螺纹孔内通过螺纹连接设置有压力传感器(1)。
3.根据权利要求1所述的用于天然气管线爆破试验传感器安装的连接封头，其特征在于，圆柱体的螺纹孔为细牙螺纹孔。
4.用于天然气管线爆破试验传感器安装的方法，其特征在于，该方法基于权利要求1至3中任一项所述的用于天然气管线爆破试验传感器安装的连接封头，包括以下步骤：
在待试验天然气钢管(2)的管壁上开设与连接封头(3)的圆柱体相配合的贯穿孔，然后将连接封头(3)带有圆柱体的一端由内向外从待试验天然气钢管(2)的管壁上的贯穿孔穿过，直至连接封头(3)的平台与待试验天然气钢管(2)的内壁接触，接着将连接封头(3)与待试验天然气钢管(2)的管壁之间通过焊接密封，最后通过螺纹连接将压力传感器(1)设置在连接封头(3)的螺纹孔内。
5.根据权利要求4所述的用于天然气管线爆破试验传感器安装的方法，其特征在于，连接封头(3)的螺纹孔内涂抹有耐高压的螺纹脂。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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