CN114198578B - 一种高温高压管道的柔性连接装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温高压管道的柔性连接装置及其使用方法，涉及管道连接技术领域，解决管道温差应力补偿和密闭密封的问题，本发明包括第一管道和第二管道,两管道分别套在左、右两侧的两个安装法兰上，安装法兰通过位于安装法兰的外侧的安装螺栓螺母紧固，安装法兰具有限位槽且其内具有交替间隔分布的金属垫和复合熔融盐垫圈等密封件，限位槽与其之间具有保持架，保持架与密封件密封连接，保持架位于安装法兰的内侧，两管道穿过密封件和保持架，使用方法是通过调节安装螺栓螺母使密封件与保持架密封，两运动间隙为两管道的变形提供运动空间；本发明具有在六个自由度上补偿连接管道热胀冷缩导致的应力并且在冷热交变工况下保持密闭密封性的优点。

Description

一种高温高压管道的柔性连接装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及管道连接技术领域，使用方法更具体的是涉及一种高温高压管道的柔性连接装置及其使用方法技术领域。

背景技术

如果管道输送的介质温度很高，投入运行后，将引起管道的热膨胀，停止运行或被冷却，又将引起管道的收缩。如果管道的热胀冷缩受到支吊架或者与其连接设备的约束，将使管壁内或某些焊缝上产生巨大的应力，一旦应力超过了管材或焊缝的强度极限，就会使管道造成破坏，甚至也可能损坏与其连接的设备。一般的管道可以通过设置软连接、膨胀节等柔性连接装置补偿管道的热胀冷缩，U型弯管也可以作为膨胀节对温差的应力进行补偿。但是，如果管道输送的介质温度又高、压力又高，温差应力补偿就非常困难。目前从技术上比较难以做到又高温又高压的软连接或膨胀节，因为“软”需要把金属材料做“薄”，而“薄”与“耐压”是矛盾的，“耐压”又与“耐温”是矛盾的。所以，U型弯管基本上是目前通行的解决方案。但是，高温高压管道都是厚壁管，允许的变形量很小，需要很多、很长的U型弯管配合固定式支吊架、弹性支吊架才能实现温差应力的补偿，代价很高，本来可以很简单的管道变得非常复杂，费料、费工、占用空间、增加流动损失、增加造价。并且，这种厚壁管的经常性挤压、拉伸变形容易造成疲劳，影响可靠性和寿命。

本发明提供了一种高温高压管道柔性连接装置，允许管道在热胀冷缩时与管道之间的连接装置在前、后、上、下、左、右等六个自由度上有相对滑动，从而实现温差应力的补偿，并提供了冷、热等不同使用状态下保持管道与连接装置之间密闭密封性的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决高温高压管道热胀冷缩引起的温差应力补偿和冷热工况交替的非焊接连接管道难以密闭密封的问题，本发明提供一种高温高压管道的柔性连接装置及其使用方法，可以在保持高温高压管道密闭密封性的前提下，允许管道六个自由度的移动，从而实现温差应力补偿并简化管道。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种管道的连接装置,包括第一管道和第二管道,所述第一管道和第二管道分别套在左、右两侧的两个安装法兰上，两个所述安装法兰被螺杆穿过，所述螺杆通过安装螺栓螺母紧固，所述安装螺栓螺母位于安装法兰的外侧，安装法兰具有限位槽,所述限位槽内具有密封件，限位槽与限位槽之间具有保持架，所述保持架与所述密封件密封连接，保持架位于安装法兰的内侧，第一管道和第二管道穿过密封件并位于持架保持架内。

进一步的，所述密封件为金属密封垫和复合熔融盐垫圈,所述密封垫和复合熔融盐垫圈的外周缘限定在所述限位槽内,金属密封垫和复合熔融盐垫圈在限位槽内交替间隔分布。

进一步的，所述金属密封垫的内周缘与所述第一管道和第二管道之间微小间隙配合，所述复合熔融盐垫圈的内周缘与第一管道和第二管道的管外壁贴合。

进一步的，所述金属密封垫为金属材料，所述复合熔融盐垫圈采用复合硝酸盐混合碳纤维或玻璃纤维压制而成。

进一步的，所述保持架开有凹槽，所述凹槽内装有金属中空密封圈，所述金属密封垫与保持架通过金属中空密封圈进行端面接触密封。

进一步的，所述金属中空密封圈采用耐高温金属管制成，金属中空密封圈的材料为镍铬合金，金属中空密封圈的内部充装惰性气体。

进一步的，所述第一管道、第二管道与所述保持架之间有第二运动间隙，所述安装法兰具有的所述限位槽的外侧与保持架之间具有第一运动间隙。

进一步的，所述保持架与固定支架连接，所述固定支架位于保持架的下侧。

一种管道的连接装置的使用方法,包括如下步骤：

1)将固定支架固定在水平地面基础上,保持架与固定支架连接，在保持架的凹槽内放上金属中空密封圈；

2)在安装法兰具有的限位槽内使金属密封垫和复合熔融盐垫圈在限位槽内交替间隔分布,金属密封垫的端面与保持架的端面对接或接触；

3)左、右侧的两个安装法兰的内侧接触或对接于保持架；

4)左、右侧的两个安装法兰穿过螺杆,安装螺栓螺母通过螺纹连接螺杆并抵靠安装法兰的外侧；

5)第一管道和第二管道与柔性连接装置相连接处的外壁喷涂绝缘陶瓷涂料，分别从左、右侧的安装法兰外侧穿过并与金属密封垫和复合熔融盐垫圈的内周缘间隙配合；

6)调节安装法兰外侧的安装螺栓螺母使左、右侧的两个限位槽内具有金属密封垫抵压保持架内装有的金属中空密封圈，最终使金属中空密封圈密封金属密封垫与保持架。

7)将常压下将第一管道、第二管道加热到设计运行温度并保持2小时，使柔性连接装置整体温度接近管道温度，复合熔融盐垫圈的复合硝酸盐熔化。停止加热，降温至150℃左右，进一步紧固安装螺栓螺母，以熔融硝酸盐略微渗出安装法兰与管道间隙为宜。冷却后，复合熔融盐固化结晶，打压无泄漏即可投入高温高压运行。

8)正常使用情况下，每一年检修一次，更换金属密封垫片和复合熔融盐垫圈，管道外壁重新喷涂绝缘陶瓷涂料。

本发明的有益效果如下：

1、本发明的第一管道和第二管道在管道为厚壁管道，两管道在连接装置内实现了高温高压下两气体管道的非焊连接(即第一管道和第二管道的连通不需要焊接)，节省施工费用和工时，可维护，经济效益显著；

2、本发明实现了在高温高压下的两气体管道在六个自由度上的胀缩，简化了管道设计，节省材料和空间；

3、本发明所述安装螺栓螺母位于安装法兰的外侧，安装法兰具有限位槽,所述限位槽内具有密封件，限位槽与限位槽之间具有保持架，所述保持架与所述密封件密封连接，保持架与安装法兰的内侧接触或对接，调节安装螺栓螺母对保持架与密封件之间进行密封，保证了第一管道和第二管道之间的连接处的气体不泄漏；

4、本发明所述密封垫和复合熔融盐垫圈的外周缘限定在所述限位槽内,金属密封垫和复合熔融盐垫圈在限位槽内交替间隔分布，交替间隔分布的密封垫与复合熔融盐垫圈就构成了篦齿密封，也就是迷宫密封，通过在间隙内形成涡流耗散高压介质的流动速度。

5、本发明的复合熔融盐垫圈在温度低时呈现固体状态两管道不发生弯曲(如U形弯曲)，金属密封垫与两管道外管壁之间间隙配合保持一致，复合熔融盐垫圈与两管道外管壁接触密封配合，复合熔融盐垫圈紧贴两管道外管壁，在高温状态下两管道受热膨胀或变形与复合熔融盐垫圈接触，复合熔融盐垫圈受高温发生变形并具有低流动性，复合熔融盐垫圈根据第一管道和第二管道的弯曲变形使复合熔融盐垫圈包覆、密封和支撑于两管道的外管壁也防止了两管道的外管壁与金属密封垫内周缘接触，通过金属密封垫形成蓖齿密封将具有流动性的复合熔融盐垫圈封闭在金属密封垫与金属密封垫之间的间隙腔体内，形成迷宫密封。

6、本发明的两管道虽然与复合熔融盐垫圈紧密接触，但是仍然可以使两管道在其轴向上实现伸缩，也就是能够保证管道无论受热与否都能在其轴向方向或左、右方向的自由移动；两管道与保持架之间有第二运动间隙，安装法兰与保持架之间有第一运动间隙，两管道受热或受高温发生变形，两管道的接触或对接处变形在第二运动间隙内移动给予管道变形空间，两管道的接触或对接触处通过安装法兰移动，保持架固定不动，第一运动间隙保证两管道接触或对接触处通过安装法兰移动使两管道在第一运动间隙内给予管道变形空间，两管道低温收缩时恢复原状，，因此，两管道胀缩时能上、下、前、后自由移动。

7、本发明保持架的移动始终让金属密封垫与保持架通过金属中空密封圈进行端面接触密封，两管道的接触处或对接处不漏气。

8、本发明两管道的对接处或接触处不需要焊接，对两管道无论通高温或低温气体都不会使两管道的对接处或接触处的气体流出管道的连接装置外。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的两管道一密封状态示意图；

图3是本发明的两管道另一密封状态示意图。

附图标记：1-第一管道、2-第二管道、3-安装法兰、4-安装螺栓螺母、5-限位槽、6-金属密封垫、7-复合熔融盐垫圈、8-金属中空密封圈、9-保持架、10-第一运动间隙、11-第二运动间隙、12-固定支架。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种管道的连接装置,包括第一管道1和第二管道2,所述第一管道1和第二管道2分别套在左、右两侧的两个安装法兰3上，两个所述安装法兰3被螺杆穿过，所述螺杆通过安装螺栓螺母4紧固，所述安装螺栓螺母4位于安装法兰3的外侧，安装法兰3具有限位槽5,所述限位槽5内具有密封件，限位槽5与限位槽5之间具有保持架9，所述保持架9与所述密封件密封连接，保持架9位于安装法兰3的内侧，第一管道1和第二管道2穿过密封件并位于持架保持架9内(第一管道1和第二管道2的端面接触处或对接处位于持架保持架9内)，所述保持架9与固定支架12连接，所述固定支架12位于保持架9的下侧。

所述密封件为金属密封垫6和复合熔融盐垫圈7,所述密封垫6和复合熔融盐垫圈7的外周缘限定在所述限位槽5内,金属密封垫6和复合熔融盐垫圈7在限位槽5内交替间隔分布，所述金属密封垫6的内周缘与所述第一管道1和第二管道2之间微小间隙配合，所述复合熔融盐垫圈7的内周缘与第一管道1和第二管道2的管外壁贴合，所述金属密封垫6为金属材料，所述复合熔融盐垫圈7采用复合硝酸盐混合碳纤维或玻璃纤维压制而成。

所述保持架9开有凹槽，所述凹槽内装有金属中空密封圈8，所述金属密封垫6与保持架9通过金属中空密封圈8进行端面接触密封，所述金属中空密封圈8采用耐高温金属管制成，金属中空密封圈8的材料为镍铬合金，金属中空密封圈8的内部充装惰性气体。

所述第一管道1、第二管道2与所述保持架9之间有第二运动间隙11，所述安装法兰3具有的所述限位槽5的外侧与保持架9之间具有第一运动间隙10。

所述第一管道1、第二管道2与所述保持架9之间有第二运动间隙11，所述安装法兰3具有的所述限位槽5的外侧与保持架9之间具有第一运动间隙10。

实施例2

如图1所示，金属密封垫6和复合熔融盐垫圈7的数量因两管道压力不同而异，压力高则多放几层，压力低则可以少放几层，即使部分金属密封垫6和复合熔融盐垫圈7位于限位槽5外，金属密封垫6始终与保持架9通过金属中空密封圈8进行端面接触密封。金属中空密封圈8采用耐高温金属管制成，内部充装惰性气体，惰性气体在受热后膨胀，在高温状态下能保证金属中空密封圈8与金属密封垫6紧密接触起到端面密封作用。金属密封垫6和复合熔融盐垫圈7的交替分布，在受压并且二者的外周缘受约束的条件下，两管道变形与管道紧密接触构成填充密封。在管道胀缩过程中，如果管道与金属密封垫6之间出现微小间隙，交错分布的金属密封垫6就构成了篦齿密封，也就是迷宫密封，通过在间隙内形成涡流耗散高压介质的流动速度，起到密封作用。

复合熔融盐垫圈7采用复合硝酸盐混合碳纤维或玻璃纤维压制而成，由于在熔融盐中加入纤维，大大增强了复合熔融盐垫圈7整体结构稳定性。在管道温度变化过程中，复合熔融盐垫圈7在高、低温下状态不一样。在温度低时复合熔融盐垫圈7呈现固体状态，金属密封垫6与管道间隙保持一致，复合熔融盐垫圈7紧贴管道，形成如图2所示的状态的密封结构，在高温状态下，复合熔融盐垫圈7具有低流动性，同时通过金属密封垫6形成的蓖齿密封将具有流动性的复合熔融盐封闭在间隙腔体内，形成放大后如图3所示的密封结构。

实施例3

第一管道1、第二管道2虽然与金属密封垫6、复合熔融盐垫圈7紧密接触，但是仍然可以在第一管道1和第二管道2的轴向上实现伸缩，也就是能够保证左、右方向的移动自由度。第一管道1、第二管道2与保持架9之间有第二运动间隙11，安装法兰3与保持架9之间有第一运动间隙10，可以保证管道上、下、前、后胀缩时的自由移动。保持架9与固定支架12连接，保持不动，金属中空密封圈8与金属密封垫6之间通过调节安装螺栓螺母4使金属密封垫6与保持架9之间的接触距离，来调节中空密封圈8与金属密封垫6之间的相对位移，但是仍能保持紧密接触。

实施例4

一种管道的连接装置的使用方法,包括如下步骤：

1)将固定支架12固定在水平地面,保持架9与固定支架12连接，在保持架9的凹槽内放上金属中空密封圈8；

2)在安装法兰3具有的限位槽5内使金属密封垫6和复合熔融盐垫圈7在限位槽5内交替间隔分布,金属密封垫6的端面与保持架9的端面对接；

3)左、右侧的两个安装法兰3的内侧接触或对接于保持架9；

4)左、右侧的两个安装法兰3穿过螺杆,安装螺栓螺母4通过螺纹连接螺杆并抵靠安装法兰3的外侧；

5)第一管道1和第二管道2分别从左、右侧的安装法兰3外侧穿过并与金属密封垫6和复合熔融盐垫圈7的内周缘间隙配合，金属密封垫6和复合熔融盐垫圈7位于保持架9内，第一管道1和第二管道2端面对接或接触；

6)调节安装法兰3外侧的安装螺栓螺母4使左、右侧的两个限位槽5内具有金属密封垫6抵压保持架9内装有的金属中空密封圈8，最终使金属中空密封圈8端面密封金属密封垫6与保持架9。

实施例5

第一管道1和第二管道2通入冷气或高温气体，第一管道1和第二管道2端面接触或对接，第一管道1和第二管道2通入高温气体则二者会以其端面接触面或对接端面为基准发生U形弯曲变形，U形弯曲变形的方向可以为向上、下、前和后等方向。

具体的如图2-3所示，在温度较低时复合熔融盐垫圈7呈现固体状态，交替间隔分布的金属密封垫6与复合熔融盐垫圈7就构成了篦齿密封，也就是迷宫密封，通过在间隙内形成涡流耗散高压介质的流动速度，形成如图2所示的状态的密封结构；在高温状态下，由于第一管道1和第二管道2发生U形变形以及管道受热发生横向和纵向方向膨胀，复合熔融盐垫圈7具有低流动性，复合熔融盐垫圈7根据第一管道1和第二管道2的弯曲变形使复合熔融盐垫圈7包覆、密封和支撑于两管道的外管壁也防止了两管道的外管壁与金属密封垫6内周缘接触，同时通过金属密封垫6形成的蓖齿密封将具有低流动性的复合熔融盐封闭在间隙腔体内，形成迷宫密封，如图3所示的密封结构。两管道在低温或高温时虽然与复合熔融盐垫圈7紧密接触，但是仍然可以使两管道在其轴向上实现左、右移动(比如保持架9内腔体的气压太大推动两管道轴向移动或人为的在两管道轴线方向推动两管道或温度高的两管道沿其轴线方向伸长变形，温度低两管道沿轴线方向缩短)，也就是能够保证管道无论受热与否都能在其轴向方向的自由移动，两管道在温度降低后恢复到图2的状态。

两管道受热或受高温发生U形变形，两管道的接触或对接处变形保证两管道接触或对接触处在第二运动间隙11内移动给予管道变形空间，由于保持架9固定不动，安装法兰3相对于保持架9向上或向下或向左或右移动，第一运动间隙10给予两管道的变形空间，两管道低温时收缩并恢复原状，人为的移动安装法兰3可重新调整第一运动间隙10和第二运动间隙11恢复到图1的未变形状态，因此，两管道胀缩时能上、下、前、后自由移动。

本发明安装法兰3的上、下、前、后移动始终让金属密封垫6与保持架9通过金属中空密封圈8进行端面接触密封，两管道的接触处或对接处不漏气。

本发明两管道的对接处或接触处不需要焊接，因为金属密封垫6与保持架9通过金属中空密封圈8进行端面接触密封以及交替间隔分布的金属密封垫6与复合熔融盐垫圈7构成的篦齿密封，对两管道无论通高温或低温气体都不会使两管道的对接处或接触处的气体流出管道的连接装置外。

如上即为本发明的实施例，上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种管道的连接装置,其特征在于:包括第一管道(1)和第二管道(2),所述第一管道(1)和第二管道(2)分别套在左、右两侧的两个安装法兰(3)上，两个所述安装法兰(3)被螺杆穿过，所述螺杆通过安装螺栓螺母(4)紧固，所述安装螺栓螺母(4)位于安装法兰(3)的外侧，安装法兰(3)具有限位槽(5),所述限位槽(5)内具有密封件，限位槽(5)与限位槽(5)之间具有保持架(9)，所述保持架(9)与所述密封件密封连接，保持架(9)位于安装法兰(3)的内侧，第一管道(1)和第二管道(2)穿过密封件并位于持架保持架(9)内；

所述密封件为金属密封垫(6)和复合熔融盐垫圈(7),所述密封垫(6)和复合熔融盐垫圈(7)的外周缘限定在所述限位槽(5)内,金属密封垫(6)和复合熔融盐垫圈(7)在限位槽(5)内交替间隔分布；

所述金属密封垫(6)的内周缘与所述第一管道(1)和第二管道(2)之间微小间隙配合，所述复合熔融盐垫圈(7)的内周缘与第一管道(1)和第二管道(2)的管外壁贴合；

所述第一管道(1)、第二管道(2)与所述保持架(9)之间有第二运动间隙(11)，所述安装法兰(3)具有的所述限位槽(5)的外侧与保持架(9)之间具有第一运动间隙(10)；

所述保持架(9)与固定支架(12)连接，所述固定支架(12)位于保持架(9)的下侧。

2.根据权利要求 1 所述的一种管道的连接装置,其特征在于: 所述金属密封垫(6)为金属材料，所述复合熔融盐垫圈(7)采用复合硝酸盐混合碳纤维或玻璃纤维压制而成。

3.根据权利要求1 所述的一种管道的连接装置,其特征在于:所述保持架(9)开有凹槽，所述凹槽内装有金属中空密封圈(8)，所述金属密封垫(6)与保持架(9)通过金属中空密封圈(8)进行端面接触密封。

4.根据权利要求 3所述的一种管道的连接装置,其特征在于:所述金属中空密封圈(8)采用耐高温金属管制成，金属中空密封圈(8)的材料为镍铬合金，金属中空密封圈(8)的内部充装惰性气体。

5.根据权利要求 1 所述的一种管道的连接装置的使用方法,其特征在于：包括如下步骤：

1）将固定支架(12)固定在水平地面,保持架(9)与固定支架(12)连接，在保持架(9)的凹槽内放上金属中空密封圈(8);

2)在安装法兰(3)具有的限位槽(5)内使金属密封垫(6)和复合熔融盐垫圈(7)在限位槽(5)内交替间隔分布,金属密封垫(6)的端面与保持架(9)的端面对接;

3)左、右侧的两个安装法兰(3)的内侧接触或对接于保持架(9)；

4)左、右侧的两个安装法兰(3)穿过螺杆,安装螺栓螺母(4)通过螺纹连接螺杆并抵靠安装法兰(3)的外侧;

5)第一管道(1)和第二管道(2)分别从左、右侧的安装法兰(3)外侧穿过并与金属密封垫(6)和复合熔融盐垫圈(7)的内周缘配合；

6)调节安装法兰(3)外侧的安装螺栓螺母(4)使左、右侧的两个限位槽(5)内具有金属密封垫(6)抵压保持架(9)内装有的金属中空密封圈(8)，最终使金属中空密封圈(8)密封金属密封垫(6)与保持架(9)。