選用適合的管接頭——防止流體泄漏

一．面對流體泄漏，我們要做什么？
每年因流體泄漏造成的損失達數百萬美元。舉個例子，一個使用100 psig（7Bar）壓縮空氣的設備出現小的泄漏，此造成的電力損耗成本每年達$22,000。一個價格約$100的蒸汽疏水閥，如泄漏，每星期會浪費$50；平均一個系統有成百個疏水閥，每年泄漏的疏水閥要損失成百上千的美元。另外，未曾留意的泄漏會導致停工，影響產品質量，污染環境，甚至造成傷害。

二．泄漏的原因
化學工藝裝置泄漏的原因包括系統的振動，跳動和熱循環/沖擊。無論何種管道系統，任何類型的連接件都會發生泄漏，特別是由于機械振動的存在。這種振動疲勞是一個系統無法避免的，它是由系統負荷的不平衡導致的不適當的應力，連接件具體構造的不穩定，系統的設計特點，不正確的安裝操作造成的。
人員研究了應力的激增和疲勞損壞的關系。一個交變的應力會導致接頭的損壞，交變應力的振幅越大，接頭承受振動的能力越差，越易失效。接頭在連接管道時形成的壓痕和溝槽的深度，影響連接的壽命。

三．預防泄漏
要建立一個有效的流體系統，必須恰當地選擇系統部件、系統的設計和生產技術。下面兩點很重要，關系到系統是否會產生泄漏：
整個系統的管道采取什么類型的管子和連接件。
安裝和維護系統的人員的知識水平及實際經驗。
能夠保證系統零泄漏的連接是不存在的，為了預防系統的泄漏，有必要對各種管道連接類型進行評價。需要強調的是，無論采用何種連接，首先要建立一個正確、有效的系統能量管理計劃，它是保證流體操作系統有效工作的重要因素。

四．關于焊接管接頭
焊接管接頭能夠最有效地抵抗振動和疲勞，這是由它的強度和連接的整體性所決定的。
然而，焊接管接頭有一些劣勢。操作時需要焊接設備和專業培訓的人員，成本高。另外，安裝焊接管接頭所需的時間要多于其它類型接頭的安裝時間。全面的訓練才能獲得高質量的焊接管道。焊接管道的維護是不易進行的，操作人員要準備焊具和鋸等進入系統去操作。

五．關于螺紋管接頭
流體操作系統中，最常見的連接件是螺紋管接頭。
1．NPT螺紋接頭。
  

螺紋接頭在工業中用于管道的連接。NPT（國家管螺紋）接頭是錐管螺紋，具有連接、密封的功能。其密封是兩個金屬接觸面產生的形變形成的密封，發生在錐螺紋的側面，齒頂和齒根部位。安裝接頭過程中，由于金屬間的親合力，特別是碳鋼或不銹鋼螺紋彼此咬合時，會產生螺紋的咬住和撕裂的現象。安裝NPT管螺紋接頭時，必須使用潤滑劑或是有潤滑成份的密封材料覆蓋螺紋上，防止螺紋損傷。一種常用的密封材料是PTFE帶。
在使用螺紋密封去潤滑，埴充螺紋的側面、齒頂、齒根時，要重點考慮下面幾個方面。
當使用密封帶時，對于大多數密封帶，在螺紋上纏繞2到3圈就足夠了。
不要讓密封帶超出螺紋的第一個牙外端，因為密封帶會破碎進入流體系統，損壞系統部件的內部。
密封帶以面對著螺紋頭部順時針的方向纏繞，如果方向不對，密封帶不能恰當的密封和潤滑，引起潛在的泄漏。
切下多余的密封帶，拉緊密封帶使其與螺紋緊密的貼合并壓緊頭部。如果螺紋的齒頂露出會導致咬死。
如果維護時拆下螺紋接頭，要確保去除舊密封帶，并使用新的密封帶。螺紋上殘余的舊密封帶會導致隨后的組裝發生泄漏。

2．SAE圓柱螺紋接頭

另一個普遍使用的螺紋類型是SAE（美國汽車工程師協會）圓柱螺紋。SAE圓柱螺紋是一種只起連接作用，不承擔密封功能。密封作用由通常安裝在外螺紋上彈性密封墊完成。彈性密封墊受外螺紋的密封座和靠近內螺紋出口的密封面的壓縮，形成密封。這種螺紋密封方式具有了NPT螺紋密封的優勢，對于安裝人員來說，是容易維護、得到、再加工的。
在流體系統使用的其它類型的螺紋還有ISO圓柱和圓錐螺紋，NPTF干式密封螺紋，以及37°AN擴口接頭。
3．ISO圓柱螺紋和錐螺紋接頭
 

ISO（國際標準化組織）圓錐螺紋接頭同NPT錐螺紋接頭相同，依靠螺紋完成密封功能，圓柱螺紋如同SAE圓柱螺紋，依靠彈性元件、組合金屬墊，或其它墊片完成密封功能。
4．NPTF錐管螺紋干式密封接頭
干式密封螺紋的齒根高度相比齒頂高度要短，這樣當螺紋齒合時，齒根與齒頂發生擠壓變形。從而當螺紋擰入時，齒頂、齒根和齒側面緊密接觸，形成了一個無潤滑的密封。不理想地方的是，一些金屬如碳鋼、不銹鋼，由于其固有的特性，這種無潤滑密封形式的螺紋接頭會出現咬死的現象，造成第一次安裝時比較難，不能重復使用。
5．37° AN擴口接頭
這種接頭使用圓柱螺紋，如同SAE和ISO的圓柱螺紋設計。這種圓柱螺紋在接頭中只起連接的作用。37°AN擴口接頭通常應用在液壓設備中。
6．螺紋連接的劣勢
雖然螺紋接頭在工業流體設備是廣泛使用，但在工藝、儀表管線中采用pipe管和螺紋管接頭有其固有的劣勢。相比于Tubing管，內表面粗糙的pipe管會導致流動摩擦阻力增大，產生更大的壓力損失。另外，pipe管道系統使用的彎頭產生的局部阻力更大，造成流體壓頭損失。

六．關于Tubing管接頭
用于Tubing管連接的接頭有下面幾種：
1．擠壓式管接頭

擠壓式管接頭是最早開發出來的Tubing管接頭，由三個部件組成：本體、螺母、卡套。這種設計是利用摩擦力抓緊管子。優點之一是安裝時不需要專用工具，而不象pipe接頭需要套絲機和模具加工螺紋。另外這種結構形成的的密封是線形密封，在很小的地方作用集中受力，形成了有效的金屬與金屬之間的密封。可是由于這種接頭是靠摩擦力抓緊管子，其缺點是只能承受低的壓力，只有幾種材料的接頭提供，大多數是黃銅，而且當出現振動、熱沖擊等動負荷時，不能可靠地工作。
2．擴口接頭
 

擴口管接頭是隨后出現的一種Tubing管接頭。對比于最初的擠壓式管接頭，擴口管接頭可承受比較高的壓力，應用范圍廣，可提供的材料多，并且有比較大的密封面，這樣在設備維護時，接頭可以重復使用。
擴口管接頭由三個部件組成：螺母、管套、帶錐度的本體組成。當用于薄壁的或比較軟的tubing管的連接場合，管套本身有擴口的作用。這種接頭的不足的方面是接頭組件易松動。安裝時需要專業的擴口工具。另外，在擴口部位會產生應力增加，如tubing管太薄弱或太脆弱，tubing管會出現軸向的破裂。管口加工不良也會產生不佳的密封面。
3．咬合式管接頭
 
咬合式管接頭安裝時不需要專用工具，并且對比于擠壓式管接頭，它能適應額定壓力更高的場合。它由螺母、本體、卡套構成，卡套有突出鋒利的前端，可以咬入tubing管的表面，抱緊管子。第二道密封是由卡套外錐面與接頭本體的內錐面形成的寬大的接合面。咬合式管接頭是典型的單卡套設計，它要求卡套要完成兩個功能：咬進管子并抱緊，并與管子、本體形成密封面。即一個動作承擔兩個任務。雙卡套接頭一個主要負責密封，一個負責抱緊管子，允許每個卡套根據其承擔的任務進行特定的設計，從而完善了接頭的性能。
4．機械抱緊式管接頭
 

機械抱緊式管接頭是典型的雙卡套設計。這類接頭利用了實時加載密封的特性。前卡套在一個彈性負荷的作用下擠壓管子、接頭本體并與之形成密封。后卡套的設計分開了管子上的抱緊受力點與振動受力點，從而增強了連接的抗振性能。與咬合式接頭相比，這種設計還有一個強的優勢，其復裝性很好，復裝時不會損壞接頭部件和管子。另外，接頭的制造商提供一個間隙測量規，以確保初次安裝時，正確、有效地抱死管子，特別是與不銹鋼這種比較硬的材料連接時，有效地防止沒擰緊而造成的泄漏。