一、开头语
绝缘接头是在绝缘法兰改进的基础上开发的管道 元件，其主要应用于输油输气管线，在长输管线中起着 密封、防止发生电化学腐蚀、对管线起着很重要的保护 作用，就其结构来看，主要由短节、钢件法兰、钢件 固定环、密封件、绝缘板、绝缘套和填充绝缘材料等组 成，使之形成一个完整的密闭系统。从密封件的类型来 看，主要有：O形圈密封、U形圈密封及“O形+U形” 复合密封这三种密封结构形式，虽然密封结构不同，但 都有相同的密封原理。其密封原理为：密封环在承受外 界施加的预紧力的作用下，将产生弹性变形，达到所需 的密封力，保证管道内介质不外漏。 绝缘接头是通过焊接与管道进行连接的，大多使 用在埋地的工况中。随着地质情况、环境温度和管线 应力等各方面的外力和因素的影响，使得绝缘接头承 受的荷载十分复杂，各种突变因素很多，所以很有必 要研究绝缘接头的安全性问题，进一步探索研究提高 绝缘接头整体性能的可行性方案，为管网建设提供安 全保证。
外的异常和故障，当确认不是这些外因之后，再开始拆 解检查疏水阀，且应采用一定的修理顺序，疏水阀故障 一般性检查作业程序。

针对疏水阀三种“故障”发生的成因分析，在设 计、选型、安装、保养维修以及故障发生时的故障检查 与排除等方面给出全面解决方案的思路，为实现疏水阀 产品设计、制造和安装、使用、维护以及故障排查等方 面水平提高，推荐了若干有效的解决方案，为我国疏水 阀生产的技术进步和疏水阀使用企业的科学使用有借鉴 作用。

二、绝缘接头事件
2009年，涩宁兰输气管道的9个绝缘接头出现不同 程度的泄漏，如图1所示，泄漏点出现在钢件固定环与 绝缘套的间隙位置，究其原因，可能是绝缘接头在经过 长时间的运行后，其密封件出现老化现象；绝缘接头的 刚性不好，在承受外界荷载后，发生变形，导致介质泄 漏。


2013年投产的中贵线、中缅线先后出现了多处渗 漏的绝缘接头，泄漏位置如图2所示，不难看出泄漏部 位仍在固定环与绝缘套的间隙位置。


三、绝缘接头安全性
绝缘接头大多使用在埋地、输气管道，若其出现 泄漏，相关部门会紧急组织人员进行堵漏或用氮气将管 线内的气体进行置换，进而将事故绝缘接头切除下来， 再加工焊接坡口，重新焊接合格的绝缘接头，投资的人 力、物力及资金很大，给国家造成很大的损失，甚至危 及到人身安全。
1.、强度、刚度问题 与工业阀门不同，绝缘接头大多使用在埋地输油 输气管道，会受到地质环境和管线应力的影响，其所受 到外界荷载是复杂多变的，所以在设计计算时，要慎重考虑绝缘接头的强度及刚度问题，即既要满足强度要 求，又要满足刚度边界条件。 查阅我国压力容器通用标准《GB150.3－2011压力 容器 第3部分：设计》，可以将绝缘接头设计计算简化 为整体法兰模型和卡箍模型。比如，用整体法兰计算模 型来讲，在满足轴向应力σ H≤1.5[σ] t f ，径向应力 σ R≤[σ] t f ，切向应力σ T≤[σ] t f ，但同时还需满足刚 性指数J≤1，所以在计算中，必须考虑同时考虑强度和 刚性的问题。 （1）解决方案一：建立分析模型 借助于ANSYS 有限元分析软件，模拟绝缘接头在承受内压和外界荷载 的复杂受力状况下，然后建立单元进行分析，有限元计 算模型示意、网格划分分别如图3、图4所示。



分析时，不仅仅要分析钢件零部件，还应分析非 金属件（绝缘件）在复杂受力状况下的应力分布，这样 大大降低了设计风险，因为绝缘接头中的绝缘件属于脆 性非金属材料，当绝缘接头在承受复杂荷载的情况下， 极有可能发生碎裂，引起严重的质量事故。

2、解决方案二：产品试验验证法 按SY/T0516 的规定，对同种规格产品抽检5%但不少于1个，进行 1.5倍设计压力的水压+弯矩试验。此试验在专用加载试验机上进行，在产品承受液体内压的情况下，对绝缘中 部加载集中载荷至所需的数值，检验绝缘接头的密封性 和刚性。 为了更加准确地反映绝缘接头在承受内压及外部 加载复合载荷下真实的应力情况，可采用电测应力法进 行测定，在电测过程中需要采用应变片及相应的应变测 试系统。应变测量主要利用金属电阻应变片的电阻应 变效应对受力原件进行应变的测量。其原理是：贴附在 基体材料上的应变片当基体受力产生应力变形时，集 成在应变片上的金属导体也一起产生变形，导致应变片 的阻值产生相应的改变，从而使加在电阻上的电压发生 变化。但一般这种阻值变化不是太大，要通过应变电桥 将其放大，再通过处理器处理将应变结果显示出来，完 成应变测量。试验过程中推荐优先选用三轴45°应变花 （见图5），它能够实现多向测量，即同时测量轴线、 径向、45°三个方向的测量，所以测试结果更加准确； 此外，三轴45°应变花是由三个单向应变片集成而成， 这样粘贴方便，检测简捷。


可以在绝缘接头上选取几关键危险截面，以这些 危险截面来布置应变花完成应变测试，采用应变测试系 统来完成此试验，获取应变值，再由所测试到的应变 值，通过数据计算及处理，得到最终主应力及主偏角， 绝缘接头电测应力测试如图6所示。 2.密封问题 绝缘接头内部有密封环，密封环在承受外界施加 的预紧力的作用下，将产生弹性变形，达到所需的密封 力，保证管道内介质不外漏，这也就是绝缘接头的密封 原理。所以密封件应在介质中应有足够的化学稳定性和 耐蚀性，同时具有一定的强度和回弹性。若绝缘接头发 生泄漏，会给国家造成巨大的损失，甚至会发生人员伤亡事故，所以绝缘接头的密封性能是至关重要的。

（1）解决方案一 严格控制密封材料、密封元件 质量 密封环一般是氟橡胶制品，经过模压然后经过硫 化处理而成。而氟橡胶在硫化处理过程中会出现气包、 开裂等缺陷，若缺陷出现在内部，肉眼无法识别，只能 借助于可成像的探伤仪进行检测。所以，就要控制硫化 温度、时间等关键因素。

（2）解决方案二 控制装配预紧力 根据前面所 述的绝缘接头密封原理 “密封环在承受外界施加的预 紧力的作用下，将产生弹性变形，达到所需的密封力， 保证管道内介质不外漏”，可以看出：安装过程中提供 的预紧力对绝缘接头的密封性有这重要的影响。若预紧 力过小，会达不到所需的密封力；若预紧力过大，一方 面，持续过大的预紧力会使密封件丧失部分的弹性，在 管线长安装使用一段时间后可能会产生泄漏。

电绝缘性属于绝缘接头重要的性能指标，电绝缘 性包括绝缘电阻测试（见图7）、电绝缘强度测试（见 图8）、浸入电解液后的绝缘电阻测试等项目。


解决方案：试验测试法。产品完成密封试验后， 应采用检测设备，对绝缘接头完成绝缘电阻测试，且 应逐台测试。测试合格后，在绝缘接头两端加频率为 50Hz的正弦波交流电，在所规定的时间内，不应出现 表面电弧和绝缘损坏。 对于用在输油管线的绝缘接头，在出厂前按同规 格的5%，且不少于1台，需进行浸入电解液后的绝缘电 阻测试，且之后还应进行电绝缘强度合格性的验证。

4.寿命问题 绝缘接头用于管线的阴极保护，延长管线的使用 寿命，所以，绝缘接头的使用寿命应该长于输油输气管线。要延长绝缘接头的使用寿命，应从制造过程控制、 试验检验和产品在管线上的安装等各个方面进行规范和 要求。

（1）解决方案一 制造过程质量控制 绝缘接头 在制造单位，应从原材料的检验及试验、焊接试验及焊 接工艺评定、零件的机械加工、焊接、焊缝无损检测、 焊后热处理、产品的组装和整机性能试验及检验等各个 环节进行有效的控制，规范产品制造过程，提高制造水 平。

（2）解决方案二 管线安装控制 绝缘接头不应 安装在常年积水或管线走向低洼处，更不能安装在弯头 管线的附近；安装位置应便于检验和维修；绝缘接头 与管线之间应有不小于6倍的公称直径且最小为3m的距 离，安全起见，还应进行应力计算；绝缘接头与管线进 行焊接时，应有相应的焊接工艺评定的验证、焊接工艺 规程的指导，焊接工艺参数符合要求，焊接前，应与管道对齐，不应进行强力组对，保证焊接处能自由伸缩； 焊接过程中应控制温度不超过120℃，需要时，采用降 温措施，其目的是保护绝缘接头内件不被烧坏，延长产 品的使用寿命。 四、结语 阐述了绝缘接头在制造、出厂试验、安装和使用 中常出现的问题，也提供了一些解决方案及建议，在以 下情况下，绝缘接头需进行内压+承载力的载荷试验： 1）对产品结构进行改进或改进算法时，需验证产 品的强度及刚性。 2）更换低强度等级的材料时，需试验验证。 3）使用于重要管线项目产品，需按比例要求甚至 全部规格数量，进行复合载荷的承载试验。 4）用户明确提出需进行抽检试验的。