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編輯：挺宇集團(tuán)有限公司
日期：2019-12-17 訪問：3839
淺談高壓閥門的PR2級性能鑒定試驗(yàn)
閘閥是井口裝配和采油樹設(shè)備中啟閉流體的關(guān)鍵部件，數(shù)量大、規(guī)格多，其性能安全可靠至關(guān)緊張，一旦閥門失效，輕則油（氣）井鉆井或生產(chǎn)停息，造成龐大經(jīng)濟(jì)損失，重則可能會造成人員傷亡事故。
我國的石油裝備的需求和出口還處在增加階段，但國內(nèi)外用戶對產(chǎn)品的安全性、可靠性的要求賡續(xù)進(jìn)步，性能級別更高的產(chǎn)品需求越來越多。如殼牌公司要求，給其提供的閥門必須知足PR2要求；國內(nèi)的一些西部油氣田和海洋油田也都對產(chǎn)品提出了PR2性能要求。閥門設(shè)計(jì)和制造是否吻合PR2級的性能要求，必須通過API6A標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的一系列性能鑒定試驗(yàn)程序來加以驗(yàn)證。
1 閥門的PR2級性能鑒定試驗(yàn)的要求。
閥門先要按照API6A（ISO10423）/GB22513標(biāo)準(zhǔn)（以下簡稱“標(biāo)準(zhǔn)”）規(guī)定進(jìn)行壓力測試，測試合格后再按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行PR2性能試驗(yàn)。詳細(xì)試驗(yàn)程序如下：
（1）室溫下160次帶壓開、關(guān)循環(huán)試驗(yàn)；
（2）最高溫度下的20次帶壓開、關(guān)循環(huán)試驗(yàn)；
（3）最低溫度下的20次帶壓開、關(guān)循環(huán)試驗(yàn)；
（4）閥體的溫度循環(huán)及各階段的高、低壓的保壓試驗(yàn)；
（5）各個試驗(yàn)過程中閥門的扭矩試驗(yàn)。
2 閥門設(shè)計(jì)的參數(shù)及設(shè)計(jì)特點(diǎn)
2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)
淺談高壓閥門的PR2級性能鑒定試驗(yàn)
2.2 手動平板閘閥的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
2.2.1 重要結(jié)構(gòu)如圖1
淺談高壓閥門的PR2級性能鑒定試驗(yàn)
1閥體 2閘板 3閥桿 4閥桿螺母 5閥蓋 6隔環(huán) 7填料壓蓋 8手輪 9閥桿套
10銷 11軸承蓋 12閥桿填料 13密封環(huán) 14 閥座內(nèi)密封圈 15閥座外密封圈 16閥座
圖1 手動平板閘閥
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2.2.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
a.閘閥采用單閘板、單閥座和暗桿結(jié)構(gòu)；
b.閥桿套處采用推力軸承設(shè)計(jì)降低扭矩；
c.閘板和閥座采用浮動式設(shè)計(jì)；
d.閥門雙向密封設(shè)計(jì)，使用壽命延伸；
e.體蓋密封采用金屬錐形密封環(huán)；
f.閥座與閘板采用金屬密封；
g.閥座與閥體采用金屬與蓄能圈復(fù)合密封；
h.閥桿采用倒密封設(shè)計(jì)，可帶壓替換閥桿填料。
2.3 PR2級和PR1級閘閥在設(shè)計(jì)、性能鑒定試驗(yàn)方面的差別：
PR1級性能試驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性規(guī)定做常溫3個循環(huán)試驗(yàn)，其它高、低溫等試驗(yàn)只要提供客觀證據(jù)即可，顯然，PR2級閥門的要求要比PR1高得多。PR2級閥門相對PR1級閥門的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)大體雷同，區(qū)別如下：
（1）所有密封面的光潔度進(jìn)步一個等級；
（2）所有密封面的探傷悉數(shù)進(jìn)步到PSL3級驗(yàn)收；
（3）閥座密封采用內(nèi)外兩個蓄能圈（PR1只有一個蓄能圈）；
（4）閘板、閥座外觀悉數(shù)采用硬質(zhì)合金噴涂硬化外觀（PR1有氮化、堆焊、噴焊和噴涂等）；
（5）推力軸承悉數(shù)采用承載力強(qiáng)的滾針推力軸承（PR1級采用的為滾球推力軸承）。
3 閥門PR2性能鑒定試驗(yàn)情況分析
兩個不同設(shè)計(jì)參數(shù)閥門的性能鑒定試驗(yàn)在國家油氣田井口設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中間江漢機(jī)械研究所進(jìn)行，試驗(yàn)不包含非金屬密封件的試驗(yàn)，其中2-1/16“10000Psi閘閥共進(jìn)行了兩次試驗(yàn)，第一次在低溫循環(huán)時填料走漏導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。經(jīng)整改后，重新進(jìn)行PR2試驗(yàn)，第二次順利通過。2-1/16“15000Psi閘閥則一次性順利通過。
3.1 PR2試驗(yàn)和整改情況
2-1/16“10000Psi閘閥第一次試驗(yàn)低溫失敗的詳細(xì)情況為：當(dāng)溫度在-30°C時閥門運(yùn)行正常，但隨著溫度的降低，走漏量開始增大；經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn)閥桿填料無損壞，但閥座密封圈悉數(shù)損壞，閘板和閥座密封面有輕微劃傷，其它零部件悉數(shù)正常；但通過試壓曲線及記錄發(fā)現(xiàn)閥門扭矩偏大，分外是低溫時，扭矩是常溫的2倍左右達(dá)到221N•M，超過了設(shè)計(jì)的200N•M。第二次試驗(yàn)時對一些關(guān)鍵部件進(jìn)行了整改，最后試驗(yàn)順利通過。經(jīng)拆檢，填料、密封圈無損壞，閘板、閥座無劃傷，所有零件磨損在正常范圍內(nèi)。根據(jù)第一次的失敗情況，筆者對設(shè)計(jì)選材進(jìn)行了整改，整改前后的設(shè)計(jì)及選用材料對比如下表：
淺談高壓閥門的PR2級性能鑒定試驗(yàn)
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圖2、圖3為在2-1/16“15000psi閘閥低溫循環(huán)試驗(yàn)的記錄摘錄，其完全采用了2-1/16“10000psi閘閥的設(shè)計(jì)與選材，效果順利通過PR2性能鑒定試驗(yàn)，再次驗(yàn)證了2-1/16“10000psi閘閥的設(shè)計(jì)和整改是有用的。
淺談高壓閥門的PR2級性能鑒定試驗(yàn)
圖2 井口裝配和采油樹性能鑒定記錄表
淺談高壓閥門的PR2級性能鑒定試驗(yàn)
圖3 閘閥低溫循環(huán)試驗(yàn)實(shí)時壓力圖
3.2 試驗(yàn)成敗的緣故原由分析
通過以上三次的PR2性能鑒定試驗(yàn)，基本找到試驗(yàn)失敗的緣故原由，詳細(xì)題目及分析如下：
（1）閥桿密封件低溫走漏，是由于選用的密封件達(dá)不到最低溫度要求；
（2）閥座密封圈的損壞，說明閥座密封圈抵抗不了溫度轉(zhuǎn)變和密封壓力的雙重作用；
（3）閘板、閥座的輕微劃傷，說明閘板、閥座的外觀處理硬座選擇不合理，在常溫、高溫文低溫多次循環(huán)后，造成外觀輕微劃傷；
（4）扭矩太大，說明閥桿和閥桿螺母的摩擦系數(shù)過大，填料與閥桿之間摩擦系數(shù)過大，減磨措施不良。
4 結(jié)論及建議
通過此次兩個閥門的試驗(yàn)，體系了解了閥門PR2性能鑒定試驗(yàn)的細(xì)致過程和要求，也從試驗(yàn)的成敗中收獲了很多，在此給出結(jié)論和建議，供參考借鑒。
（1）閥門設(shè)計(jì)及制造須達(dá)到氣密封級別，密封達(dá)到零走漏；閥門的各零部件的質(zhì)量必須嚴(yán)酷控制，分外細(xì)致密封件和傳動部件的質(zhì)量性能；在設(shè)計(jì)中要充分考慮承壓件及密封結(jié)構(gòu)的熱脹冷縮的變形量，控制好相干配合尺寸，避免發(fā)生干涉和浮動件卡死征象；密封件和傳動件的耐磨性和減磨措施需進(jìn)行考慮，保證閥在高、低溫條件下的操作扭矩吻合要求。
（2）非金屬密封件的選擇特別很是緊張，現(xiàn)國內(nèi)幾乎還沒有能夠知足PR2試驗(yàn)的非金屬密封件廠家，基本靠從國外進(jìn)口。在選用非金屬密封件時，應(yīng)盡量選擇有優(yōu)秀使用口碑的廠家，材料需知足工作壓力和溫度的要求。
（3）國內(nèi)的PR2性能鑒定機(jī)構(gòu)和研究院所，還沒有相干非金屬密封件的熱化學(xué)性能的檢測能力，盼望各檢測機(jī)構(gòu)和研究所完美試驗(yàn)設(shè)備，具備非金屬密封件的性能鑒定能力。另外，密封件的生產(chǎn)廠家需積極開發(fā)，使產(chǎn)品知足PR2性能級別要求，早日實(shí)現(xiàn)高性能非金屬密封件的國產(chǎn)化。
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