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淺談高壓閥門(mén)的PR2級(jí)性能鑒定試驗(yàn)

       閘閥是井口裝配和采油樹(shù)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(mén)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(huì)造成人員傷亡事故。

我國(guó)的石油裝備的需求和出口還處在增加階段，但國(guó)內(nèi)外用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品的安全性、可靠性的要求賡續(xù)進(jìn)步，性能級(jí)別更高的產(chǎn)品需求越來(lái)越多。如殼牌公司要求，給其提供的閥門(mén)必須知足PR2要求；國(guó)內(nèi)的一些西部油氣田和海洋油田也都對(duì)產(chǎn)品提出了PR2性能要求。閥門(mén)設(shè)計(jì)和制造是否吻合PR2級(jí)的性能要求，必須通過(guò)API6A標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的一系列性能鑒定試驗(yàn)程序來(lái)加以驗(yàn)證。

1 閥門(mén)的PR2級(jí)性能鑒定試驗(yàn)的要求。

閥門(mén)先要按照API6A（ISO10423）/GB22513標(biāo)準(zhǔn)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“標(biāo)準(zhǔn)”）規(guī)定進(jìn)行壓力測(cè)試，測(cè)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(kāi)、關(guān)循環(huán)試驗(yàn)；

（2）最高溫度下的20次帶壓開(kāi)、關(guān)循環(huán)試驗(yàn)；

（3）最低溫度下的20次帶壓開(kāi)、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(gè)試驗(yàn)過(guò)程中閥門(mén)的扭矩試驗(yàn)。

2 閥門(mén)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(mén)的PR2級(jí)性能鑒定試驗(yàn)

2.2 手動(dòng)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(mén)的PR2級(jí)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(xiāo) 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(dòng)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(dòng)式設(shè)計(jì)；

d.閥門(mén)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(jí)和PR1級(jí)閘閥在設(shè)計(jì)、性能鑒定試驗(yàn)方面的差別：

PR1級(jí)性能試驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性規(guī)定做常溫3個(gè)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(jí)閥門(mén)的要求要比PR1高得多。PR2級(jí)閥門(mén)相對(duì)PR1級(jí)閥門(mén)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(gè)等級(jí)；

（2）所有密封面的探傷悉數(shù)進(jìn)步到PSL3級(jí)驗(yàn)收；

（3）閥座密封采用內(nèi)外兩個(gè)蓄能圈（PR1只有一個(gè)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(jí)采用的為滾球推力軸承）。

3 閥門(mén)PR2性能鑒定試驗(yàn)情況分析

兩個(gè)不同設(shè)計(jì)參數(shù)閥門(mén)的性能鑒定試驗(yàn)在國(guó)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(shí)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(guò)。2-1/16“15000Psi閘閥則一次性順利通過(guò)。

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(shí)閥門(mén)運(yùn)行正常，但隨著溫度的降低，走漏量開(kāi)始增大；經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn)閥桿填料無(wú)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(guò)試壓曲線(xiàn)及記錄發(fā)現(xiàn)閥門(mén)扭矩偏大，分外是低溫時(shí)，扭矩是常溫的2倍左右達(dá)到221N•M，超過(guò)了設(shè)計(jì)的200N•M。第二次試驗(yàn)時(shí)對(duì)一些關(guān)鍵部件進(jìn)行了整改，最后試驗(yàn)順利通過(guò)。經(jīng)拆檢，填料、密封圈無(wú)損壞，閘板、閥座無(wú)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(duì)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(duì)比如下表：

淺談高壓閥門(mén)的PR2級(jí)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(guò)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(mén)的PR2級(jí)性能鑒定試驗(yàn)

圖2 井口裝配和采油樹(shù)性能鑒定記錄表

淺談高壓閥門(mén)的PR2級(jí)性能鑒定試驗(yàn)

圖3 閘閥低溫循環(huán)試驗(yàn)實(shí)時(shí)壓力圖

3.2 試驗(yàn)成敗的緣故原由分析

通過(guò)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(shuō)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(shuō)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(shuō)明閥桿和閥桿螺母的摩擦系數(shù)過(guò)大，填料與閥桿之間摩擦系數(shù)過(guò)大，減磨措施不良。

4 結(jié)論及建議

通過(guò)此次兩個(gè)閥門(mén)的試驗(yàn)，體系了解了閥門(mén)PR2性能鑒定試驗(yàn)的細(xì)致過(guò)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(mén)設(shè)計(jì)及制造須達(dá)到氣密封級(jí)別，密封達(dá)到零走漏；閥門(mén)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(dòng)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(dòng)件卡死征象；密封件和傳動(dòng)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(guó)內(nèi)幾乎還沒(méi)有能夠知足PR2試驗(yàn)的非金屬密封件廠(chǎng)家，基本靠從國(guó)外進(jìn)口。在選用非金屬密封件時(shí)，應(yīng)盡量選擇有優(yōu)秀使用口碑的廠(chǎng)家，材料需知足工作壓力和溫度的要求。

（3）國(guó)內(nèi)的PR2性能鑒定機(jī)構(gòu)和研究院所，還沒(méi)有相干非金屬密封件的熱化學(xué)性能的檢測(cè)能力，盼望各檢測(cè)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(chǎng)家需積極開(kāi)發(fā)，使產(chǎn)品知足PR2性能級(jí)別要求，早日實(shí)現(xiàn)高性能非金屬密封件的國(guó)產(chǎn)化。