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淺談高壓閥門的PR2級性能鑒定試驗

       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程序來加以驗證。

1 閥門的PR2級性能鑒定試驗的要求。

閥門先要按照API6A（ISO10423）/GB22513標(biāo)準(zhǔn)（以下簡稱“標(biāo)準(zhǔn)”）規(guī)定進行壓力測試，測試合格后再按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進行PR2性能試驗。詳細試驗程序如下：

（1）室溫下160次帶壓開、關(guān)循環(huán)試驗；

（2）最高溫度下的20次帶壓開、關(guān)循環(huán)試驗；

（3）最低溫度下的20次帶壓開、關(guān)循環(huán)試驗；

（4）閥體的溫度循環(huán)及各階段的高、低壓的保壓試驗；

（5）各個試驗過程中閥門的扭矩試驗。

2 閥門設(shè)計的參數(shù)及設(shè)計特點

2.1 設(shè)計參數(shù)

淺談高壓閥門的PR2級性能鑒定試驗

2.2 手動平板閘閥的設(shè)計結(jié)構(gòu)特點

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

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

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)計降低扭矩；

c.閘板和閥座采用浮動式設(shè)計；

d.閥門雙向密封設(shè)計，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，可帶壓替換閥桿填料。

2.3 PR2級和PR1級閘閥在設(shè)計、性能鑒定試驗方面的差別：

PR1級性能試驗，標(biāo)準(zhǔn)強制性規(guī)定做常溫3個循環(huán)試驗，其它高、低溫等試驗只要提供客觀證據(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)計結(jié)構(gòu)大體雷同，區(qū)別如下：

（1）所有密封面的光潔度進步一個等級；

（2）所有密封面的探傷悉數(shù)進步到PSL3級驗收；

（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性能鑒定試驗情況分析

兩個不同設(shè)計參數(shù)閥門的性能鑒定試驗在國家油氣田井口設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中間江漢機械研究所進行，試驗不包含非金屬密封件的試驗，其中2-1/16“10000Psi閘閥共進行了兩次試驗，第一次在低溫循環(huán)時填料走漏導(dǎo)致試驗失敗。經(jīng)整改后，重新進行PR2試驗，第二次順利通過。2-1/16“15000Psi閘閥則一次性順利通過。

3.1 PR2試驗和整改情況

2-1/16“10000Psi閘閥第一次試驗低溫失敗的詳細情況為：當(dāng)溫度在-30°C時閥門運行正常，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倍左右達到221N•M，超過了設(shè)計的200N•M。第二次試驗時對一些關(guān)鍵部件進行了整改，最后試驗順利通過。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)計選材進行了整改，整改前后的設(shè)計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

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圖2、圖3為在2-1/16“15000psi閘閥低溫循環(huán)試驗的記錄摘錄，其完全采用了2-1/16“10000psi閘閥的設(shè)計與選材，效果順利通過PR2性能鑒定試驗，再次驗證了2-1/16“10000psi閘閥的設(shè)計和整改是有用的。

淺談高壓閥門的PR2級性能鑒定試驗

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

圖3 閘閥低溫循環(huán)試驗實時壓力圖

3.2 試驗成敗的緣故原由分析

通過以上三次的PR2性能鑒定試驗，基本找到試驗失敗的緣故原由，詳細題目及分析如下：

（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，體系了解了閥門PR2性能鑒定試驗的細致過程和要求，也從試驗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)計及制造須達到氣密封級別，密封達到零走漏；閥門的各零部件的質(zhì)量必須嚴(yán)酷控制，分外細致密封件和傳動部件的質(zhì)量性能；在設(shè)計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試驗的非金屬密封件廠家，基本靠從國外進口。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，盼望各檢測機構(gòu)和研究所完美試驗設(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，早日實現(xiàn)高性能非金屬密封件的國產(chǎn)化。