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備中啟閉流體(ti) 的關(guan) 鍵部件，數量大、規格多，其性能安全可靠至關(guan) 緊張，一旦閥門失效，輕則油（氣）井鑽井或生產(chan) 停息，造成龐大經濟損失，重則可能會(hui) 造成人員傷(shang) 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(nei) 外用戶對產(chan) 品的安全性、可靠性的要求賡續進步，性能級別更高的產(chan) 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(nei) 的一些西部油氣田和海洋油田也都對產(chan) 品提出了PR2性能要求。閥門設計和製造是否吻合PR2級的性能要求，必須通過API6A標準規定的一係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標準（以下簡稱“標準”）規定進行壓力測試，測試合格後再按照標準規定進行PR2性能試驗。詳細試驗程序如下：

（1）室溫下160次帶壓開、關(guan) 循環試驗；

（2）最高溫度下的20次帶壓開、關(guan) 循環試驗；

（3）最低溫度下的20次帶壓開、關(guan) 循環試驗；

（4）閥體(ti) 的溫度循環及各階段的高、低壓的保壓試驗；

（5）各個(ge) 試驗過程中閥門的扭矩試驗。

2 閥門設計的參數及設計特點

2.1 設計參數

淺談高壓閥門的PR2級性能鑒定試驗

2.2 手動平板閘閥的設計結構特點

2.2.1 重要結構如圖1

淺談高壓閥門的PR2級性能鑒定試驗

1閥體(ti) 2閘板 3閥杆 4閥杆螺母 5閥蓋 6隔環 7填料壓蓋 8手輪 9閥杆套

10銷 11軸承蓋 12閥杆填料 13密封環 14 閥座內(nei) 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 結構特點

a.閘閥采用單閘板、單閥座和暗杆結構；

b.閥杆套處采用推力軸承設計降低扭矩；

c.閘板和閥座采用浮動式設計；

d.閥門雙向密封設計，使用壽命延伸；

e.體(ti) 蓋密封采用金屬錐形密封環；

f.閥座與(yu) 閘板采用金屬密封；

g.閥座與(yu) 閥體(ti) 采用金屬與(yu) 蓄能圈複合密封；

h.閥杆采用倒密封設計，可帶壓替換閥杆填料。

2.3 PR2級和PR1級閘閥在設計、性能鑒定試驗方麵的差別：

PR1級性能試驗，標準強製性規定做常溫3個(ge) 循環試驗，其它高、低溫等試驗隻要提供客觀證據即可，顯然，PR2級閥門的要求要比PR1高得多。PR2級閥門相對PR1級閥門的設計結構大體(ti) 雷同，區別如下：

（1）所有密封麵的光潔度進步一個(ge) 等級；

（2）所有密封麵的探傷(shang) 悉數進步到PSL3級驗收；

（3）閥座密封采用內(nei) 外兩(liang) 個(ge) 蓄能圈（PR1隻有一個(ge) 蓄能圈）；

（4）閘板、閥座外觀悉數采用硬質合金噴塗硬化外觀（PR1有氮化、堆焊、噴焊和噴塗等）；

（5）推力軸承悉數采用承載力強的滾針推力軸承（PR1級采用的為(wei) 滾球推力軸承）。

3 閥門PR2性能鑒定試驗情況分析

兩(liang) 個(ge) 不同設計參數閥門的性能鑒定試驗在國家油氣田井口設備質量監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(liang) 次試驗，第一次在低溫循環時填料走漏導致試驗失敗。經整改後，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(wei) ：當溫度在-30°C時閥門運行正常，但隨著溫度的降低，走漏量開始增大；經拆檢發現閥杆填料無損壞，但閥座密封圈悉數損壞，閘板和閥座密封麵有輕微劃傷(shang) ，其它零部件悉數正常；但通過試壓曲線及記錄發現閥門扭矩偏大，分外是低溫時，扭矩是常溫的2倍左右達到221N•M，超過了設計的200N•M。第二次試驗時對一些關(guan) 鍵部件進行了整改，最後試驗順利通過。經拆檢，填料、密封圈無損壞，閘板、閥座無劃傷(shang) ，所有零件磨損在正常範圍內(nei) 。根據第一次的失敗情況，筆者對設計選材進行了整改，整改前後的設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(wei) 在2-1/16“15000psi閘閥低溫循環試驗的記錄摘錄，其完全采用了2-1/16“10000psi閘閥的設計與(yu) 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

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圖3 閘閥低溫循環試驗實時壓力圖

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）閥杆密封件低溫走漏，是由於(yu) 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變和密封壓力的雙重作用；

（3）閘板、閥座的輕微劃傷(shang) ，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後，造成外觀輕微劃傷(shang) ；

（4）扭矩太大，說明閥杆和閥杆螺母的摩擦係數過大，填料與(yu) 閥杆之間摩擦係數過大，減磨措施不良。

4 結論及建議

通過此次兩(liang) 個(ge) 閥門的試驗，體(ti) 係了解了閥門PR2性能鑒定試驗的細致過程和要求，也從(cong) 試驗的成敗中收獲了很多，在此給出結論和建議，供參考借鑒。

（1）閥門設計及製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量必須嚴(yan) 酷控製，分外細致密封件和傳(chuan) 動部件的質量性能；在設計中要充分考慮承壓件及密封結構的熱脹冷縮的變形量，控製好相幹配合尺寸，避免發生幹涉和浮動件卡死征象；密封件和傳(chuan) 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，現國內(nei) 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(cong) 國外進口。在選用非金屬密封件時，應盡量選擇有優(you) 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(nei) 的PR2性能鑒定機構和研究院所，還沒有相幹非金屬密封件的熱化學性能的檢測能力，盼望各檢測機構和研究所完美試驗設備，具備非金屬密封件的性能鑒定能力。另外，密封件的生產(chan) 廠家需積極開發，使產(chan) 品知足PR2性能級別要求，早日實現高性能非金屬密封件的國產(chan) 化。