隨著海洋石油天然氣工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展和人們對(duì)能源的需求，深水油氣田的開發(fā)將成為將來海洋石油行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。水下油氣生產(chǎn)系統(tǒng)受水災(zāi)天氣影響較小，靠譜性強(qiáng)，成為開采深水油氣田的關(guān)鍵設(shè)施之一。海底管線球閥是水下油氣生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備的重要組成部份。本文以某海上油井生產(chǎn)開發(fā)項(xiàng)目中兩臺(tái)海底管線閥門（以下簡稱閥門）的實(shí)際應(yīng)用為例，介紹海底管線閥門的選型設(shè)計(jì)、陸地檢測和海底操作。

2常用標(biāo)準(zhǔn)

海底管線球閥是應(yīng)適于海底管線上所有球閥的合稱，其主要集中應(yīng)用在海洋油氣安裝工程的水下管匯、海底管線終端及油氣輸送管線上。海底管線球閥以閥門、平板閥門和閥門為主。

海底管線球閥選用的標(biāo)準(zhǔn)主要有、API6A、和－1。

3操作模式

海底管線球閥的操作方法主要有油壓控制、遙控操作（ROV－e）和潛水員操作等。

3.1油壓控制

海底管線管件與油壓源、液壓控制單元和臍帶纜集成為一個(gè)系統(tǒng)，由帶油壓源的控制單元給海底管線管件供壓開啟和關(guān)掉管件。此種操作模式的特點(diǎn)是能否實(shí)現(xiàn)手動(dòng)開啟和關(guān)掉管件，可以在海洋石油平臺(tái)上實(shí)時(shí)監(jiān)控海底管線球閥的狀態(tài)，在油壓控制系統(tǒng)失效時(shí)可以使用ROV操作球閥。雖然，油壓控制復(fù)雜，潛在的泄露點(diǎn)較差，投資成本較高。

3.2ROV

海底管線球閥上設(shè)置有ROV插口，分為頂裝和側(cè)裝兩種類別，通過ROV配備轉(zhuǎn)速工具操作球閥開啟和關(guān)掉。此種操作模式的特點(diǎn)是閥體結(jié)構(gòu)相對(duì)油壓控制較簡略，成本相對(duì)較低，可節(jié)約項(xiàng)目安裝工程建設(shè)階段的開銷。雖然ROV操作在海上石油平臺(tái)發(fā)生緊急狀況還要關(guān)掉海底管線管件時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)應(yīng)急關(guān)斷，海上石油平臺(tái)不能對(duì)海底管線管件的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)檢測。

3.3潛水員操作

在水深較淺時(shí)，海底管線管件上一般配置有手輪球閥類型，潛水員可選用空氣潛水的方法對(duì)其進(jìn)行操作。之外，對(duì)于有ROV插口的海底管線蝶閥，在條件容許的狀況下，也可以由潛水員使用專用的操作工具，輔以飽和潛水的方法對(duì)海底管線球閥進(jìn)行操作。

4選型設(shè)計(jì)

4.1主要技術(shù)指標(biāo)

閥門選型設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮設(shè)計(jì)使用壽命、設(shè)計(jì)體溫、設(shè)計(jì)壓力、球閥方式、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、閥門規(guī)格、壓力等級(jí)、閥體材質(zhì)、球體材質(zhì)、ROV插口等級(jí)、ROV插口模式、ROV插口標(biāo)準(zhǔn)和管件制造等級(jí)等。之外，還應(yīng)留意管件托架方式、ROV把手及其方式、ROV中心線到管件中心線的距離、ROV插口處的防海生物保護(hù)裝置、第三方檢測范圍和內(nèi)容、閥門及執(zhí)行機(jī)構(gòu)高壓水艙實(shí)驗(yàn)（影響成本和交貨時(shí)間）等。采購方在與供貨商進(jìn)行技術(shù)辟謠時(shí)，要明晰技術(shù)細(xì)節(jié)，以防出現(xiàn)何必要的協(xié)議變更。

4.2輪緣連結(jié)

閥門的輪緣連結(jié)方式有法蘭連結(jié)和焊接連結(jié)兩種（圖1）。

（a）法蘭連結(jié)（b）焊接連結(jié)

圖1不同輪緣連結(jié)的海底管線閥門

閥門選用焊接連結(jié)時(shí)，可以提高法蘭連結(jié)時(shí)球閥潛在的泄露源，增加了管線系統(tǒng)的牢靠性。管件除更換和修理不便此外，在操作、自重和售價(jià)等方面影響均不大。水下油氣生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)首先要考慮管件使用的牢靠性，兼具可修理性。綜合考慮，閥門宜選用鉚接方式。

4.3密封方式

閥門在深水條件下不僅承受介質(zhì)內(nèi)壓外，還承受著靜水壓力，為了避免介質(zhì)外漏或海水踏入閥門，閥門與環(huán)境之間通常設(shè)置兩道密封，其中金屬密封作為主密封。噴嘴處的密封面有單活塞效應(yīng)（SPE－）和雙活塞效應(yīng)（DPE－）兩種方式。SPE的原理是閥腔和上游密封面有一個(gè)密封面積差。當(dāng)閥腔壓力減小到一定值時(shí)，閥腔與上游的壓差小于彈簧的初始?jí)毫Γ蚨鴮⑵淄齐x立方體，實(shí)現(xiàn)閥腔壓力向下游泄放。DPE的原理是噴嘴下游和上游之間存在密封面積差。當(dāng)閥腔內(nèi)壓力下降時(shí)，在壓差和彈簧初始密封壓力的作用下，聯(lián)軸器推向立方體，實(shí)現(xiàn)管件單向密封。閥門通常要求選用SPE+DPE的密封方式，一般將管件上游密封面選為SPE，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)閥腔超壓時(shí)自動(dòng)向上游泄放的功能。

4.4袖管

袖管是鉚接在閥體兩端的短節(jié)，拿來與海底管線終端或水下管匯上的管道進(jìn)行點(diǎn)焊。為了避免袖管沖壓時(shí)對(duì)管件本體的密封導(dǎo)致外傷，通常要求管件在出廠前完成袖管的沖壓工作。同時(shí)為了方便后續(xù)與管道進(jìn)行弧焊，要求袖管選用與管道相似的材質(zhì)。袖管的寬度須保證其與管線沖壓時(shí)形成的糖分不對(duì)球閥的密封功耗導(dǎo)致影響。袖管可以由管件采購方提供材質(zhì)編號(hào)和要求，由管件制造廠訂購，也可以由管件采購方提供給管件制造廠。袖管與管件沖壓完成后，還要對(duì)點(diǎn)焊進(jìn)行水壓實(shí)驗(yàn)，使得還要第三方現(xiàn)場見證。

5陸地功能檢測

閥門在出廠前務(wù)必完成包括外型測試、壓力檢測、操作功能檢測等的車間初驗(yàn)實(shí)驗(yàn)（FAT－t）。FAT時(shí)一般還要采購方代表和第三方代表現(xiàn)場見證，發(fā)貨前還要管件制造廠提供第三方簽字的FAT報(bào)告。

閥門還要與管道進(jìn)行弧焊，整個(gè)海底生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)物建造完畢后，還要進(jìn)行水壓和電連續(xù)性等實(shí)驗(yàn)。在海底管線閥門下水安裝前，還應(yīng)當(dāng)對(duì)其功能進(jìn)行檢測。主要是檢測其打開和關(guān)掉操作的功耗，包括旋轉(zhuǎn)方向、扭矩大小和旋轉(zhuǎn)圈數(shù)等。

6閥門的海底操作

閥門A與海洋平臺(tái)A的管道聯(lián)接，閥門B與海洋平臺(tái)B的管道聯(lián)接，貨運(yùn)經(jīng)海底管線三通匯合后一起輸送至FPSO進(jìn)行處理（圖2）。

圖2海底管線基盤布置

下水前兩臺(tái)閥門都處于開啟狀態(tài)，海底管線基盤安裝完畢后，因?yàn)檎麄€(gè)海管系統(tǒng)還要進(jìn)行通球和水壓實(shí)驗(yàn)，所以兩臺(tái)球閥保持開啟狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)完畢后球閥類型，A平臺(tái)先行投入生產(chǎn)，所以A閥依然處于開啟狀態(tài)。此刻B平臺(tái)未開工，還要先將B閥關(guān)掉。等B平臺(tái)開工時(shí)，再將B閥打開。因而還要對(duì)B閥進(jìn)行關(guān)掉和開啟操作。

海底管線基盤由潛水員選用飽和潛水的形式安裝，海管系統(tǒng)試壓完畢后，由潛水員選用特殊工具（圖3）將海底管線管件B關(guān)掉。

圖3潛水員使用的海底管線閥門操作工具

B平臺(tái)開工時(shí)，還要將處于關(guān)掉狀態(tài)的閥門B開啟。此刻，因?yàn)轱柡蜐撍С执缫褟?fù)原，故選用ROV配備轉(zhuǎn)速工具來開啟，ROV應(yīng)為工作型，操作工具與陸地檢測時(shí)使用的相似。閥門關(guān)掉時(shí)，ROV插口處表針對(duì)準(zhǔn)字母S。閥門開啟時(shí)，ROV插口處表針對(duì)準(zhǔn)字母O（圖4）。

（a）球閥處于關(guān)掉狀態(tài)（b）球閥處于開啟狀態(tài)

圖4海底管線閥門關(guān)掉和開啟狀態(tài)

7結(jié)語

淺海油氣開采是未來資源開發(fā)的發(fā)展趨勢，海底管線球閥是海底管線管匯等設(shè)備的關(guān)鍵部件，將得到越來越廣泛的應(yīng)用。

TAG:閥門,管道,操作,密封,液壓