PR2級(jí)閥門主要用于PR2級(jí)井口裝置和采油樹設(shè)備上，控制采油作用中流體的開閉，是井口裝置和采油樹核心部件之一，而高壓PR2級(jí)井口裝置和采油樹設(shè)備因其具有較高的設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)要求一直是國內(nèi)石油設(shè)備制造企業(yè)的軟肋，尤其是PR2性能鑒定試驗(yàn)，試驗(yàn)步驟多、工況條件惡劣，對(duì)閥門密封和可靠性要求非常高，試驗(yàn)通過難度大。本文對(duì)相同結(jié)構(gòu)、不同設(shè)計(jì)參數(shù)的兩個(gè)手動(dòng)平板閘閥試驗(yàn)過程和結(jié)果進(jìn)行了分析，試驗(yàn)結(jié)果表明現(xiàn)有閥門結(jié)構(gòu)、材料的選擇、密封件的選擇基本合理；最后分析了閥門PR2性能鑒定試驗(yàn)成敗的原因，并給出了改進(jìn)方向的建議。

　　閘閥是井口裝置和采油樹設(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)重要，一旦閥門失效，輕則油(氣)井鉆井或生產(chǎn)暫停，造成重大經(jīng)濟(jì)損失，重則可能會(huì)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長階段，但國內(nèi)外用戶對(duì)產(chǎn)品的安全性、可靠性的要求不斷提高，性能級(jí)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滿足PR2要求；國內(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。閥門設(shè)計(jì)和制造是否符合PR2級(jí)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(jí)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)。具體試驗(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(gè)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)

　　2.2、手動(dòng)平板閘閥的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　2.2.1、主要結(jié)構(gòu)如圖1

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(dòng)平板閘閥

　　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.閥門雙向密封設(shè)計(jì)，使用壽命延長；

　　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)，可帶壓更換閥桿填料。

　　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)閥門的要求要比PR1高得多。PR2級(jí)閥門相對(duì)PR1級(jí)閥門的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)大體相同，區(qū)別如下：

　　(1)所有密封面的光潔度提高一個(gè)等級(jí)；

　　(2)所有密封面的探傷全部提高到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、閥座表面全部采用硬質(zhì)合金噴涂硬化表面(PR1有氮化、堆焊、噴焊和噴涂等)；

　　(5)推力軸承全部采用承載力強(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)中心江漢機(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)填料泄漏導(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)低溫失敗的具體情況為：當(dāng)溫度在-30°C時(shí)閥門運(yùn)行正常，但隨著溫度的降低，泄漏量開始增大；經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn)閥桿填料無損壞，但閥座密封圈全部損壞，閘板和閥座密封面有輕微劃傷，其它零部件全部正常；但通過試壓曲線及記錄發(fā)現(xiàn)閥門扭矩偏大，特別是低溫時(shí)，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(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。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(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：

　　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，結(jié)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)和整改是有效的。

圖2 井口裝置和采油樹性能鑒定記錄表

圖3 閘閥低溫循環(huán)試驗(yàn)實(shí)時(shí)壓力圖

　　3.2、試驗(yàn)成敗的原因分析

　　通過以上三次的PR2性能鑒定試驗(yàn)，基本找到試驗(yàn)失敗的原因，具體問題及分析如下：

　　(1)閥桿密封件低溫泄漏，是因?yàn)檫x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變化和密封壓力的雙重作用；

　　(3)閘板、閥座的輕微劃傷，說明閘板、閥座的表面處理硬座選擇不合理，在常溫、高溫和低溫多次循環(huán)后，造成表面輕微劃傷；

　　(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(gè)閥門的試驗(yàn)，系統(tǒng)了解了閥門PR2性能鑒定試驗(yàn)的詳細(xì)過程和要求，也從試驗(yàn)的成敗中收獲了許多，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(jí)別，密封達(dá)到零泄漏；閥門的各零部件的質(zhì)量必須嚴(yán)格控制，特別注意密封件和傳動(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，控制好相關(guān)配合尺寸，避免發(fā)生干涉和浮動(dòng)件卡死現(xiàn)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符合要求。

　　(2)非金屬密封件的選擇非常重要，現(xiàn)國內(nèi)幾乎還沒有能夠滿足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(shí)，應(yīng)盡量選擇有良好使用口碑的廠家，材料需滿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，還沒有相關(guān)非金屬密封件的熱化學(xué)性能的檢測能力，希望各檢測機(jī)構(gòu)和研究所完善試驗(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)品滿足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產(chǎn)化。