FPSO單點滑環(huán)密封失效原因分析及應對措施

唐 坤

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

0 引言

渤海某油田FPSO（Floating Production Storage and Offloading，浮式生產儲油卸油裝置）單點液滑環(huán)承擔著FPSO與平臺之間原油介質的傳輸，2017年3月，F(xiàn)PSO生產方例行檢查時發(fā)現(xiàn)滑環(huán)測漏系統(tǒng)的重油罐中有大量原油，說明滑環(huán)底部第一道主密封已失效，滑環(huán)密封功能靠第二道輔密封作用，若滑環(huán)長時間運行而不采取任何措施，第二道輔密封有可能隨時失效，造成原油泄漏、海洋環(huán)境污染的嚴重后果，此種情況已不滿足油田正常生產需要，存在一定的安全隱患[1]。

因導致滑環(huán)密封失效因素復雜多樣，若要準確分析密封失效的原因，需對密封樣品、介質油樣、滑環(huán)結構、操作環(huán)境等多方面因素分析。以某油田FPSO單點液滑環(huán)泄漏為背景，從滑環(huán)密封原理、結構等方面分析可能導致滑環(huán)密封失效的原因。

1 單點滑環(huán)密封系統(tǒng)

1.1 滑環(huán)密封結構

某油田FPSO單點滑環(huán)的密封系統(tǒng)由頂部和底部密封組成，分別由主輔2道密封構成整個滑環(huán)的密封系統(tǒng)[2]，如圖1所示。主輔2道密封的優(yōu)點在于，若滑環(huán)第一道主密封失效，則第二道輔密封起到介質密封的作用，該滑環(huán)泄漏，正是在滑環(huán)測漏系統(tǒng)檢測閥門V14-3開啟后，發(fā)現(xiàn)有少量原油溢出，證明底部第一道主密封已失效，第二道輔密封起介質密封作用，維持滑環(huán)正常運行功能。

滑環(huán)主輔密封圈均采用彈簧蓄能密封圈，密封圈由承壓環(huán)、金屬蓄能彈簧、密封夾套及背圈組成[3-4]，見圖2。第一道主密封圈與第二道輔密封圈唯一的區(qū)別是第一道主密封圈多一個承壓環(huán)?；h(huán)密封部件功能見表1。

圖1 滑環(huán)密封系統(tǒng)

圖2 彈簧蓄能密封圈

1.2 滑環(huán)密封原理

滑環(huán)彈簧蓄能密封組件是由聚四氟乙烯密封夾套及彈簧組合的壓力輔助密封裝置，如圖3所示，其中密封夾套及彈簧均具有優(yōu)異的耐腐蝕能力[5]。當彈簧蓄能密封組件安裝在滑環(huán)密封溝槽內，彈簧受壓，壓力分解為向兩側的張力，使密封夾套向兩側擴張，促使密封夾套唇邊緊貼滑環(huán)動靜環(huán)的密封面，形成密封。

彈簧給密封夾套提供永久彈力，有效彌補材料磨損及配合零件的偏移或偏心，由此可形成低壓范圍內的密封，同時介質壓輔助密封夾套蓄能，壓力越大，密封唇與滑環(huán)動靜環(huán)的密封面貼合的越充分，由此可形成高壓密封，通過彈簧彈力和介質壓力的作用，無論在高壓或低壓下，都可實現(xiàn)有效密封。

表1 滑環(huán)密封部件功能

圖3 滑環(huán)密封原理

2 滑環(huán)密封失效原因分析

滑環(huán)密封失效的原因可分為正常磨損失效和非正常磨損失效[6-7]，正常磨損失效是在密封使用壽命接近或達到設計壽命的磨損，在較短時間內引起密封失效的屬于非正常磨損，某油田FPSO滑環(huán)密封失效屬于非正常磨損失效，分析造成密封失效的原因。

（1）密封溝槽表面粗燥度超標?；h(huán)密封溝槽表面機加工不合格，表面粗燥度超出密封圈材料所允許的設計范圍，導致密封夾套與滑環(huán)動靜接觸面異常磨損，引起原油介質泄漏[8]。

（2）軸承磨損不均造成本體偏心?；h(huán)軸承磨損不均致使滑環(huán)本體偏心，引起滑環(huán)旋轉部分與固定部分之間的咬合間隙不均，密封唇邊無法緊貼滑環(huán)動靜接觸面，引發(fā)原油介質泄漏。

（3）異物磨損?；h(huán)腔體內的原油中含有金屬殘渣，沙?；蚱渌腆w顆粒，這些固體顆粒在介質流體的作用下，不斷反復刮磨滑環(huán)動靜環(huán)的密封面唇口或嵌入到密封圈內，造成滑環(huán)密封刮傷或加速其劇烈磨損而失效。

需要特別指出的是，流體介質中的含沙量對滑環(huán)密封失效的影響非常大，在細小沙粒顆粒不斷的沖擊和刮磨下，會加速密封唇口磨損，此種情況很容易造成密封失效。

（4）腐蝕磨損?；h(huán)腔體內的原油介質本不應含有腐蝕性物質，由于采油方式的變化或其他原因致使油品發(fā)生變化，導致油品中含有腐蝕性的物質，如硫化氫等酸性物質[9]，在這些酸性物質的作用下，密封組件的蓄能彈簧受到腐蝕，無法持續(xù)提供彈力撐開密封夾套，引發(fā)密封失效，造成原油介質泄漏。

（5）背壓沖擊。泄漏滑環(huán)第一道主密封圈雖有承壓環(huán)用以防止背壓，但密封圈背部的壓力因注入重油或其他原因導致其瞬時有可能大于系統(tǒng)介質的壓力，引起密封圈向上跳動或擠出，造成滑環(huán)動靜接觸面的唇口出現(xiàn)間隙，引發(fā)原油介質泄漏[10]。

3 應對措施

（1）油品過濾。對進入滑環(huán)腔體的原油介質進行過濾，清潔油品，除去原油中的固體顆粒雜質，如有必要，可對滑環(huán)進出口原油的樣品進行檢驗，分析油品中固體顆粒雜質的來源。

（2）增加監(jiān)控設備，加大滑環(huán)的巡檢密度。增加監(jiān)控設備，對滑環(huán)的泄漏情況進行實時監(jiān)控和檢查，記錄每天滑環(huán)泄漏的原油量，以確定泄漏是否有擴大趨勢，在海況較為惡劣時，增加滑環(huán)的巡檢密度。

（3）更換滑環(huán)密封。在滑環(huán)泄漏有擴大趨勢或無法有效控制的情況下，應盡早對滑環(huán)的主密封圈實施更換，防止出現(xiàn)大規(guī)模原油泄漏，造成環(huán)境污染。

4 結語

引起FPSO單點滑環(huán)密封失效的原因多種多樣，針對某油田FPSO單點滑環(huán)密封失效問題，沒有論述操作溫度及壓力對密封失效的影響，因為正常的操作溫度及壓力對滑環(huán)密封失效的影響很小，在精確分析滑環(huán)密封失效原因時，可以考慮其他因素的影響。