非金屬密封件材料浸漬試驗技術(shù)研究

齊效文，范海濤，許洋(美鉆能源科技(上海)有限公司，上海 200941)

0 引言

非金屬密封件在水下油氣生產(chǎn)系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，因水下生產(chǎn)系統(tǒng)安裝程序復(fù)雜、安裝費(fèi)用昂貴，故對于設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性要求極高。油氣介質(zhì)中通常會含有硫化氫、二氧化碳等腐蝕性氣體，因此與油氣介質(zhì)接觸的非金屬密封件的性能尤其重要[1]，ISO 10423在《石油和天然氣工業(yè)-鉆井和采油設(shè)備-井口裝置和采油樹設(shè)備》中明確要求，相關(guān)非金屬密封件需根據(jù)使用工況進(jìn)行不同濃度腐蝕性氣體浸漬試驗[2]。

1 非金屬密封件浸漬試驗方法

1.1 試驗術(shù)語及定義

1.1.1 試驗介質(zhì)

暴露介質(zhì)：柴油 60%，水5%，混合氣體35%，其中混合氣體的比例為：H2S 10%，CO280%，CH410%。增壓介質(zhì)：氮?dú)?/p>

1.1.2 試驗溫度

溫度測量部位：溫度可以被測量，測量裝置應(yīng)在一個13 mm(0.5 in)的通孔內(nèi)與被試驗設(shè)備接觸，且距由其他設(shè)備上封存液潤濕表面13 mm(0.5 in)以內(nèi)。

最高試驗溫度的加熱：在最高試驗溫度的加熱過程中，應(yīng)使整個容器內(nèi)部或相應(yīng)潤濕表面達(dá)到或者超過最高溫度(≥121 ℃)，或者試件內(nèi)部的加熱液體溫度要達(dá)到或者大于最高溫度。

溫度數(shù)據(jù)的記錄：所有溫度的試驗數(shù)據(jù)連同施加的壓力和同步時間記錄在圖表記錄器，確保圖表記錄器在整個的試驗中連續(xù)地記錄壓力和溫度。

1.1.3 保壓周期

保壓周期的開始：保壓期應(yīng)在壓力和溫度已呈穩(wěn)定，試驗設(shè)備和所帶的壓力監(jiān)測裝置已與壓力源隔離以后開始。

8.2 農(nóng)業(yè)防治 結(jié)合冬季修剪，清理殘枝落葉和病蟲枝，減少越冬蟲源菌源；越冬前全園行間機(jī)械深耕，滅殺越冬蟲和菌源。

壓力的穩(wěn)定：當(dāng)每小時試驗壓力的變化不大于5%或者150 PSi時(取其較小者)，應(yīng)認(rèn)為壓力穩(wěn)定。在整個保壓期間，壓力變化應(yīng)保持試驗壓力的5%或者150 PSi之內(nèi)(取其較小者)。任何保壓試驗前的穩(wěn)定周期至少1 h。

溫度的穩(wěn)定：當(dāng)溫度變化小于0.5 ℃(1 °F )/min時，應(yīng)認(rèn)為溫度穩(wěn)定。在整個穩(wěn)定期間，溫度要保持或者超過最大值，但不應(yīng)超過最大值11 ℃(20 °F)以上。

1.2 安全防護(hù)工作

硫化氫(H2S)是一種無色、可燃?xì)怏w，其毒性和氰化物相當(dāng)。它是涉及有毒氣體的工業(yè)事故最普遍的原因之一。硫化氫對人體有劇毒，低濃度下主要是對眼睛和呼吸道黏膜的刺激作用，可引起化學(xué)性炎癥和肺水腫。高濃度下表現(xiàn)對中樞神經(jīng)系統(tǒng)和全身的毒性作用。極高濃度的硫化氫可直接刺激頸動脈感受器，反射性地抑制呼吸中樞，導(dǎo)致突然呼吸停止。因此試驗過程中涉及硫化氫的作業(yè)必須做好安全防護(hù)工作。首先需擁有一個獨(dú)立的酸性氣體試驗室里，試驗室內(nèi)具有相應(yīng)的氣體傳感設(shè)備和用于吸附工作環(huán)境中的H2S的氣體洗滌設(shè)備(活性碳吸附設(shè)備)。試驗室包括一個控制室，包括獨(dú)立于兩個酸性氣體試驗室的溫度和壓力調(diào)節(jié)設(shè)備，從而為監(jiān)視試驗提供一個無H2S環(huán)境。試驗試驗室擁有定制的連續(xù)運(yùn)行的通風(fēng)設(shè)備，經(jīng)由洗滌器底座每小時數(shù)次凈化試驗室空氣。用于酸性氣體試驗的浸漬試驗容器為410材料，所有壓力變送器及多數(shù)管道系統(tǒng)及連接件均為耐腐蝕合金結(jié)構(gòu)。試驗室內(nèi)電力電纜為蛇皮管包裝而電力連接件(及照明設(shè)備)擁有防爆外殼。由訓(xùn)練有素的授權(quán)工作人員承擔(dān)試驗，包括酸性氣體的使用。如果發(fā)生需要介入的事故，此類人員在使用自備通氣設(shè)備方面均訓(xùn)練有素。

1.3 試驗設(shè)備

1.3.1 高溫試驗設(shè)備

設(shè)備功能：實現(xiàn)試驗過程中溫度的自動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)試驗溫度范圍室溫至最大試驗溫度，溫度波動不大于每分鐘0.5 ℃(1 °F)。通過專用通道，溫度值反饋給控制中心，并執(zhí)行來自控制中心的工作指令。

1.3.2 室溫氣壓試驗設(shè)備

設(shè)備功能：室溫下氣壓試驗用水箱，用于室溫下氣壓試驗中，將試驗裝置完全浸泡在水中，監(jiān)測壓力穩(wěn)定情況及保壓期間有無氣泡產(chǎn)生。

1.4 非金屬密封件浸漬試驗

1.4.1 室溫本體氣壓試驗

試驗溫度：室溫。

試驗裝置圖如圖3所示。

試驗步驟：(1)按試驗裝置圖連接設(shè)備；(2)把整個裝置放入池水中，或者使用肥皂水涂在所有可能泄漏的地方；(3)在試驗容器A側(cè)打氣壓至額定工作壓力1 000 PSi；(4)確保壓力穩(wěn)定后，保壓15 min；(5)泄壓至0；(6)在試驗容器B側(cè)打氣壓至額定工作壓力1 000 PSi；(7)確保壓力穩(wěn)定后，保壓15 min；(8)泄壓至0。

驗收標(biāo)準(zhǔn)：(1)在氣壓試驗中，在保壓期間水池內(nèi)無可見的氣泡，或者在泄漏點(diǎn)處無肥皂氣泡產(chǎn)生；(2)保壓期間壓力穩(wěn)定，每小時變化率應(yīng)保持在50 PSi以內(nèi)。

1.4.2 浸漬試驗

試驗介質(zhì)：氮?dú)猓旌蠚怏w：H2S 10%，CO280%，CH410%。

試驗溫度：121 ℃

試驗步驟：

(1)對浸漬容器內(nèi)注入容器凈容積的60%的柴油，再注入容器凈容積的5%的蒸餾水；(2)把樣件放入浸漬容器中；(3)按試驗裝置圖連接設(shè)備，對浸漬容器蓋上試驗操作箱，打開通風(fēng)設(shè)備，使浸漬容器周圍都處于負(fù)壓狀態(tài)；(4)打開A側(cè)的截止閥，在A側(cè)用混合氣體為浸漬容器增壓至300±30 PSi，然后關(guān)閉截止閥，把增壓管線中的混合氣體釋放，然后拆除混合氣體增壓管線；(5)加熱浸漬容器，升溫至121 ℃；(6)打開B側(cè)截止閥，在B側(cè)通過氮?dú)鈿鈮罕脼榻n容器增壓至1000±100 PSi，在增壓過程中，試驗溫度不能低于121 ℃或高于132 ℃；(7)關(guān)閉B側(cè)截止閥，氮?dú)庠鰤合到y(tǒng)泄壓；(8)保壓160 h，保壓期間試驗壓力為1 000±100 PSi，當(dāng)壓力低于1 000 PSi時，可打開B側(cè)截止閥，補(bǔ)壓至1 000 PSi，然后再關(guān)閉截止閥，氮?dú)庠鰤合到y(tǒng)泄壓。保壓過程中試驗溫度不能低于121 ℃或高于132 ℃；(9)停止加熱，冷卻浸漬容器至室溫；(10)緩慢打開C側(cè)的截止閥，按約300 PSi/min的速度泄壓，直至壓力為0；(11)打開B側(cè)截止閥，用氮?dú)獯祾呓n容器3 min；(12)移開試驗操作箱，拆除浸漬容器端蓋，把樣件取出，為樣品拍照，并添加標(biāo)簽及標(biāo)識，然后把樣件放入盛有柴油容器中，等待做樣件的后續(xù)物理和機(jī)械性能測試。

圖1 浸漬容器

圖2 樣件浸漬

圖3 試驗裝置

驗收標(biāo)準(zhǔn)：

(1)在整個額定壓力保壓期間，試驗壓力在1 000±100 PSi范圍內(nèi)。(2)在高溫試驗過程中，最高試驗溫度不能低于121 ℃或高于132 ℃。

2 結(jié)語

(1)非金屬密封件浸漬試驗為特定工況使用的非金屬密封件材料性能提供了驗證方法，能夠確保密封件在設(shè)備使用壽命時間內(nèi)的穩(wěn)定性。

(2)試驗中的混合氣體選用了標(biāo)準(zhǔn)中最高要求的體積分?jǐn)?shù)，充分的驗證了材料的性能，能夠更好地選取到合適的密封材料。