張彥東 向桂林 王 謙 劉 喜

（河北華油一機圖博涂層有限公司 河北青縣）

一、概述

高溫高壓實驗釜是評價石油管材防腐涂層耐高溫高壓性能的關(guān)鍵設(shè)備，其運行效率和可靠性直接關(guān)系到實驗結(jié)果的有效性。整套高溫高壓性能實驗釜由反應(yīng)釜、加熱系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、加壓系統(tǒng)、壓力測量系統(tǒng)、高壓閥門及管路組成（圖1）。設(shè)備工作原理：將待檢驗的涂層試樣放入高溫高壓實驗釜中，隨后將釜蓋密封好，通過加壓泵和加熱系統(tǒng)對高溫高壓釜進(jìn)行加溫加壓，釜內(nèi)溫度和壓力達(dá)到規(guī)定條件后，保溫保壓一段時間，直到實驗結(jié)束。最后取出試樣，檢驗涂層各項性能變化情況。根據(jù)石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《SY/T 0544-2010石油鉆桿內(nèi)涂層技術(shù)條件》規(guī)定，防腐試樣需要在在148℃、70 MPa的高溫高壓高腐蝕環(huán)境下保溫保壓24 h。隨著油氣勘探向縱深發(fā)展，對高溫高壓性能提出了更高的要求。客戶要求對產(chǎn)品在300℃、100 MPa工況下的耐高溫高壓性能進(jìn)行評價。

二、存在問題

為滿足客戶需要，首先對現(xiàn)有高溫高壓釜的承壓能力進(jìn)行了認(rèn)真核算，確定了高壓釜本體最高能夠承受120 MPa的內(nèi)部壓力。在隨后的實際驗證中，發(fā)現(xiàn)高溫高壓實驗釜存在以下問題。

圖1 曲柄搖桿機構(gòu)搖桿極限位置計算簡圖

（1）釜內(nèi)溫度散失快。原高壓釜采用底部電阻絲加熱，加熱功率由溫控箱自帶溫度控制檢測系統(tǒng)通過PID運算調(diào)節(jié)。進(jìn)行300℃溫度驗證時，由于高壓釜自身加熱功率、散熱速度等固有特性等原因，致使釜內(nèi)溫度散失過快，釜內(nèi)實際溫度無法達(dá)到設(shè)定溫度。

（2）釜內(nèi)壓力泄漏。高溫高壓實驗釜由釜體、釜蓋、密封墊和固定螺栓4部分組成（圖2）。實驗過程中，在釜內(nèi)高溫高壓的雙重作用下，釜蓋和密封墊極易發(fā)生微小變形，致使高壓介質(zhì)從釜蓋、釜體和密封墊之間的微小縫隙泄漏。泄漏程度隨著溫度、壓力的升高而變得愈加嚴(yán)重，嚴(yán)重影響實驗結(jié)果的有效性。

三、改進(jìn)措施

1.加熱系統(tǒng)改造

在保留反應(yīng)釜底部電加熱盤的同時，在反應(yīng)釜側(cè)壁安裝電爐絲加熱桶，達(dá)到增加反應(yīng)釜加熱功率的目的。加熱桶為對開式結(jié)構(gòu)，電爐絲穿于碳化硅爐芯中，電爐絲端頭由爐殼側(cè)下部穿出，通過接線螺柱、橡套電纜與溫控箱連接。此外，在加熱系統(tǒng)的外部安裝厚度為100 mm的定型巖棉，以達(dá)到降低反應(yīng)釜的散熱速度，減少熱損失的目的。

圖2 釜體密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)示意圖

2.釜體密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)

采用徑向脹緊密封代替原來的法蘭平面密封，新密封結(jié)構(gòu)由壓緊螺栓、壓緊蓋、密封圈、脹緊芯棒、釜體和脹緊螺母等六部分組成，通過壓緊螺母將套在一起的壓緊蓋、密封圈和脹緊芯棒緊固裝配。密封圈使用耐高溫聚四氟乙烯材料加工而成，密封圈與脹緊芯棒接觸面為錐面。當(dāng)釜內(nèi)壓力升高時，脹緊芯棒在釜內(nèi)壓力作用下向上移動，并將密封圈脹大，最終使密封圈與釜體壓緊。釜內(nèi)溫度和壓力越高，脹緊芯棒對密封圈的擴張力也就越大，釜體密封性能也相應(yīng)增強。

四、改進(jìn)效果

解決了高溫高壓實驗釜溫度散失快、釜體密封泄漏問題，改造后的高溫高壓實驗釜工作性能得到顯著提高，最高實驗溫度從150℃提高到300℃，最高實驗壓力從70 MPa提高到100 MPa，設(shè)備完成改造并投入使用后，工作性能穩(wěn)定、溫度損失和壓力泄漏量極小，目前仍在繼續(xù)使用。