邵玲玲,盛建鐘（浙江三方控制閥股份有限公司,浙江　富陽(yáng)　311400）

針對(duì)水下閥門設(shè)計(jì)中對(duì)材料要求及選擇探究

邵玲玲,盛建鐘
（浙江三方控制閥股份有限公司,浙江富陽(yáng)311400）

深海開(kāi)采石油和天然氣資源是我國(guó)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，水下閥門是水下采油樹(shù)和水下管匯設(shè)備的關(guān)鍵部件，材料選擇是水下閥門設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面。根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，總結(jié)水下閥門材料的選擇時(shí)需要考慮的因素，為水下閥門的材料選擇提出有效的建議。

水下閥門；因素；材料要求；選擇

1　引言

海洋水下設(shè)備在我國(guó)的研究和應(yīng)用剛起步，目前國(guó)內(nèi)海洋水下石油和天然氣設(shè)備主要從外國(guó)進(jìn)口。本文對(duì)水下管匯閥門選擇和材料技術(shù)進(jìn)行研究，總結(jié)了設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)水下管匯閥門的選擇要點(diǎn)以及水下閥門材料的技術(shù)，希望能給水下管匯設(shè)計(jì)、設(shè)備選擇和水下生產(chǎn)設(shè)施提供技一些幫助。

2　選擇水下閥門材料需要考慮的因素

目前，水下閥門材料的選擇主要基于以下標(biāo)準(zhǔn)：

（1）API17D水下生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與操作第4部分：水下井口裝置和采油樹(shù)設(shè)備；

（2）API6A井口裝置和采油樹(shù)設(shè)備；

（3）M－001材料選擇(NORSOK規(guī)范)；

（4）NACEMR0175石油和天然氣工業(yè),石油和天然氣的生產(chǎn)中含有硫化氫的環(huán)境使用的材料。

（1）不同的金屬材料接觸產(chǎn)生的電流；

（2）非金屬材料的應(yīng)用溫度和化學(xué)阻力；

（3）陰極保護(hù)的材料;

（4）表面涂層;

（5）材料跟注入介質(zhì)的兼容性；

（6）材料可用性和成本；

（7）有相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件應(yīng)考慮材料的耐磨性等因素。

一旁的密林中，傳出一陣穿林過(guò)葉的雜亂響動(dòng)，他循聲望去，見(jiàn)幾條棕黃色的影子快速消失在了林子的深處。那是埋伏著的土狼，見(jiàn)到首領(lǐng)喪命，全都逃散了。

3　水下管匯閥門材料要求

水下管匯閥門材料的選擇要符合API6A和API6DSS這兩種標(biāo)準(zhǔn)的要求:選材應(yīng)當(dāng)綜合考慮下列幾種因素：抗拉強(qiáng)度、硬度、屈服強(qiáng)度、耐蝕性和其他機(jī)械材料性能等等，使用應(yīng)滿足水環(huán)境的介質(zhì)條件,壓力、溫度、和可靠性要求。

閥門組件的制造以及其材料的選擇都應(yīng)當(dāng)依照ASTM要求，不允許在未得到批準(zhǔn)的情況補(bǔ)焊、鍛造部件，一般情況下不可以使用性質(zhì)、功能差不多的材料代替。水下管匯閥門材料等級(jí)不應(yīng)小于6APIEE，而受壓部件的材料在二氧化碳環(huán)境中應(yīng)該是不允許出現(xiàn)腐蝕破壞的現(xiàn)象。

3.1碳鋼

水下管匯閥門可以選擇碳鋼鍛件作為材料，其最低等級(jí)有ASTMA694GradeF60、ASTMA694GradeF65或ASTMA350LF2這三種情況。碳鋼鑄件材料等級(jí)最低有以下兩種：ASTMA352GradeLCC和MDSC12。鍛件一般情況下最大的碳含量為0.20%，最大的碳當(dāng)量(CEV)通常為0.42%，CEV=C+Mn/6+(CR+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15%。碳鋼和低合金鋼部件的硬度通常最大不超過(guò)250HV10。

3.222% Cr 雙相不銹鋼

水下管匯閥門如果用22%Cr雙相不銹鋼作為材料，其最低等級(jí)為ASTMA182GradeF51。該材料的鍛件或鑄件出爐后應(yīng)進(jìn)行先退火，然后迅速水淬?？裹c(diǎn)蝕當(dāng)量(PREN)不應(yīng)低于35，應(yīng)該在最大限度的設(shè)計(jì)溫度下進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。金屬的硬度最大不能超過(guò)286HV10，若超過(guò)則判定為不合格，并且應(yīng)當(dāng)依照ASTMA370標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行夏比沖擊檢測(cè)。根據(jù)ASTME562來(lái)測(cè)定鐵素體含量，而且必須在35%～55%的范圍內(nèi)。

3.325% Cr 雙相不銹鋼

水下管匯閥門若用25%Cr雙相不銹鋼作為材料，其最低等級(jí)為ASTMA182GradeF55，鍛件也應(yīng)該進(jìn)行快速固溶、退火和水淬，這幾點(diǎn)必須得到保障，從而提高閥門的質(zhì)量?？裹c(diǎn)蝕當(dāng)量數(shù)(PREN)要求也較嚴(yán)格，不能小于40。最低抗拉強(qiáng)度應(yīng)基于25%Cr雙相不銹鋼進(jìn)行調(diào)整，并且必須在高溫下。本體金屬的硬度最大不能超過(guò)330HV10，最后再根據(jù)ASTMA370標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行夏比沖擊試驗(yàn)。鐵素體的含量應(yīng)當(dāng)根據(jù)ASTME562來(lái)測(cè)定,而且其數(shù)值必須在35%～55%的范圍內(nèi)。焊縫金屬和熱影響區(qū)鐵素體含量范圍應(yīng)該在35%～35%之間,最后也要根據(jù)ASTMG48標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)。

3.4鎳基合金

鎳基合金在一般情況下主要是用于制造符合API6A和API17D規(guī)范的HH井口裝置的部件，而由于其性能也可用于制造閥門。用鎳基合金制造的水下閥門，其最低等級(jí)為STMB637，鍛件應(yīng)在退火或固溶后才可以進(jìn)行沉淀硬化處理。

3.5非金屬密封材料

對(duì)于全部非金屬密封材料，如閥門中使用的聚合物和密封閥座(即暴露于工藝介質(zhì)的材料)，應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)NORSOKM-630中材料屬性、材料證書(shū)、老化狀況等等測(cè)試要求?？赡芙佑|到彈性密封的地方應(yīng)該用碳?xì)浠衔镒鳛闇p壓防爆材料，并應(yīng)該在最低設(shè)計(jì)溫度的環(huán)境下能適用，且外包裝應(yīng)該使用環(huán)保材料。

4　結(jié)語(yǔ)

（1）查閱了相關(guān)規(guī)范并了解了實(shí)際情況，影響閥門設(shè)計(jì)的因素較多，主要是水下閥門所處環(huán)境惡劣、腐蝕性較強(qiáng)所導(dǎo)致的，因此必須充分考慮閥門工作環(huán)境中是否存在H2S、CO2和Cl－等物質(zhì)，并通過(guò)選材來(lái)克服一切由環(huán)境帶來(lái)的困難。

（2）針對(duì)不同工況要求，通過(guò)對(duì)各種各樣的材料進(jìn)行屬性分析，從而選擇經(jīng)濟(jì)、適用的材料（材料的選擇方案應(yīng)符合API17D、API6A及NACEMR0175規(guī)范）。

（3）目前，我國(guó)還沒(méi)有具體文獻(xiàn)對(duì)水下閥門的選材有明確的指導(dǎo)作用，有些研究工作還停留在表面，沒(méi)從深層次對(duì)水下閥門進(jìn)行探究。本文主要結(jié)合了水下閥門的相關(guān)規(guī)范要求，對(duì)水下閥門現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)，同時(shí)對(duì)閥門的材料選擇進(jìn)行了研究討論，并結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，在水下閥門選材方面有了一定進(jìn)展。

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