隨著海洋石油天然氣工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展和人們對能源的需求，深水油氣田的開發(fā)將成為將來海洋石油行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。水下油氣生產(chǎn)系統(tǒng)受水災(zāi)天氣影響較小，靠譜性強(qiáng)，成為開采深水油氣田的關(guān)鍵設(shè)施之一。海底管線球閥是水下油氣生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備的重要組成部份。本文以某海上油井生產(chǎn)開發(fā)項(xiàng)目中兩臺海底管線閥門（以下簡稱閥門）的實(shí)際應(yīng)用為例，介紹海底管線閥門的選型設(shè)計(jì)、陸地檢測和海底操作。

2常用標(biāo)準(zhǔn)

海底管線球閥是應(yīng)適于海底管線上所有球閥的合稱，其主要集中應(yīng)用在海洋油氣安裝工程的水下管匯、海底管線終端及油氣輸送管線上。海底管線球閥以閥門、平板閥門和閥門為主。

海底管線球閥選用的標(biāo)準(zhǔn)主要有、API6A、和－1。

3操作模式

海底管線球閥的操作方法主要有油壓控制、遙控操作（ROV－e）和潛水員操作等。

3.1油壓控制

海底管線管件與油壓源、液壓控制單元和臍帶纜集成為一個系統(tǒng)，由帶油壓源的控制單元給海底管線管件供壓開啟和關(guān)掉管件。此種操作模式的特點(diǎn)是能否實(shí)現(xiàn)手動開啟和關(guān)掉管件，可以在海洋石油平臺上實(shí)時監(jiān)控海底管線球閥的狀態(tài)，在油壓控制系統(tǒng)失效時可以使用ROV操作球閥。雖然，油壓控制復(fù)雜，潛在的泄露點(diǎn)較差，投資成本較高。

3.2ROV

海底管線球閥上設(shè)置有ROV插口，分為頂裝和側(cè)裝兩種類別，通過ROV配備轉(zhuǎn)速工具操作球閥開啟和關(guān)掉。此種操作模式的特點(diǎn)是閥體結(jié)構(gòu)相對油壓控制較簡略，成本相對較低，可節(jié)約項(xiàng)目安裝工程建設(shè)階段的開銷。雖然ROV操作在海上石油平臺發(fā)生緊急狀況還要關(guān)掉海底管線管件時，不能實(shí)現(xiàn)應(yīng)急關(guān)斷，海上石油平臺不能對海底管線管件的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)檢測。

3.3潛水員操作

在水深較淺時，海底管線管件上一般配置有手輪球閥類型，潛水員可選用空氣潛水的方法對其進(jìn)行操作。之外，對于有ROV插口的海底管線蝶閥，在條件容許的狀況下，也可以由潛水員使用專用的操作工具，輔以飽和潛水的方法對海底管線球閥進(jìn)行操作。

4選型設(shè)計(jì)

4.1主要技術(shù)指標(biāo)

閥門選型設(shè)計(jì)時主要考慮設(shè)計(jì)使用壽命、設(shè)計(jì)體溫、設(shè)計(jì)壓力、球閥方式、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、閥門規(guī)格、壓力等級、閥體材質(zhì)、球體材質(zhì)、ROV插口等級、ROV插口模式、ROV插口標(biāo)準(zhǔn)和管件制造等級等。之外，還應(yīng)留意管件托架方式、ROV把手及其方式、ROV中心線到管件中心線的距離、ROV插口處的防海生物保護(hù)裝置、第三方檢測范圍和內(nèi)容、閥門及執(zhí)行機(jī)構(gòu)高壓水艙實(shí)驗(yàn)（影響成本和交貨時間）等。采購方在與供貨商進(jìn)行技術(shù)辟謠時，要明晰技術(shù)細(xì)節(jié)，以防出現(xiàn)何必要的協(xié)議變更。

4.2輪緣連結(jié)

閥門的輪緣連結(jié)方式有法蘭連結(jié)和焊接連結(jié)兩種（圖1）。

（a）法蘭連結(jié)（b）焊接連結(jié)

圖1不同輪緣連結(jié)的海底管線閥門

閥門選用焊接連結(jié)時，可以提高法蘭連結(jié)時球閥潛在的泄露源，增加了管線系統(tǒng)的牢靠性。管件除更換和修理不便此外，在操作、自重和售價等方面影響均不大。水下油氣生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)首先要考慮管件使用的牢靠性，兼具可修理性。綜合考慮，閥門宜選用鉚接方式。

4.3密封方式

閥門在深水條件下不僅承受介質(zhì)內(nèi)壓外，還承受著靜水壓力，為了避免介質(zhì)外漏或海水踏入閥門，閥門與環(huán)境之間通常設(shè)置兩道密封，其中金屬密封作為主密封。噴嘴處的密封面有單活塞效應(yīng)（SPE－）和雙活塞效應(yīng)（DPE－）兩種方式。SPE的原理是閥腔和上游密封面有一個密封面積差。當(dāng)閥腔壓力減小到一定值時，閥腔與上游的壓差小于彈簧的初始壓力，因而將汽缸推離立方體，實(shí)現(xiàn)閥腔壓力向下游泄放。DPE的原理是噴嘴下游和上游之間存在密封面積差。當(dāng)閥腔內(nèi)壓力下降時，在壓差和彈簧初始密封壓力的作用下，聯(lián)軸器推向立方體，實(shí)現(xiàn)管件單向密封。閥門通常要求選用SPE+DPE的密封方式，一般將管件上游密封面選為SPE，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)閥腔超壓時自動向上游泄放的功能。

4.4袖管

袖管是鉚接在閥體兩端的短節(jié)，拿來與海底管線終端或水下管匯上的管道進(jìn)行點(diǎn)焊。為了避免袖管沖壓時對管件本體的密封導(dǎo)致外傷，通常要求管件在出廠前完成袖管的沖壓工作。同時為了方便后續(xù)與管道進(jìn)行弧焊，要求袖管選用與管道相似的材質(zhì)。袖管的寬度須保證其與管線沖壓時形成的糖分不對球閥的密封功耗導(dǎo)致影響。袖管可以由管件采購方提供材質(zhì)編號和要求，由管件制造廠訂購，也可以由管件采購方提供給管件制造廠。袖管與管件沖壓完成后，還要對點(diǎn)焊進(jìn)行水壓實(shí)驗(yàn)，使得還要第三方現(xiàn)場見證。

5陸地功能檢測

閥門在出廠前務(wù)必完成包括外型測試、壓力檢測、操作功能檢測等的車間初驗(yàn)實(shí)驗(yàn)（FAT－t）。FAT時一般還要采購方代表和第三方代表現(xiàn)場見證，發(fā)貨前還要管件制造廠提供第三方簽字的FAT報告。

閥門還要與管道進(jìn)行弧焊，整個海底生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)物建造完畢后，還要進(jìn)行水壓和電連續(xù)性等實(shí)驗(yàn)。在海底管線閥門下水安裝前，還應(yīng)當(dāng)對其功能進(jìn)行檢測。主要是檢測其打開和關(guān)掉操作的功耗，包括旋轉(zhuǎn)方向、扭矩大小和旋轉(zhuǎn)圈數(shù)等。

6閥門的海底操作

閥門A與海洋平臺A的管道聯(lián)接，閥門B與海洋平臺B的管道聯(lián)接，貨運(yùn)經(jīng)海底管線三通匯合后一起輸送至FPSO進(jìn)行處理（圖2）。

圖2海底管線基盤布置

下水前兩臺閥門都處于開啟狀態(tài)，海底管線基盤安裝完畢后，因?yàn)檎麄€海管系統(tǒng)還要進(jìn)行通球和水壓實(shí)驗(yàn)，所以兩臺球閥保持開啟狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)完畢后球閥類型，A平臺先行投入生產(chǎn)，所以A閥依然處于開啟狀態(tài)。此刻B平臺未開工，還要先將B閥關(guān)掉。等B平臺開工時，再將B閥打開。因而還要對B閥進(jìn)行關(guān)掉和開啟操作。

海底管線基盤由潛水員選用飽和潛水的形式安裝，海管系統(tǒng)試壓完畢后，由潛水員選用特殊工具（圖3）將海底管線管件B關(guān)掉。

圖3潛水員使用的海底管線閥門操作工具

B平臺開工時，還要將處于關(guān)掉狀態(tài)的閥門B開啟。此刻，因?yàn)轱柡蜐撍С执缫褟?fù)原，故選用ROV配備轉(zhuǎn)速工具來開啟，ROV應(yīng)為工作型，操作工具與陸地檢測時使用的相似。閥門關(guān)掉時，ROV插口處表針對準(zhǔn)字母S。閥門開啟時，ROV插口處表針對準(zhǔn)字母O（圖4）。

（a）球閥處于關(guān)掉狀態(tài)（b）球閥處于開啟狀態(tài)

圖4海底管線閥門關(guān)掉和開啟狀態(tài)

7結(jié)語

淺海油氣開采是未來資源開發(fā)的發(fā)展趨勢，海底管線球閥是海底管線管匯等設(shè)備的關(guān)鍵部件，將得到越來越廣泛的應(yīng)用。

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