隨著海洋石油天然氣工業技術的快速發展和人們對能源的需求，深水油氣田的開發將成為將來海洋石油行業發展的重點。水下油氣生產系統受水災天氣影響較小，靠譜性強，成為開采深水油氣田的關鍵設施之一。海底管線球閥是水下油氣生產系統設備的重要組成部份。本文以某海上油井生產開發項目中兩臺海底管線閥門（以下簡稱閥門）的實際應用為例，介紹海底管線閥門的選型設計、陸地檢測和海底操作。

2常用標準

海底管線球閥是應適于海底管線上所有球閥的合稱，其主要集中應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準主要有、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，由帶油壓源的控制單元給海底管線管件供壓開啟和關掉管件。此種操作模式的特點是能否實現手動開啟和關掉管件，可以在海洋石油平臺上實時監控海底管線球閥的狀態，在油壓控制系統失效時可以使用ROV操作球閥。雖然，油壓控制復雜，潛在的泄露點較差，投資成本較高。

3.2ROV

海底管線球閥上設置有ROV插口，分為頂裝和側裝兩種類別，通過ROV配備轉速工具操作球閥開啟和關掉。此種操作模式的特點是閥體結構相對油壓控制較簡略，成本相對較低，可節約項目安裝工程建設階段的開銷。雖然ROV操作在海上石油平臺發生緊急狀況還要關掉海底管線管件時，不能實現應急關斷，海上石油平臺不能對海底管線管件的狀態實現檢測。

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行操作。

4選型設計

4.1主要技術指標

閥門選型設計時主要考慮設計使用壽命、設計體溫、設計壓力、球閥方式、設計標準、閥門規格、壓力等級、閥體材質、球體材質、ROV插口等級、ROV插口模式、ROV插口標準和管件制造等級等。之外，還應留意管件托架方式、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裝置、第三方檢測范圍和內容、閥門及執行機構高壓水艙實驗（影響成本和交貨時間）等。采購方在與供貨商進行技術辟謠時，要明晰技術細節，以防出現何必要的協議變更。

4.2輪緣連結

閥門的輪緣連結方式有法蘭連結和焊接連結兩種（圖1）。

（a）法蘭連結（b）焊接連結

圖1不同輪緣連結的海底管線閥門

閥門選用焊接連結時，可以提高法蘭連結時球閥潛在的泄露源，增加了管線系統的牢靠性。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。水下油氣生產系統的設計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內壓外，還承受著靜水壓力，為了避免介質外漏或海水踏入閥門，閥門與環境之間通常設置兩道密封，其中金屬密封作為主密封。噴嘴處的密封面有單活塞效應（SPE－）和雙活塞效應（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，實現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。當閥腔內壓力下降時，在壓差和彈簧初始密封壓力的作用下，聯軸器推向立方體，實現管件單向密封。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，進而實現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，拿來與海底管線終端或水下管匯上的管道進行點焊。為了避免袖管沖壓時對管件本體的密封導致外傷，通常要求管件在出廠前完成袖管的沖壓工作。同時為了方便后續與管道進行弧焊，要求袖管選用與管道相似的材質。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致影響。袖管可以由管件采購方提供材質編號和要求，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，還要對點焊進行水壓實驗，使得還要第三方現場見證。

5陸地功能檢測

閥門在出廠前務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實驗（FAT－t）。FAT時一般還要采購方代表和第三方代表現場見證，發貨前還要管件制造廠提供第三方簽字的FAT報告。

閥門還要與管道進行弧焊，整個海底生產系統結構物建造完畢后，還要進行水壓和電連續性等實驗。在海底管線閥門下水安裝前，還應當對其功能進行檢測。主要是檢測其打開和關掉操作的功耗，包括旋轉方向、扭矩大小和旋轉圈數等。

6閥門的海底操作

閥門A與海洋平臺A的管道聯接，閥門B與海洋平臺B的管道聯接，貨運經海底管線三通匯合后一起輸送至FPSO進行處理（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，海底管線基盤安裝完畢后，因為整個海管系統還要進行通球和水壓實驗，所以兩臺球閥保持開啟狀態。實驗完畢后球閥類型，A平臺先行投入生產，所以A閥依然處于開啟狀態。此刻B平臺未開工，還要先將B閥關掉。等B平臺開工時，再將B閥打開。因而還要對B閥進行關掉和開啟操作。

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，還要將處于關掉狀態的閥門B開啟。此刻，因為飽和潛水支持船早已復原，故選用ROV配備轉速工具來開啟，ROV應為工作型，操作工具與陸地檢測時使用的相似。閥門關掉時，ROV插口處表針對準字母S。閥門開啟時，ROV插口處表針對準字母O（圖4）。

（a）球閥處于關掉狀態（b）球閥處于開啟狀態

圖4海底管線閥門關掉和開啟狀態

7結語

淺海油氣開采是未來資源開發的發展趨勢，海底管線球閥是海底管線管匯等設備的關鍵部件，將得到越來越廣泛的應用。

TAG:閥門,管道,操作,密封,液壓