隨著(zhù)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(kāi)發(fā)將成為將來(lái)海洋石油行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。水下油氣生產(chǎn)系統受水災天氣影響較小，靠譜性強，成為開(kāi)采深水油氣田的關(guān)鍵設施之一。海底管線(xiàn)球閥是水下油氣生產(chǎn)系統設備的重要組成部份。本文以某海上油井生產(chǎn)開(kāi)發(fā)項目中兩臺海底管線(xiàn)閥門(mén)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)閥門(mén)）的實(shí)際應用為例，介紹海底管線(xiàn)閥門(mén)的選型設計、陸地檢測和海底操作。

2常用標準

海底管線(xiàn)球閥是應適于海底管線(xiàn)上所有球閥的合稱(chēng)，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(xiàn)終端及油氣輸送管線(xiàn)上。海底管線(xiàn)球閥以閥門(mén)、平板閥門(mén)和閥門(mén)為主。

海底管線(xiàn)球閥選用的標準主要有、API6A、和－1。

3操作模式

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

3.2ROV

海底管線(xiàn)球閥上設置有ROV插口，分為頂裝和側裝兩種類(lèi)別，通過(guò)ROV配備轉速工具操作球閥開(kāi)啟和關(guān)掉。此種操作模式的特點(diǎn)是閥體結構相對油壓控制較簡(jiǎn)略，成本相對較低，可節約項目安裝工程建設階段的開(kāi)銷(xiāo)。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(xiàn)管件時(shí)，不能實(shí)現應急關(guān)斷，海上石油平臺不能對海底管線(xiàn)管件的狀態(tài)實(shí)現檢測。

3.3潛水員操作

在水深較淺時(shí)，海底管線(xiàn)管件上一般配置有手輪球閥類(lèi)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(xiàn)蝶閥，在條件容許的狀況下，也可以由潛水員使用專(zhuān)用的操作工具，輔以飽和潛水的方法對海底管線(xiàn)球閥進(jìn)行操作。

4選型設計

4.1主要技術(shù)指標

閥門(mén)選型設計時(shí)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(mén)規格、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(xiàn)到管件中心線(xiàn)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(mén)及執行機構高壓水艙實(shí)驗（影響成本和交貨時(shí)間）等。采購方在與供貨商進(jìn)行技術(shù)辟謠時(shí)，要明晰技術(shù)細節，以防出現何必要的協(xié)議變更。

4.2輪緣連結

閥門(mén)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(xiàn)閥門(mén)

閥門(mén)選用焊接連結時(shí)，可以提高法蘭連結時(shí)球閥潛在的泄露源，增加了管線(xiàn)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(jià)等方面影響均不大。水下油氣生產(chǎn)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(mén)宜選用鉚接方式。

4.3密封方式

閥門(mén)在深水條件下不僅承受介質(zhì)內壓外，還承受著(zhù)靜水壓力，為了避免介質(zhì)外漏或海水踏入閥門(mén)，閥門(mén)與環(huán)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(gè)密封面積差。當閥腔壓力減小到一定值時(shí)，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(shí)，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)現管件單向密封。閥門(mén)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)現閥腔超壓時(shí)自動(dòng)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(lái)與海底管線(xiàn)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(shí)對管件本體的密封導致外傷，通常要求管件在出廠(chǎng)前完成袖管的沖壓工作。同時(shí)為了方便后續與管道進(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(xiàn)沖壓時(shí)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(zhì)編號和要求，由管件制造廠(chǎng)訂購，也可以由管件采購方提供給管件制造廠(chǎng)。袖管與管件沖壓完成后，還要對點(diǎn)焊進(jìn)行水壓實(shí)驗，使得還要第三方現場(chǎng)見(jiàn)證。

5陸地功能檢測

閥門(mén)在出廠(chǎng)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(chē)間初驗實(shí)驗（FAT－t）。FAT時(shí)一般還要采購方代表和第三方代表現場(chǎng)見(jiàn)證，發(fā)貨前還要管件制造廠(chǎng)提供第三方簽字的FAT報告。

閥門(mén)還要與管道進(jìn)行弧焊，整個(gè)海底生產(chǎn)系統結構物建造完畢后，還要進(jìn)行水壓和電連續性等實(shí)驗。在海底管線(xiàn)閥門(mén)下水安裝前，還應當對其功能進(jìn)行檢測。主要是檢測其打開(kāi)和關(guān)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(mén)的海底操作

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

圖2海底管線(xiàn)基盤(pán)布置

下水前兩臺閥門(mén)都處于開(kāi)啟狀態(tài)，海底管線(xiàn)基盤(pán)安裝完畢后，因為整個(gè)海管系統還要進(jìn)行通球和水壓實(shí)驗，所以?xún)膳_球閥保持開(kāi)啟狀態(tài)。實(shí)驗完畢后球閥類(lèi)型，A平臺先行投入生產(chǎn)，所以A閥依然處于開(kāi)啟狀態(tài)。此刻B平臺未開(kāi)工，還要先將B閥關(guān)掉。等B平臺開(kāi)工時(shí)，再將B閥打開(kāi)。因而還要對B閥進(jìn)行關(guān)掉和開(kāi)啟操作。

海底管線(xiàn)基盤(pán)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(xiàn)管件B關(guān)掉。

圖3潛水員使用的海底管線(xiàn)閥門(mén)操作工具

B平臺開(kāi)工時(shí)，還要將處于關(guān)掉狀態(tài)的閥門(mén)B開(kāi)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(lái)開(kāi)啟，ROV應為工作型，操作工具與陸地檢測時(shí)使用的相似。閥門(mén)關(guān)掉時(shí)，ROV插口處表針對準字母S。閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)，ROV插口處表針對準字母O（圖4）。

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

圖4海底管線(xiàn)閥門(mén)關(guān)掉和開(kāi)啟狀態(tài)

7結語(yǔ)

淺海油氣開(kāi)采是未來(lái)資源開(kāi)發(fā)的發(fā)展趨勢，海底管線(xiàn)球閥是海底管線(xiàn)管匯等設備的關(guān)鍵部件，將得到越來(lái)越廣泛的應用。

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