试析水下阀门设计优化及测试技术

试析水下阀门设计优化及测试技术

姜敏洁2，裴琦1，董亚蓝1，钟兴旺2

1.航大阀门集团有限公司，浙江温州，325024

2.北科阀门集团有限公司，浙江温州，325024

摘要：文章尝试对水下阀门装置的相关应用问题进行分析，首先结合水下阀门装置所处运行环境的特殊性以及对性能的基本要求，对水下阀门装置的设计优化措施进行分析。在此基础之上，对水下阀门装置的性能测试技术进行展开分析，概括对水下阀门装置进行高压舱测试、PR2测试以及寿命测试的关键问题与操作方案，希望能够引起业内人士的关注，以进一步优化水下阀门装置整体运行性能，值得引起业内人士的关注与重视。

关键词：水下阀门；设计；优化；测试

    在水下生产系统中，水下阀门装置的应用是非常普遍与成熟的。水下阀门装置具有应用范围广、技术含量高以及可靠性要求高等特点。国外已有大量水下阀门装置生产厂商取得水下阀门装置专业资质证书以及工程应用成绩，但我国对水下阀门装置设计方案的优化以及性能测试问题还存在一定的缺失。如何围绕水下阀门装置设计优化工作展开分析，并积极探讨性能测试的关键技术，成为业内人士高度重视的一项课题，并对进一步加快我国水下阀门装置国产化生产进程有积极意义，值得引起关注。

1 设计优化                                      

    首先，对于水下阀门装置而言，考虑其运行华环境的特殊性，往往需要水下阀门装置具备20a以上的设计使用寿命，同时考虑到水下阀门装置开关位置容易被海洋生物覆盖，影响操作执行效果，并对遥控装置有关阀门的操作受到影响，因此在设计方案优化中尝试在开关位置指示装置设计中，避免海洋生物附着，同时实现高亮度显示效果。其次，在水下阀门装置检测口以及排放口的设计中，考虑检测口可在对水下阀门装置壳体外压密封性能检测中法规关键作用，因此尝试在优化设计中将排放口设置于水下阀门装置阀腔上方或底部，方便对实验过程中的水以及气体进行有效外排。完成测试后还需要对所有检测口以及排放口螺塞进行密封焊接处理，以最大限度维护水下阀门装置的密封性能。

2 测试技术                    

    1）高压舱测试。对于水下阀门装置而言，为最大限度确保阀门处于水下运行工况的稳定性，需要开展静水外压试验。在测试过程中，基于ROV扭矩工具操作水下阀门装置，确保阀门整体在水下工况中扭矩表现的合理性。针对水下阀门装置的高压舱试验需要在FAT试验后直接开展，且避免水下阀门装置已进行涂装操作。各类压力测试换工作开展前均对压力稳定性有严格要求，在确保压力达到稳定状态后对水下阀门装置与压力源进行断开处理。测试作业执行期间，需要确保水下阀门装置中腔位置与阀杆填料密封部分保持绝对干燥状态。待测定水下阀门装置需要保持两侧完全封闭状态，并在高压舱反应环境中保持水平固定状态。结合测试需求，将应变片安装于水下阀门装置主要部位，负责对受压条件作用下的应力变化趋势进行集中监测。然后将水下阀门装置与管件接头进行可靠连接，辅助装置密封性能也需要提前进行测试评估。在此基础之上安装ROV工具，确保水下阀门装置可以正常执行开闭动作。在上述准备工作结束后，对水下阀门装置进行一次完整的开关动作，以对扭矩最大值、最小值进行记录，待测试水下阀门装置辅助装置安装完成后及时关闭高压舱舱盖，与外围装置进行连接，并对测试结果进行记录。

    2）PR2测试。在水下阀门装置测试过程中，需要通过系统性PR2测试作业的开展，以对水下阀门装置使用情况进行高度仿真模拟，以评估其性能水平。首先需要针对水下阀门装置进行常温状态下的启闭动作循环实验，确保水下阀门装置能够在满压差状态下顺利完成启闭切换动作，并对使用工况下水下阀门装置的启闭动作进行模拟，以确保水下阀门装置中阀控密封机构以及齿轮箱对应磨损疲劳寿命控制在合理范围内。其次需要分别设置最高以及最低温度状态，并进行阀门的满压差启闭动作测试，以评估阀门对应疲劳寿命。再次需要进行针对水下阀门装置的高温循环实验，对环境温度进行模拟，以温度变化趋势为依据，对水下阀门装置密封性能进行测试。最后需要进行水下阀门装置的操作扭矩实验。对工况切换变化状态下的水下阀门装置操作性能进行测定，评估扭矩变化是否处于正常区间内。

3）寿命测试。对现行水下设备生产标准以及水下设备制造厂商规范要求，针对水下阀门装置的使用寿命进行测试分析，基于一定工况条件，评估水下阀门装置及其执行器总成在带压循环状态下启闭动作的执行情况。如对于水下阀门装置而言，其阀门以及执行器总成需要进行600次寿命试验，其中200次为PR2对应循环实验，400次则作为寿命循环实验，以确保测试结果能够满足现行规范标准中对水下阀门装置泄漏量的要求。

3 结束语

    在水下油气资源开发工作深入发展的背景下，相关行业领域对水下阀门装置的需求量持续增加，且呈现出集成开发的特点。国内一系列制造厂商开始围绕水下阀门装置展开系统研究与探索，希望能够进一步优化水下阀门装置性能，以促进其技术成熟度发展，并在海洋油气工程建设领域中推广应用。为达到这一目标，围绕水下阀门装置展开的设计以及测试工作至关重要，本文即尝试对相关内容进行分析，概括对水下阀门装置进行高压舱测试、PR2测试以及寿命测试的关键问题与操作方案，旨在于形成一套健全且成熟的水下阀门装置设计方案以及测试体系，为我国独立自主深水油气田开发提供支持与保障。

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