针对水下阀门设计中对材料要求及选择探究

邵玲玲,盛建钟（浙江三方控制阀股份有限公司,浙江　富阳　311400）

针对水下阀门设计中对材料要求及选择探究

邵玲玲,盛建钟
（浙江三方控制阀股份有限公司,浙江富阳311400）

深海开采石油和天然气资源是我国未来发展趋势，水下阀门是水下采油树和水下管汇设备的关键部件，材料选择是水下阀门设计的一个重要方面。根据有关设计规范的规定，总结水下阀门材料的选择时需要考虑的因素，为水下阀门的材料选择提出有效的建议。

水下阀门；因素；材料要求；选择

1　引言

海洋水下设备在我国的研究和应用刚起步，目前国内海洋水下石油和天然气设备主要从外国进口。本文对水下管汇阀门选择和材料技术进行研究，总结了设计过程中对水下管汇阀门的选择要点以及水下阀门材料的技术，希望能给水下管汇设计、设备选择和水下生产设施提供技一些帮助。

2　选择水下阀门材料需要考虑的因素

目前，水下阀门材料的选择主要基于以下标准：

（1）API17D水下生产系统的设计与操作第4部分：水下井口装置和采油树设备；

（2）API6A井口装置和采油树设备；

（3）M－001材料选择(NORSOK规范)；

（4）NACEMR0175石油和天然气工业,石油和天然气的生产中含有硫化氢的环境使用的材料。

（1）不同的金属材料接触产生的电流；

（2）非金属材料的应用温度和化学阻力；

（3）阴极保护的材料;

（4）表面涂层;

（5）材料跟注入介质的兼容性；

（6）材料可用性和成本；

（7）有相对运动部件应考虑材料的耐磨性等因素。

一旁的密林中，传出一阵穿林过叶的杂乱响动，他循声望去，见几条棕黄色的影子快速消失在了林子的深处。那是埋伏着的土狼，见到首领丧命，全都逃散了。

3　水下管汇阀门材料要求

水下管汇阀门材料的选择要符合API6A和API6DSS这两种标准的要求:选材应当综合考虑下列几种因素：抗拉强度、硬度、屈服强度、耐蚀性和其他机械材料性能等等，使用应满足水环境的介质条件,压力、温度、和可靠性要求。

阀门组件的制造以及其材料的选择都应当依照ASTM要求，不允许在未得到批准的情况补焊、锻造部件，一般情况下不可以使用性质、功能差不多的材料代替。水下管汇阀门材料等级不应小于6APIEE，而受压部件的材料在二氧化碳环境中应该是不允许出现腐蚀破坏的现象。

3.1碳钢

水下管汇阀门可以选择碳钢锻件作为材料，其最低等级有ASTMA694GradeF60、ASTMA694GradeF65或ASTMA350LF2这三种情况。碳钢铸件材料等级最低有以下两种：ASTMA352GradeLCC和MDSC12。锻件一般情况下最大的碳含量为0.20%，最大的碳当量(CEV)通常为0.42%，CEV=C+Mn/6+(CR+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15%。碳钢和低合金钢部件的硬度通常最大不超过250HV10。

3.222% Cr 双相不锈钢

水下管汇阀门如果用22%Cr双相不锈钢作为材料，其最低等级为ASTMA182GradeF51。该材料的锻件或铸件出炉后应进行先退火，然后迅速水淬。抗点蚀当量(PREN)不应低于35，应该在最大限度的设计温度下进行拉伸试验。金属的硬度最大不能超过286HV10，若超过则判定为不合格，并且应当依照ASTMA370标准来进行夏比冲击检测。根据ASTME562来测定铁素体含量，而且必须在35%～55%的范围内。

3.325% Cr 双相不锈钢

水下管汇阀门若用25%Cr双相不锈钢作为材料，其最低等级为ASTMA182GradeF55，锻件也应该进行快速固溶、退火和水淬，这几点必须得到保障，从而提高阀门的质量。抗点蚀当量数(PREN)要求也较严格，不能小于40。最低抗拉强度应基于25%Cr双相不锈钢进行调整，并且必须在高温下。本体金属的硬度最大不能超过330HV10，最后再根据ASTMA370标准进行夏比冲击试验。铁素体的含量应当根据ASTME562来测定,而且其数值必须在35%～55%的范围内。焊缝金属和热影响区铁素体含量范围应该在35%～35%之间,最后也要根据ASTMG48标准进行腐蚀试验。

3.4镍基合金

镍基合金在一般情况下主要是用于制造符合API6A和API17D规范的HH井口装置的部件，而由于其性能也可用于制造阀门。用镍基合金制造的水下阀门，其最低等级为STMB637，锻件应在退火或固溶后才可以进行沉淀硬化处理。

3.5非金属密封材料

对于全部非金属密封材料，如阀门中使用的聚合物和密封阀座(即暴露于工艺介质的材料)，应满足标准NORSOKM-630中材料属性、材料证书、老化状况等等测试要求。可能接触到弹性密封的地方应该用碳氢化合物作为减压防爆材料，并应该在最低设计温度的环境下能适用，且外包装应该使用环保材料。

4　结语

（1）查阅了相关规范并了解了实际情况，影响阀门设计的因素较多，主要是水下阀门所处环境恶劣、腐蚀性较强所导致的，因此必须充分考虑阀门工作环境中是否存在H2S、CO2和Cl－等物质，并通过选材来克服一切由环境带来的困难。

（2）针对不同工况要求，通过对各种各样的材料进行属性分析，从而选择经济、适用的材料（材料的选择方案应符合API17D、API6A及NACEMR0175规范）。

（3）目前，我国还没有具体文献对水下阀门的选材有明确的指导作用，有些研究工作还停留在表面，没从深层次对水下阀门进行探究。本文主要结合了水下阀门的相关规范要求，对水下阀门现状进行总结，同时对阀门的材料选择进行了研究讨论，并结合实际工程经验，在水下阀门选材方面有了一定进展。

[1]李树林,周思柱.水下阀门的材料要求及选择[J].石油机械,2013(05):54-58.

[2]张飞，周美珍，姜瑛，琚选择，邢广阔.水下管汇阀门的选型和材料要求[J].船海工程,2014(02):135-138.

[3]祝晓丹，王国富，王瑞英. 浅谈水下球阀的选用[J]. 中国造船，2012(S2):423-428.

[4]廉立伟，胡伟.浅谈水下球阀的选用[A].中国造船工程学会近海工程学术委员会.2012年度海洋工程学术会议论文集[C].中国造船工程学会近海工程学术委员会,2012:6.