杨 平

（1.河北华北石油荣盛机械制造有限公司，河北任丘 062552；2.河北省井控及井口设备技术创新中心，河北任丘 062552）

在整个水下采油系统中，水下安全阀主要是一种设置于主管道上的安全装置。该装置的主要功能是：当井口出现紧急情况，或水下蓄能器组无法提供液压动力时，靠驱动器弹簧力提升阀板，使得阀门处于关闭状态截断管路，从而避免安全事故的发生。我国海洋采油法规规定：在油气开采作业中，凡具有自喷或自溢能力的石油井都必须安装水下安全阀，以保证石油开采作业的安全性。由此可见水下安全阀的重要作用。本文就水下安全阀相关问题进行具体分析。

1 水下安全阀的原理与特征

1.1 水下安全阀作用原理

在水下生产系统中，安全阀是不可缺少的部件，该部件在防控海洋污染与火灾等方面发挥着重要作用。具体如，在石油开采过程中，如果某处发生漏油泄气事故，那么井的实际流量就会超过设定值，当系统检测到这一异常信号后，就会开启水下安全阀的关闭程序将井关闭，及时避免油气泄漏造成海洋污染或是平台火灾等负面事件的发生。且水下采油井的注入、生产、泄放、隔断等功能的实现均需通过水下安全阀来完成。

1.2 水下安全阀特征特点

由于水下采油技术难度大、环境复杂、干扰因素多，因此水下安全阀的防腐性、密封性、外部承压性均需达到非常高的标准，同时安全阀的功能必须要完善且能稳定发挥。如对于水下安全阀的密封性以及承压性而言，由于水下安全阀是在海水中工作，水深往往达到几百米甚至几千米。而水下水压巨大，要想通过安全阀来达到隔断、注入等目的，就必须保证安全阀有十分强大的承压能力，不仅能承受住来自海水的外部压力，还要能承受内部油气介质的压力。并且水下安全阀还要有极高的密封性能，能有效阻断海水的渗入以及油气的泄漏，保障采油作业安全顺利进行。

除此之外，水下安全阀需要长时期与海水、石油等接触，这些物质均会对安全阀的内外部产生十分大的腐蚀作用，如果安全阀的防腐性能不高，将使其安全系数大大降低、使用寿命大幅缩短，同时让海水、人员、设备等均受到巨大的安全威胁，让采油作业无法顺利进行。因此需保证水下安全阀本体材质、密封元件等不仅要耐内部介质腐蚀，还要耐海水腐蚀。最后，水下安全阀的可靠性和安全性必须要达到较高标准。相关单位在进行水下安全阀设计或是试验检测时，必须基于故障安全原则进行，即当水下安全阀出现故障时，能够维持安全状态或向安全状态转移。

2 水下安全阀关键技术

2.1 水下安全阀设计总则

一般情况下，水下安全阀的设计寿命为15～20a，并且从原则上来讲，在水下安全阀使用期间，要尽量少维修甚至不维修，从而降低石油生产成本，提升石油生产效益，并降低因阀门维修而引起的意外事故发生几率。但在实际使用过程中，由于水下安全阀所处的环境复杂，并长期受到高压、高温、高腐蚀性介质的作用，因而水下安全阀的密封性、使用寿命等往往得不到保证。基于此，在进行水下安全阀的设计时，必须基于故障安全性原则，根据安全阀的实际工作环境采用相应技术与材料做好水下安全阀的密封性、抗压性、抗腐蚀性设计，以保证水下安全阀功能作用的充分发挥。

阀板、阀座是水下安全阀内部的核心部件，该两项部件的性能质量将对阀门的密封性产生直接影响。如在水下安全阀作业过程中，阀门内部的阀座以及阀板会受到高低温、高压、高腐蚀原油介质等的多种作用。如果阀板、阀座的表面处理工艺及装配工艺不够精密，原材料的耐腐蚀性、耐热性等未达到标准，将直接导致水下安全阀的各项性能、功能受到影响，导致水下安全阀的功能作用得不到发挥。因此在设计过程中必须采用对工艺、材料等提高重视。除此之外，由于水下安全阀长期处于深海环境中，并且与井液接触。因而在石油生产过程中产生的大量含有二氧化碳、硫化氢等有害气体以及原油都会对安全阀内部的金属部件产生腐蚀，导致安全阀可用年限缩短。针对这一情况，在安全阀设计阶段就应采用堆焊耐腐蚀合金、连接阳极进行阴极保护、部件表面涂覆耐腐蚀涂层等方法有效防止部件受腐蚀。

2.2 水下安全阀密封技术

水下安全阀长时间工作于高腐蚀、高压、高温等环境中，非常容易在内外作用下出现破损、开裂等问题，导致安全阀的密封性降低，各项功能无法正常使用。基于此，在设计阶段，就应提前采取一系列密封技术手段来提升安全阀的密封性能。如，在材料的选用上，尽可能选择由石墨粉、金属粉等高分子复合密封材料，利用这类材料提升安全阀的抗老化性能与自润滑性能，提升安全阀的密封性。再如在阀座与阀体、阀座与阀板、阀体与阀盖之间，需要采用金属密封技术，有效提升水下安全阀的密封性能。在设计时，可在阀座背部设计带弹簧片的唇形密封，协助阀板与阀座实现低压时的初始密封。同时要保证阀体底座密封面的清洁，为水下安全阀的正常使用提供保障。

2.3 加工装配工艺技术

在水下安全阀工作过程中，阀板与阀座发挥着重要作用。因此在进行水下安全阀设计时，需要高度重视阀座与阀板的设计工作，要科学选择适合的材料与表面加工技术，并进行多次实验验证以保证阀座与阀板的抗腐蚀性、密封性与稳定性。如在进行某款水下安全阀加工制造工艺的选择与应用上，可采用粉末等离子喷焊碳化钨硬质合金层的技术方法来提高构件的韧性、强度以及耐蚀性，预防部件开裂。

2.4 水下安全阀防腐技术

水下安全阀不同部位会接触到不同的腐蚀介质，因此在进行阀门设计时，必须根据各类介质的性质特点，对阀体的腐蚀程度来采取相关技术措施做针对性处理，从而实现对水下安全阀的有效保护。具体如，水下安全阀腔体内部长期与高腐蚀性流体接触，这些流体会对腔体产生腐蚀、高压冲击等，容易使腔体内部腐化或破损，导致水下安全阀无法正常使用。针对这一问题，在设计时可采用堆焊的方式对关键部位进行处理，以提升水下安全阀应对冲蚀以及腐蚀的能力。而对于接触海水的金属部件，采用喷涂PTFE 耐腐蚀涂层来对金属部件进行保护，有效减少海水对金属部件的腐蚀。具体如，在解决水下安全阀腔体的受腐蚀问题时，首先需依据相关资料对介质中的二氧化碳、硫化氢成分进行检测计算，掌握介质对各部位的腐蚀程度，之后再针对相关部位进行耐腐蚀合金堆焊，以提升整体的处理效果，提升水下安全阀耐腐蚀能力与密封性能。除以上处理手段外，还可通过选择一种比铁基材料更加活泼的金属材料作为牺牲阳极来保护水下安全阀免遭海水腐蚀。设计人员首先根据具体情况准确计算出牺牲阳极的数量，并确定出焊接位置，之后再依据DNV RP B401 相关标准选择适用的牺牲阳极材料，进而保证整个操作科学有效。最后，为安全起见，在水下安全阀出厂前，需要规范检测牺牲阳极与阀门之间的导电率，确保实际数值与设计数值相符后方能将设备投入使用。

3 结束语

综上所述，水下安全阀是水下生产系统中不可缺少的重要部件。要想提升油气开采的安全性、高效性，就必须优化水下安全阀的设计与生产制造，进一步提升水下安全阀的密封性、抗腐蚀性以及抗压性，提高水下安全阀的质量。尽管近年来我国水下生产事业不断发展进步，油气产量逐年提高，但在水下设备的研究与开发方面还存在较多不足。为此建议相关单位要进一步加大对水下装备的研究与优化，为我国石油事业的发展提供重要保障。