邢义良　刘文

摘要：管线穿舱密封技术主要用于管线等穿过具有气密、防水、隔温要求的舱壁或者钢板。本文通过总结现有的电缆穿舱密封技术和常规穿板密封件设计，结合当下非常规油气资源开发实验装置的设计要求，提出一种新型管线穿舱密封技术，该设计能够在满足高温高压舱密封性要求的前提下保证穿舱管线的可靠性，具有非常良好的应用前景。本文所涉及的穿舱密封技术，能够在1000℃和35MPa的环境下，保证该装置所包纳的管线能够实现稳定的舱内外通信，同时保证高压舱的密封性良好。综合考虑目前市场上存在的类似产品，该设计无论在工作环境的极限值和可适用范围上都远远超过现有设计。

关键词：穿舱密封;油气开发实验装置;管线;通讯

1 引言

目前在石油、化工及能源矿产和海洋工程等开发领域中，需要经常用到一些高温、高压模拟设备，尤其是模拟深部地层的相关实验设备以及用于石油、化工的勘探开发研究设备。当实验模拟设备或者实际应用设备中需要进行众多管线及热电偶密封并且多路集中穿舱密封时，要求将多个或者多种管线汇集到一起，整体进行高压舱体的穿越，目前有关此类技术的密封实现方式，大多通过将管线或者金属探针浇注或者整体预埋在一个高强度的陶瓷或者玻璃块内，当达到一定的压力时，由于陶瓷及玻璃的脆性，往往容易出现应力集中等现象，从而导致穿舱密封接头由于密封件的脆硬性，出现裂纹或者微裂纹，从而产生密封失效及泄露的情况，最终会导致设备功能损失，严重的甚至会引发整套设备损坏。

目前在石油、化工及能源类的勘探及开发等领域中，需要经常进行一些模拟现场的实验室尺度的研究实验，开展一些相关理论及实验模型的模拟，经常会遇到一些测试相关的问题，最为常见的就是关于温度和压力的测试、监测，这就需要设备的硬件通过一些或者多根测试探针深入模型介质内部进行探测，在探针方面类似压力管线及温度探针之类进入高压容器内部时，就涉及到一系列密封问题，常规的高压容器，在进行探测温度压力密封时，可通过O型圈及一些工程塑料等方式进行密封，当研究的条件继续增多，地层深度继续增加时，就对温度、压力指标的要求有进一步的提高，而O型圈及工程塑料在密封方面，普通氟膠最高可达200℃，密封所用的工程塑料最高可达330℃，而进行有些实验时，尤其是石油天然气领域内，进行火烧驱油实验时，对温度要求，至少是600-1000℃，这就需要一种超出常规的温度及压力范畴的一孔多测点的穿舱密封技术。

2 传统密封贯穿装置的结构

电缆密封贯穿装置在海洋工程船舶、钻采平台、FPSO、海上风电等工程项目电缆穿仓穿甲板密封方面有着广泛的应用，主要分为填料式密封装置、模块式密封装置、带焊接填料函穿线管密封装置、套管式密封装置、防火毯填充式密封装置[1]。填料式密封装置由堵料（膨胀条、膨胀阻燃剂）、填料和框架组成，填料由粉料和溶液两部分组成，按照一定比例配置，充分充满电缆框与电缆、电缆与电缆之间的空隙，膨胀条用于分隔电缆和膨胀后阻止填料的流溢。模块式密封装置是一种预制成有标准组件的装置，一般由模块、框架、附件组成。最大优点是具有可拆性贯穿矿体长度小。模块式密封装置在海洋平台、船舶等工程中的应用比较广泛。带填料函穿线管密封装置由穿线管、套筒、填料函组成。穿线管为无缝钢管或焊接钢管，套筒为无缝钢管，该密封装置最适合单根电缆穿甲板用。套管式密封装置一般由防火套管、框架和密封胶组成。安装工具为打胶抢和美工刀，安装方式为将防火套管包覆在贯穿框体内的电缆上，在框体两端填充以硅树脂混合物为基础的防火密封胶，特点是防火性能高，同时具有可拆性。防火毯式密封装置由防火毯、密封胶和框架组成。安装工具为打胶抢和美工刀，框架使用自设计的框架，框架的截面形状和深度无特殊要求，安装简单快速，基本不存在浪费材料的可能。

传统的穿舱密封装置因为在防火和密封性能上的薄弱逐渐被新型防火可拆卸式贯穿装置取代，火灾中电缆着火对于昂贵的操纵设备、电缆数据处理设备和舰船航行来说是一大威胁，不但破坏船舶的操纵性能，而且电缆焚烧过程中产生大量的有毒烟雾和有毒气体，易造成重大的人员安全伤害[2-3]。新型的可拆式电缆贯穿耐火密封装置可以有效地解决因电缆着火带来的问题，该型电缆贯穿耐火密封装置隔热耐火层由耐火套管和耐火密封胶组合而成，它们在遇火或高温时，形成了一种绝热良好的多孔介质，其耐火性能达到SOLAS-A60，AO级，水密性能达到0.3MPa，气密性达到0.2MPa，同时具备耐高温、耐低温、耐辐射、耐腐蚀、耐温热、无毒、无卤、低烟等特性，对电缆护套和铁、铜、铝、锌等不会产生腐蚀，而且富有弹性，抗冲击、振动的性能优良。将电缆贯穿耐火密封装置的框或筒焊接在甲板或舱壁上，焊接必须牢固，其焊缝应保证严密，然后在框或筒内部安装耐火套管，两端约25mm左右空间填充耐火密封胶[4]。

3 结构设计

本文所研究的高温高压穿舱密封技术如图1所示，以热电偶的穿舱密封为例，温度测柱管线可以通过防转动压板固定，在压紧过程中通过密封座上对应的豁口将防转动压板限位，使其制动在密封压盖的作用下向下运动压紧变形锥，保护温度测柱自身不转动，变形锥在受力的作用下将向下运动，挤压密封座的密封锥面，在密封压盖和密封座的双重挤压下，变形锥将受力变形，从而在一定的预紧力下，将穿过密封压盖及防转动压板和变形锥及密封座的多根温度测柱紧紧锁住，由于温度测柱和变形锥的内部圆孔及变形锥的密封面和密封座的密封面间隙很小，并且表面粗糙度都在1.6以上，在较大的挤压力下，各个接触面将发生贴合并且实现紧紧的密封，防转动压板和密封座均采用耐高温不锈钢2520加工成型，中间的变形部分为变形锥采用耐高温紫铜T2加工成型，密封压盖采用45号钢经过调质蘸火以及表面镀铬工艺成型，硬度高，强度大，不易变形，通过锁紧后成为一体，可实现1000℃的多根测柱的温度测柱密封，从而实现了一孔多线穿舱密封，通过下部的转接头可以便捷地更换到不同的高压设备上，通过转接拧入高压舱壁，及可实现转移通用，通过本结构中的密封和固定方法，即可实现在不同高度位置上布置不同长度的热电偶，通过热电偶头部感应温度的高低，热电偶通过每根独立的无缝钢管密封在管线的内部，管线测柱的外侧是无缝钢管，无缝钢管将热电偶封装在管内侧，这样，通过各种耐高温材质成型的一孔多线测点接头结合不同的实验设备满足了石油天然气领域的深部研究。

4 结束语

根据本文所设计的高温高压穿舱密封结构在实验设备上的运行结果以及针对该领域的相关技术的评估和实验情况来看，得出以下结论：①本文所述高温高压穿舱密封结构具有结构简单，通用性好，可通过转换接头轻易更换到不同高压设备上的优点;②本文所述的高温高压穿舱密封结构耐温更高，可达1000℃，通过更高的耐温度-压力密封技术，有效的扩展了地层深度的深部研究;③本文所述高温高压穿舱密封结构打破目前的相关仪器设备的温度限制，更大更广泛的拓展了科研研究的范围;④此种密封结构，结合耐高温特点，可便捷的更换到其他高温高压设备上，大大提升了相关设备的研究范围，整体拓展了实验室的模拟范畴。

参考文献：

[1]宋永强，何小超，赵杰.海洋工程电缆密封贯穿装置应用研究[J].装备制造技术，2018，7（9）：158-160，178.

[2]薛芳.电缆贯穿耐火密封装置安装[J].中国高新技术企业，2011，10（4）：77-79.

[3]朱阳飞，张一兵.新型可拆式电缆贯穿耐火密封装置在船舶建造中的应用[J].中国高新技术企业，2012，8（23）：61-63.

[4]李军格，秦传洲，罗正华.机械密封式电缆贯穿件研制[J].价值工程，2012，31（1）：31-32.