房 鑫,王泓晖,田晓洁,刘贵杰

(中国海洋大学 机电工程系,山东 青岛 266100)

0 引 言

随着陆地油气资源的逐步枯竭,储量多且潜力大的深海油气资源现已成为能源供给的重要途径。

现阶段,水下生产系统是实施深海油气资源开发和利用的首选方式[1]。但由于深海油气生产是在高温、高压的恶劣条件进行的,对水下生产系统的安全、可靠运行带来了极大挑战[2]。

水下节流阀是水下生产系统的核心部件[3],它在深海油气生产中,起到控制油气启动、停止和调节生产的关键作用。同时,由于该部件直接面对高温、高压、高速,且携带砂砾的油气资源,使其成为出现失效和故障的重灾区。

相关调研资料表明,较其他水下阀门,水下节流阀失效概率更高,约是水下闸阀的6倍[4];而且在某些极端情况下,水下节流阀阀芯可能会在10 h～12 h内受到砂砾的冲蚀而出现节流失效现象[5],引发停产等事故的发生。为此,对水下节流阀的故障诊断进行研究,对保证深海油气资源的安全生产具有重要意义和价值。

阀芯的冲蚀故障是水下节流阀的主要故障类型之一,约占其各种失效类型的28%。现阶段,围绕着阀芯的冲蚀故障,国内外学者已经展开了很多的研究工作。例如,MALAVASI S等人[6]、PAGGIARO R等人[7]和战晓溪等人[8]基于计算流体力学方法,探索了阀芯在工作时的主要失效模式和机理,重点分析了油气流动参数对冲蚀的影响规律,提出了阀芯和阀套的冲蚀故障诊断模型,取到了较好的诊断效果。除此之外,HAUGEN K等人[9]建立了阀芯的性能退化经验公式,并据此分析了阀芯的冲蚀故障,证明该经验公式具有一定的工程实际应用价值。……