地面防噴器控制裝置制造質(zhì)量的控制

高敏，郝子軒

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地面防噴器控制裝置制造質(zhì)量的控制

高敏，郝子軒

（河北華北石油榮盛機械制造有限公司，河北 任丘 062552）

地面防噴器控制裝置的制造質(zhì)量不僅影響其本身的可靠性和系統(tǒng)元件的工作壽命，還影響到整個井控系統(tǒng)的正常運行。針對其制造過程中管路容易出現(xiàn)毛刺、銹蝕、焊渣、氧化皮及混入異物的問題，采取嚴(yán)格管路選材、機械割管、氬弧焊打底、無損探傷等措施；針對管路組裝完成后系統(tǒng)內(nèi)殘留的固體顆粒物，采取循環(huán)沖洗的措施；為保證其工作可靠，在廠內(nèi)進(jìn)行耐壓試驗及調(diào)試。通過對以上環(huán)節(jié)實行嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施，可以減少系統(tǒng)早期運行中的故障，避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

防噴器；控制裝置；管路；循環(huán)沖洗

地面防噴器控制裝置（以下簡稱控制裝置）是用于控制防噴器組以及井口相關(guān)閥件關(guān)閉、開啟的設(shè)備，是陸地鉆井、修井作業(yè)中防止井噴等惡劣事故的核心裝置之一?？刂蒲b置制造質(zhì)量的高低直接影響到整個井控系統(tǒng)的正常運行，進(jìn)而影響作業(yè)人員、設(shè)備及周圍環(huán)境的安全?？刂蒲b置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、液壓元件應(yīng)用較多、管線s密集；同時由于其工作壓力高，如果處理不當(dāng)，可能埋下設(shè)備故障隱患。因此，各制造公司要高度重視其產(chǎn)品的制造質(zhì)量。

1 控制裝置的概況與制作

控制裝置由遠(yuǎn)程控制臺、司鉆控制臺、輔助控制臺等組成，如圖1所示。以配置較為全面的FKQ640-6型控制裝置為例，如圖2所示，遠(yuǎn)程控制臺主要由蓄能器組、氣泵、油箱、電泵等組成，是制備、儲存和調(diào)節(jié)高壓液壓油并控制液壓油流動方向的液壓系統(tǒng)，是控制裝置的主要組成部分；司鉆控制臺和輔助控制臺為可選部分。FKQ640-6型控制裝置中液壓閥件多、管線密布，配管、焊接工作量大；系統(tǒng)工作壓力為21 MPa，部分管路通徑大、管壁厚，對焊接質(zhì)量要求高。

圖1 地面防噴器控制裝置組成與連接

1.電動泵管匯2.油箱3.遠(yuǎn)程控制臺4.氣管線5.管排架 6.司鉆控制臺7.氣手動減壓溢流閥管匯 8.壓力變送器 9.蓄能器組Ⅰ 10.蓄能器組Ⅱ 11.液壓管線 12.控制管匯 13.減壓溢流閥及旁通閥管匯 14.三位四通轉(zhuǎn)閥管匯Ⅰ-Ⅵ

1.1 管路的預(yù)制加工

控制裝置屬于高壓系統(tǒng)，所用管材均為優(yōu)質(zhì)碳素鋼無縫鋼管，管徑和壁厚必須符合圖紙要求，且內(nèi)壁光潔、無銹蝕、無氧化皮、無夾皮等缺陷。若發(fā)現(xiàn)下列情況則不能使用：管材內(nèi)、外壁腐蝕嚴(yán)重；管體劃痕深度為壁厚的10%以上；管體表面凹入管徑20%以上；管材斷面壁厚不均、橢圓明顯等。為保證管路內(nèi)部的清潔，所選鋼管必須經(jīng)酸洗除銹合格后才能使用。

1.1.1 管材加工

管材加工質(zhì)量的高低關(guān)系到控制裝置能否可靠運行，所以原則上管材采用機械加工的方法，如切割機、鋸床等，無條件時允許使用手工鋼鋸切割。切割后的管子端面與軸線應(yīng)盡量保持垂直，誤差控制在±0.5°[1]。焊接管路的坡口處要加工出金屬光澤，坡口型式為“V”形，坡口平整，無裂紋、夾層等缺陷。切割后將管口銳邊倒鈍，并清除毛刺、鐵屑。

1.1.2 管路焊接

管路的焊接對控制裝置的安全運行及管路清潔度影響很大，施工中必須高度重視。管路焊接型式為環(huán)向?qū)尤竿负缚p，組對前必須將管子坡口及其內(nèi)外邊緣20 mm范圍內(nèi)的油污、漆銹等清除干凈。常用的電弧焊焊接方法易造成焊渣進(jìn)入管內(nèi)，并在焊口內(nèi)壁產(chǎn)生氧化皮，難以清除，因此采用氬弧焊打底其余采用電弧焊的方法，這樣既保證了質(zhì)量，又可以提高施工效率。氬弧焊打底時，至少進(jìn)行兩層，且打底厚度不得小于3 mm。

焊接時要注意接頭和收弧的質(zhì)量，收弧時應(yīng)將弧坑填滿。每層焊道焊接完畢后，檢查有無氣孔和夾渣，并進(jìn)行相應(yīng)處理，合格后方可繼續(xù)施焊。焊接完成后的檢查項目有：焊縫周圍有無裂紋、夾雜物、氣孔及過大咬肉、飛濺等現(xiàn)象；焊道是否整齊、有無錯位、內(nèi)外表面是否突起、外表面在加工過程中有無損傷或削弱管壁強度的部位等；對焊縫采用射線或超聲波探傷。經(jīng)檢驗合格的管路才能轉(zhuǎn)入下一工序。

1.2 管路的安裝

配管前檢查管路割口、內(nèi)壁，如坡口處有毛刺、鐵屑等需用銼刀修磨干凈，清除管路內(nèi)壁銹蝕。每段配管，應(yīng)用干燥清潔的壓縮空氣吹掃干凈，避免安裝后形成死角，造成清理困難。安裝配管時堅持“隨用、隨拿、隨封口”的原則[2]，對外露的管口用塑料管堵封，不能立即裝配的閥件油口要做臨時密封保護(hù)，防止銹蝕和異物進(jìn)入。

2 控制裝置的循環(huán)沖洗

生產(chǎn)過程中，控制裝置內(nèi)部不可避免地混入污染物，如切屑、磨料、焊渣、銹片、纖維和灰塵等固體顆粒物。雖然控制裝置中電動泵管匯和氣動泵管匯分別裝有過濾精度為400 μm和200 μm的吸油濾油器，減壓閥管匯和氣手動調(diào)壓閥管匯裝有過濾精度為100 μm的濾油器[3]，但是系統(tǒng)整體過濾精度不高，不能有效過濾危害系統(tǒng)運行的油液雜質(zhì)?？刂蒲b置常見的故障原因就是系統(tǒng)油液污染導(dǎo)致的元件磨損、堵塞及失效。循環(huán)沖洗是保證控制裝置正常工作的關(guān)鍵工序，也是系統(tǒng)調(diào)試前的重要工序?？刂蒲b置裝配完成后，要盡快進(jìn)行循環(huán)沖洗。把握系統(tǒng)循環(huán)沖洗的技術(shù)要點，合理選定沖洗工藝參數(shù)和沖洗設(shè)備，可以加快沖洗速度，盡早達(dá)到符合標(biāo)準(zhǔn)要求的沖洗效果。

2.1 沖洗方案及沖洗回路的選擇

管路系統(tǒng)循環(huán)沖洗分為離線沖洗和在線沖洗。離線沖洗是在管道安裝前進(jìn)行沖洗，然后再組裝，該方法簡單易行，但在組裝過程中易造成二次污染。在線沖洗是指在系統(tǒng)安裝完成后，對系統(tǒng)整體進(jìn)行循環(huán)沖洗。在線沖洗雖然復(fù)雜、技術(shù)要求高、難度大，但沖洗徹底、無二次污染。因此，控制裝置采用在線沖洗方法。

根據(jù)系統(tǒng)的組成、布置特點等因素，沖洗回路采用串并聯(lián)混合型式，如圖3所示。沖洗回路采用3級（50 μm、20 μm、10 μm）供油過濾，1級（50 μm）回油過濾；吸油過濾仍采用原系統(tǒng)的WU-400×400型網(wǎng)式吸油過濾器和WU-63×200型網(wǎng)式吸油過濾器。循環(huán)沖洗時關(guān)閉蓄能器球閥，將其與沖洗回路隔離；三位四通液轉(zhuǎn)閥放在“左位”，轉(zhuǎn)閥回油管并聯(lián)在一起接回油過濾器；在進(jìn)入油箱前的回油管上設(shè)置取樣口即測壓點。當(dāng)濾油器逐步被堵塞后，可在目測表上觀察濾芯堵塞情況；同時過濾器還連接有發(fā)訊器，發(fā)訊值設(shè)為0.35 MPa[1]。發(fā)訊器發(fā)出更換濾芯信號時，應(yīng)停機更換或清洗濾芯。

圖3地面防噴器控制裝置沖洗回路圖

2.2 沖洗主要工藝流程及參數(shù)

液體在管路內(nèi)流動有層流和紊流兩種狀態(tài)。紊流時液體流速較高，液體粘性的制約作用減弱，慣性力起主要作用，質(zhì)點運動雜亂無章，除了平行于管路的軸線運動外，還存在著劇烈的橫向運動。在液流強力沖擊下，附著于管路內(nèi)壁的污物能快速脫落，所以紊流時管路沖洗效果好。

液體在管路中的流動狀態(tài)與流速、管徑和液體運動粘度有關(guān)。由這三個參數(shù)組成的、決定液體流動類型的無量綱純數(shù)稱為雷諾數(shù)Re，Re＝/。當(dāng)Re＜2300時液體流動為層流；當(dāng)Re＞2300時為紊流；當(dāng)Re≥4000時液體流動為完全紊流，此時管壁附近也達(dá)到紊流狀態(tài)，管路的沖洗效果最好。

2.2.1 沖洗液及沖洗溫度

沖洗液一般選用油路工作用液壓油或與其相容的沖洗液，禁止使用煤油之類對管路有害的油品作沖洗液。為了達(dá)到好的沖洗效果，沖洗液應(yīng)盡可能選用低粘度的石油基質(zhì)液壓油，因此沖洗液選用L-AN15全耗損系統(tǒng)用油。

根據(jù)理論研究，油溫、溫差對沖洗效果有重要影響。液壓油只有在足夠高的溫度條件下才能獲得較低的粘度和較大的流速，從而容易達(dá)到紊流狀態(tài)。此外，溫度升高和電場的存在能加速油液中的細(xì)微顆粒（尺寸小至0.005 μm）向大顆粒轉(zhuǎn)變，使其容易被濾出[4]。通常沖洗油溫在40～60 ℃之間，冬季施工油溫可提高到80 ℃[1]。

2.2.2 沖洗壓力

沖洗壓力由管路的沿程損失、局部損失等因素決定。當(dāng)管路較細(xì)、較長，采用串聯(lián)式回路沖洗時，沖洗壓力較高；采用并聯(lián)式回路沖洗時，沖洗壓力低很多。此沖洗回路選擇高－低壓交替沖洗方式進(jìn)行，使系統(tǒng)液壓油處于壓力交變狀態(tài)下，從而加強沖洗效果。沖洗時調(diào)節(jié)回路壓力，使系統(tǒng)先在1 MPa壓力下進(jìn)行低壓沖洗，然后每隔2 h升壓一次，壓力為5 MPa左右，運行15～30 min，再恢復(fù)低壓沖洗狀態(tài)。

2.2.3 沖洗泵的選擇

由圖3和表1可知，控制裝置沖洗回路最大橫截面積在蓄能器組管匯并聯(lián)處。

＝π2/4＝Reπ/4

式中：為電動泵額定流量，L/min。

經(jīng)計算，要保證沖洗油在完全紊流狀態(tài)下工作，電動泵額定流量應(yīng)大于441.08 L/min。電動泵管匯的WU-400×400型過濾器額定流量為400 L/min，氣動泵管匯的兩件WU-63×200型過濾器額定流量為63 L/min。因此，選用一臺PV2R4-237葉片泵（排量237 mL/r，配套電機Y200L-4，1470r/min，30 kW），調(diào)節(jié)其流量至330 L/min；一臺PV2R3-94葉片泵（排量93.6 mL/r，配套電機Y160L-4，1460 r/min，15 kW），調(diào)節(jié)其流量至112 L/min，分別將其接在電動泵管匯和氣動泵管匯處。

表1 沖洗參數(shù)

2.3 沖洗管路的操作要求

（1）循環(huán)沖洗作業(yè)是在管道焊縫經(jīng)無損檢測合格后進(jìn)行，管路裝配完成后應(yīng)盡快進(jìn)行沖洗作業(yè)，防止管路內(nèi)產(chǎn)生新的銹蝕。

（2）循環(huán)沖洗前管路系統(tǒng)應(yīng)用高壓氮氣或潔凈、干燥的壓縮空氣進(jìn)行吹掃。吹掃質(zhì)量對油沖洗的周期有明顯影響，一般一個沖洗回路可縮短1～2天[2]。

（3）循環(huán)沖洗要連續(xù)進(jìn)行，要三班連續(xù)作業(yè)，無特殊原因不得停止，同時做好沖洗記錄。

（4）為徹底清除粘附在管壁上的氧化皮、焊渣和雜質(zhì)，在沖洗過程中，每隔3～4 h用木錘、橡膠錘或使用振動器沿管線從頭至尾進(jìn)行一次敲打振動。重點敲打焊口、法蘭、變徑、彎頭及三通等部位。敲打時要環(huán)繞管壁四周均勻敲打，不得傷害管子外表面。

（5）沖洗油箱應(yīng)盡量密封，并設(shè)有空氣過濾裝置。油箱在注入沖洗油之前，應(yīng)清除所有焊渣、鐵屑、砂子以及其他污物，且沖洗液應(yīng)經(jīng)過濾裝置過濾合格。

（6）應(yīng)在回油過濾器的上游進(jìn)行沖洗液取樣檢查，合格標(biāo)準(zhǔn)為NAS1638-7級。取樣時間：沖洗開始階段，雜質(zhì)較多，可6～8 h一次；當(dāng)油的清潔度等級接近要求時，可2～4 h取樣一次，每次取樣量約100 mL。

（7）沖洗合格后，拆除臨時短接管路，恢復(fù)系統(tǒng)管路。將系統(tǒng)內(nèi)的沖洗油更換為合格的工作油液，每三天啟動設(shè)備進(jìn)行循環(huán)，以防管道銹蝕。

3 系統(tǒng)耐壓試驗及調(diào)試

控制裝置是承受21 MPa高壓的液壓系統(tǒng)，必須對其進(jìn)行耐壓試驗，保證其工作可靠。試驗時，管路末端用絲堵堵嚴(yán)，關(guān)閉蓄能器截止閥和卸荷閥，打開旁通閥，高壓溢流閥調(diào)定為34.5 MPa，三位四通液轉(zhuǎn)閥放在“中位”。啟動氣動泵，使系統(tǒng)壓力升至31.5 MPa，停泵保壓10 min后，3 min內(nèi)的壓力降應(yīng)小于0.35 MPa[5]。試驗時系統(tǒng)壓力分八級升壓至試驗壓力，每級穩(wěn)壓1 min同時檢查各處管路，不允許有滲漏、變形、開裂等異?，F(xiàn)象，分級如表2。

控制裝置安裝、循環(huán)沖洗合格后，按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5053.2－2007 規(guī)定[6]對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整試車。控制裝置在滿足各項技術(shù)要求后，排凈遠(yuǎn)程控制臺油箱及管路中的試驗用油，蓄能器中的氮氣保留0.1～0.15 MPa剩余壓力，清洗各處濾網(wǎng)；各油口用絲堵封嚴(yán)，氣缸、油泵等運動部件及外露金屬表面，采取防銹措施。

表2 系統(tǒng)壓力試驗參數(shù)

4 結(jié)論

控制裝置作為井控設(shè)備中的核心設(shè)備，是防噴器開、關(guān)動作的指揮系統(tǒng)，它必須滿足動作準(zhǔn)確、響應(yīng)快速、工作可靠等要求，其制造質(zhì)量不僅影響系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)元件的工作壽命，還影響到整個井控系統(tǒng)的正常運行?？刂蒲b置制造質(zhì)量的控制貫穿于管路加工、焊接及組裝、系統(tǒng)循環(huán)沖洗、耐壓試驗及調(diào)試等環(huán)節(jié)，即使專業(yè)的設(shè)備制造公司也可能埋下故障隱患，因此要引起高度重視。經(jīng)過實行嚴(yán)格的工藝控制措施，可以縮短控制裝置的調(diào)試周期，并減少早期運行中的故障，避免不必要的損失。

[1]聞邦椿. 機械設(shè)計手冊：第4卷[K]. 北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[2]張春生. 液壓系統(tǒng)安裝施工過程中清潔度控制[J]. 安裝，2010（2）：21-23.

[3]河北華北石油榮盛機械制造有限公司. 地面防噴器控制裝置使用手冊[K]. 2009.

[4]孫亮. 淺談液壓系統(tǒng)使用維護(hù)中液壓油清潔及管路沖洗技術(shù)[J]. 冶金設(shè)備，2014，特刊（1）：96-190.

[5]SY/T 5964－2003，鉆井井控裝置組合配套、安裝調(diào)試與維護(hù)[S].

[6]SY/T 5053.2－2007，鉆井井口控制設(shè)備及分流設(shè)備控制系統(tǒng)規(guī)范[S].

Quality ControlMeasures in the Productive Process of the Control System for Surface Mounted BOP Stacks

GAO Min，HAO Zixuan

( Hebei Rongsheng Machinery Manufacture Ltd. Huabei Oil field, Renqiu 062552, China )

Themanufacturing quality of control systemforsurface mounted BOP stacks affects not only its reliability and the working life of its components, but also the normal operation of the whole well-control system. Aiming at burrs, corrosion, welding slag, oxide coating and impurities easily occur in pipeline during manufacturing, rigorous pipeline material selecting, pipeline cutting, bottom argon arc welding and NDT etc are adopted. Circulating flushing is used to remove solid particle residues in the control system after assembling. To ensure the working reliability, pressure test and commissioning are carried out in the factory. By strict quality control measures in the above link, early operation failure is reduced and unnecessary economic losses are avoided.

BOP；control system；pipeline；circulating flushing

TH706

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2018.05.020

1006－0316 (2018) 05－0076－05

2018－01－02

高敏（1983－），女，河北滄州人，本科，工程師，主要從事石油機械設(shè)計與開發(fā)工作。