邢義良　劉文

摘要：管線穿艙密封技術(shù)主要用于管線等穿過(guò)具有氣密、防水、隔溫要求的艙壁或者鋼板。本文通過(guò)總結(jié)現(xiàn)有的電纜穿艙密封技術(shù)和常規(guī)穿板密封件設(shè)計(jì)，結(jié)合當(dāng)下非常規(guī)油氣資源開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)要求，提出一種新型管線穿艙密封技術(shù)，該設(shè)計(jì)能夠在滿足高溫高壓艙密封性要求的前提下保證穿艙管線的可靠性，具有非常良好的應(yīng)用前景。本文所涉及的穿艙密封技術(shù)，能夠在1000℃和35MPa的環(huán)境下，保證該裝置所包納的管線能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的艙內(nèi)外通信，同時(shí)保證高壓艙的密封性良好。綜合考慮目前市場(chǎng)上存在的類似產(chǎn)品，該設(shè)計(jì)無(wú)論在工作環(huán)境的極限值和可適用范圍上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)現(xiàn)有設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：穿艙密封;油氣開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)裝置;管線;通訊

1 引言

目前在石油、化工及能源礦產(chǎn)和海洋工程等開(kāi)發(fā)領(lǐng)域中，需要經(jīng)常用到一些高溫、高壓模擬設(shè)備，尤其是模擬深部地層的相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及用于石油、化工的勘探開(kāi)發(fā)研究設(shè)備。當(dāng)實(shí)驗(yàn)?zāi)M設(shè)備或者實(shí)際應(yīng)用設(shè)備中需要進(jìn)行眾多管線及熱電偶密封并且多路集中穿艙密封時(shí)，要求將多個(gè)或者多種管線匯集到一起，整體進(jìn)行高壓艙體的穿越，目前有關(guān)此類技術(shù)的密封實(shí)現(xiàn)方式，大多通過(guò)將管線或者金屬探針澆注或者整體預(yù)埋在一個(gè)高強(qiáng)度的陶瓷或者玻璃塊內(nèi)，當(dāng)達(dá)到一定的壓力時(shí)，由于陶瓷及玻璃的脆性，往往容易出現(xiàn)應(yīng)力集中等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致穿艙密封接頭由于密封件的脆硬性，出現(xiàn)裂紋或者微裂紋，從而產(chǎn)生密封失效及泄露的情況，最終會(huì)導(dǎo)致設(shè)備功能損失，嚴(yán)重的甚至?xí)l(fā)整套設(shè)備損壞。

目前在石油、化工及能源類的勘探及開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域中，需要經(jīng)常進(jìn)行一些模擬現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)室尺度的研究實(shí)驗(yàn)，開(kāi)展一些相關(guān)理論及實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷哪M，經(jīng)常會(huì)遇到一些測(cè)試相關(guān)的問(wèn)題，最為常見(jiàn)的就是關(guān)于溫度和壓力的測(cè)試、監(jiān)測(cè)，這就需要設(shè)備的硬件通過(guò)一些或者多根測(cè)試探針深入模型介質(zhì)內(nèi)部進(jìn)行探測(cè)，在探針?lè)矫骖愃茐毫芫€及溫度探針之類進(jìn)入高壓容器內(nèi)部時(shí)，就涉及到一系列密封問(wèn)題，常規(guī)的高壓容器，在進(jìn)行探測(cè)溫度壓力密封時(shí)，可通過(guò)O型圈及一些工程塑料等方式進(jìn)行密封，當(dāng)研究的條件繼續(xù)增多，地層深度繼續(xù)增加時(shí)，就對(duì)溫度、壓力指標(biāo)的要求有進(jìn)一步的提高，而O型圈及工程塑料在密封方面，普通氟膠最高可達(dá)200℃，密封所用的工程塑料最高可達(dá)330℃，而進(jìn)行有些實(shí)驗(yàn)時(shí)，尤其是石油天然氣領(lǐng)域內(nèi)，進(jìn)行火燒驅(qū)油實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)溫度要求，至少是600-1000℃，這就需要一種超出常規(guī)的溫度及壓力范疇的一孔多測(cè)點(diǎn)的穿艙密封技術(shù)。

2 傳統(tǒng)密封貫穿裝置的結(jié)構(gòu)

電纜密封貫穿裝置在海洋工程船舶、鉆采平臺(tái)、FPSO、海上風(fēng)電等工程項(xiàng)目電纜穿倉(cāng)穿甲板密封方面有著廣泛的應(yīng)用，主要分為填料式密封裝置、模塊式密封裝置、帶焊接填料函穿線管密封裝置、套管式密封裝置、防火毯填充式密封裝置[1]。填料式密封裝置由堵料（膨脹條、膨脹阻燃劑）、填料和框架組成，填料由粉料和溶液兩部分組成，按照一定比例配置，充分充滿電纜框與電纜、電纜與電纜之間的空隙，膨脹條用于分隔電纜和膨脹后阻止填料的流溢。模塊式密封裝置是一種預(yù)制成有標(biāo)準(zhǔn)組件的裝置，一般由模塊、框架、附件組成。最大優(yōu)點(diǎn)是具有可拆性貫穿礦體長(zhǎng)度小。模塊式密封裝置在海洋平臺(tái)、船舶等工程中的應(yīng)用比較廣泛。帶填料函穿線管密封裝置由穿線管、套筒、填料函組成。穿線管為無(wú)縫鋼管或焊接鋼管，套筒為無(wú)縫鋼管，該密封裝置最適合單根電纜穿甲板用。套管式密封裝置一般由防火套管、框架和密封膠組成。安裝工具為打膠搶和美工刀，安裝方式為將防火套管包覆在貫穿框體內(nèi)的電纜上，在框體兩端填充以硅樹(shù)脂混合物為基礎(chǔ)的防火密封膠，特點(diǎn)是防火性能高，同時(shí)具有可拆性。防火毯式密封裝置由防火毯、密封膠和框架組成。安裝工具為打膠搶和美工刀，框架使用自設(shè)計(jì)的框架，框架的截面形狀和深度無(wú)特殊要求，安裝簡(jiǎn)單快速，基本不存在浪費(fèi)材料的可能。

傳統(tǒng)的穿艙密封裝置因?yàn)樵诜阑鸷兔芊庑阅苌系谋∪踔饾u被新型防火可拆卸式貫穿裝置取代，火災(zāi)中電纜著火對(duì)于昂貴的操縱設(shè)備、電纜數(shù)據(jù)處理設(shè)備和艦船航行來(lái)說(shuō)是一大威脅，不但破壞船舶的操縱性能，而且電纜焚燒過(guò)程中產(chǎn)生大量的有毒煙霧和有毒氣體，易造成重大的人員安全傷害[2-3]。新型的可拆式電纜貫穿耐火密封裝置可以有效地解決因電纜著火帶來(lái)的問(wèn)題，該型電纜貫穿耐火密封裝置隔熱耐火層由耐火套管和耐火密封膠組合而成，它們?cè)谟龌鸹蚋邷貢r(shí)，形成了一種絕熱良好的多孔介質(zhì)，其耐火性能達(dá)到SOLAS-A60，AO級(jí)，水密性能達(dá)到0.3MPa，氣密性達(dá)到0.2MPa，同時(shí)具備耐高溫、耐低溫、耐輻射、耐腐蝕、耐溫?zé)?、無(wú)毒、無(wú)鹵、低煙等特性，對(duì)電纜護(hù)套和鐵、銅、鋁、鋅等不會(huì)產(chǎn)生腐蝕，而且富有彈性，抗沖擊、振動(dòng)的性能優(yōu)良。將電纜貫穿耐火密封裝置的框或筒焊接在甲板或艙壁上，焊接必須牢固，其焊縫應(yīng)保證嚴(yán)密，然后在框或筒內(nèi)部安裝耐火套管，兩端約25mm左右空間填充耐火密封膠[4]。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文所研究的高溫高壓穿艙密封技術(shù)如圖1所示，以熱電偶的穿艙密封為例，溫度測(cè)柱管線可以通過(guò)防轉(zhuǎn)動(dòng)壓板固定，在壓緊過(guò)程中通過(guò)密封座上對(duì)應(yīng)的豁口將防轉(zhuǎn)動(dòng)壓板限位，使其制動(dòng)在密封壓蓋的作用下向下運(yùn)動(dòng)壓緊變形錐，保護(hù)溫度測(cè)柱自身不轉(zhuǎn)動(dòng)，變形錐在受力的作用下將向下運(yùn)動(dòng)，擠壓密封座的密封錐面，在密封壓蓋和密封座的雙重?cái)D壓下，變形錐將受力變形，從而在一定的預(yù)緊力下，將穿過(guò)密封壓蓋及防轉(zhuǎn)動(dòng)壓板和變形錐及密封座的多根溫度測(cè)柱緊緊鎖住，由于溫度測(cè)柱和變形錐的內(nèi)部圓孔及變形錐的密封面和密封座的密封面間隙很小，并且表面粗糙度都在1.6以上，在較大的擠壓力下，各個(gè)接觸面將發(fā)生貼合并且實(shí)現(xiàn)緊緊的密封，防轉(zhuǎn)動(dòng)壓板和密封座均采用耐高溫不銹鋼2520加工成型，中間的變形部分為變形錐采用耐高溫紫銅T2加工成型，密封壓蓋采用45號(hào)鋼經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)蘸火以及表面鍍鉻工藝成型，硬度高，強(qiáng)度大，不易變形，通過(guò)鎖緊后成為一體，可實(shí)現(xiàn)1000℃的多根測(cè)柱的溫度測(cè)柱密封，從而實(shí)現(xiàn)了一孔多線穿艙密封，通過(guò)下部的轉(zhuǎn)接頭可以便捷地更換到不同的高壓設(shè)備上，通過(guò)轉(zhuǎn)接擰入高壓艙壁，及可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移通用，通過(guò)本結(jié)構(gòu)中的密封和固定方法，即可實(shí)現(xiàn)在不同高度位置上布置不同長(zhǎng)度的熱電偶，通過(guò)熱電偶頭部感應(yīng)溫度的高低，熱電偶通過(guò)每根獨(dú)立的無(wú)縫鋼管密封在管線的內(nèi)部，管線測(cè)柱的外側(cè)是無(wú)縫鋼管，無(wú)縫鋼管將熱電偶封裝在管內(nèi)側(cè)，這樣，通過(guò)各種耐高溫材質(zhì)成型的一孔多線測(cè)點(diǎn)接頭結(jié)合不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)備滿足了石油天然氣領(lǐng)域的深部研究。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)本文所設(shè)計(jì)的高溫高壓穿艙密封結(jié)構(gòu)在實(shí)驗(yàn)設(shè)備上的運(yùn)行結(jié)果以及針對(duì)該領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)的評(píng)估和實(shí)驗(yàn)情況來(lái)看，得出以下結(jié)論：①本文所述高溫高壓穿艙密封結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性好，可通過(guò)轉(zhuǎn)換接頭輕易更換到不同高壓設(shè)備上的優(yōu)點(diǎn);②本文所述的高溫高壓穿艙密封結(jié)構(gòu)耐溫更高，可達(dá)1000℃，通過(guò)更高的耐溫度-壓力密封技術(shù)，有效的擴(kuò)展了地層深度的深部研究;③本文所述高溫高壓穿艙密封結(jié)構(gòu)打破目前的相關(guān)儀器設(shè)備的溫度限制，更大更廣泛的拓展了科研研究的范圍;④此種密封結(jié)構(gòu)，結(jié)合耐高溫特點(diǎn)，可便捷的更換到其他高溫高壓設(shè)備上，大大提升了相關(guān)設(shè)備的研究范圍，整體拓展了實(shí)驗(yàn)室的模擬范疇。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋永強(qiáng)，何小超，趙杰.海洋工程電纜密封貫穿裝置應(yīng)用研究[J].裝備制造技術(shù)，2018，7（9）：158-160，178.

[2]薛芳.電纜貫穿耐火密封裝置安裝[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2011，10（4）：77-79.

[3]朱陽(yáng)飛，張一兵.新型可拆式電纜貫穿耐火密封裝置在船舶建造中的應(yīng)用[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2012，8（23）：61-63.

[4]李軍格，秦傳洲，羅正華.機(jī)械密封式電纜貫穿件研制[J].價(jià)值工程，2012，31（1）：31-32.