石油管材防腐涂層耐高溫高壓性能實驗釜改造

張彥東 向桂林 王 謙 劉 喜

（河北華油一機圖博涂層有限公司 河北青縣）

一、概述

高溫高壓實驗釜是評價石油管材防腐涂層耐高溫高壓性能的關鍵設備，其運行效率和可靠性直接關系到實驗結果的有效性。整套高溫高壓性能實驗釜由反應釜、加熱系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、加壓系統(tǒng)、壓力測量系統(tǒng)、高壓閥門及管路組成（圖1）。設備工作原理：將待檢驗的涂層試樣放入高溫高壓實驗釜中，隨后將釜蓋密封好，通過加壓泵和加熱系統(tǒng)對高溫高壓釜進行加溫加壓，釜內(nèi)溫度和壓力達到規(guī)定條件后，保溫保壓一段時間，直到實驗結束。最后取出試樣，檢驗涂層各項性能變化情況。根據(jù)石油行業(yè)標準《SY/T 0544-2010石油鉆桿內(nèi)涂層技術條件》規(guī)定，防腐試樣需要在在148℃、70 MPa的高溫高壓高腐蝕環(huán)境下保溫保壓24 h。隨著油氣勘探向縱深發(fā)展，對高溫高壓性能提出了更高的要求。客戶要求對產(chǎn)品在300℃、100 MPa工況下的耐高溫高壓性能進行評價。

二、存在問題

為滿足客戶需要，首先對現(xiàn)有高溫高壓釜的承壓能力進行了認真核算，確定了高壓釜本體最高能夠承受120 MPa的內(nèi)部壓力。在隨后的實際驗證中，發(fā)現(xiàn)高溫高壓實驗釜存在以下問題。

圖1 曲柄搖桿機構搖桿極限位置計算簡圖

（1）釜內(nèi)溫度散失快。原高壓釜采用底部電阻絲加熱，加熱功率由溫控箱自帶溫度控制檢測系統(tǒng)通過PID運算調(diào)節(jié)。進行300℃溫度驗證時，由于高壓釜自身加熱功率、散熱速度等固有特性等原因，致使釜內(nèi)溫度散失過快，釜內(nèi)實際溫度無法達到設定溫度。

（2）釜內(nèi)壓力泄漏。高溫高壓實驗釜由釜體、釜蓋、密封墊和固定螺栓4部分組成（圖2）。實驗過程中，在釜內(nèi)高溫高壓的雙重作用下，釜蓋和密封墊極易發(fā)生微小變形，致使高壓介質(zhì)從釜蓋、釜體和密封墊之間的微小縫隙泄漏。泄漏程度隨著溫度、壓力的升高而變得愈加嚴重，嚴重影響實驗結果的有效性。

三、改進措施

1.加熱系統(tǒng)改造

在保留反應釜底部電加熱盤的同時，在反應釜側壁安裝電爐絲加熱桶，達到增加反應釜加熱功率的目的。加熱桶為對開式結構，電爐絲穿于碳化硅爐芯中，電爐絲端頭由爐殼側下部穿出，通過接線螺柱、橡套電纜與溫控箱連接。此外，在加熱系統(tǒng)的外部安裝厚度為100 mm的定型巖棉，以達到降低反應釜的散熱速度，減少熱損失的目的。

圖2 釜體密封結構改進示意圖

2.釜體密封結構改進

采用徑向脹緊密封代替原來的法蘭平面密封，新密封結構由壓緊螺栓、壓緊蓋、密封圈、脹緊芯棒、釜體和脹緊螺母等六部分組成，通過壓緊螺母將套在一起的壓緊蓋、密封圈和脹緊芯棒緊固裝配。密封圈使用耐高溫聚四氟乙烯材料加工而成，密封圈與脹緊芯棒接觸面為錐面。當釜內(nèi)壓力升高時，脹緊芯棒在釜內(nèi)壓力作用下向上移動，并將密封圈脹大，最終使密封圈與釜體壓緊。釜內(nèi)溫度和壓力越高，脹緊芯棒對密封圈的擴張力也就越大，釜體密封性能也相應增強。

四、改進效果

解決了高溫高壓實驗釜溫度散失快、釜體密封泄漏問題，改造后的高溫高壓實驗釜工作性能得到顯著提高，最高實驗溫度從150℃提高到300℃，最高實驗壓力從70 MPa提高到100 MPa，設備完成改造并投入使用后，工作性能穩(wěn)定、溫度損失和壓力泄漏量極小，目前仍在繼續(xù)使用。