高性能特種彈性體的拓展（五）
——抗爆炸減壓彈性體

謝忠麟，馬 曉，吳淑華

（北京橡膠工業(yè)研究設計院有限公司，北京 100143）

近年來，非輪胎橡膠制品用彈性體不斷推出新品種、新牌號，以適應上游行業(yè)產(chǎn)品日益嚴苛的技術要求。本文介紹抗爆炸減壓彈性體。

1 彈性體快速氣體減壓現(xiàn)象

20世紀末，一家國外石油公司在深海平臺上第1次發(fā)現(xiàn)閥門發(fā)生快速氣體減壓（rapid gas decompression，簡稱RGD）或稱爆炸減壓（explosive decompression，簡稱ED）現(xiàn)象，閥門失效后該公司不得不停止作業(yè)數(shù)周以更換閥門，損失慘重。2002年美國石油學會標準API 6D管線閥門規(guī)定：設計壓力高于ASME Class 600等級的閥門產(chǎn)品必須設計防爆炸減壓功能。

油氣田橡膠密封件發(fā)生爆炸減壓的原因是：油氣田系統(tǒng)高壓和高溫環(huán)境使氣體（甲烷、二氧化碳和硫化氫等）滲入彈性體內(nèi)，當高壓含氣系統(tǒng)壓力極速下降，會破壞系統(tǒng)中彈性體內(nèi)外部氣體壓力的平衡，氣體快速從彈性體中溢出，導致系統(tǒng)膨脹。若系統(tǒng)膨脹足夠大，且壓降速率比天然氣擴散速率快會導致彈性體部件發(fā)生起泡或爆裂（內(nèi)外裂縫、貫穿裂縫，見圖1[1-2]）等嚴重問題，造成密封失效。

2 抗爆炸減壓彈性體的檢測標準及試驗條件

應用于油氣田氣體快速減壓配件用的彈性體稱為抗爆炸減壓[anti-explosive decompression（簡稱AED）或explosive decompression resistant（簡稱EDR），兩者中文也稱抗內(nèi)爆]彈性體。生產(chǎn)商供應的抗爆炸減壓彈性體必須通過有關國際公認的標準檢測并獲得合格證書才能給油氣工業(yè)用戶供貨，主要檢測標準有4個：挪威石油工業(yè)技術法規(guī)NORSOK M-710[3]、美國腐蝕工程師協(xié)會標準NACE TM 0297[4]、法國道達爾石油公司標準TOTAL GS EP PW 142[5]、國際標準ISO 23936-2[6]，其中NORSOK M-710廣泛擴展，現(xiàn)在已經(jīng)為全球所公認，國內(nèi)外許多公司都申請此認證。最新版的NORSOK M-710（2014年第3版）檢測方法和要求按照國際標準ISO 23936-2—2011執(zhí)行。GB/T 34903.2[7]等同于采用國際標準ISO 23936-2。

表1列出彈性體快速氣體減壓最新檢測標準及試驗條件。國外有一些檢測公司具有檢測認證的資質(zhì)，例如NORSOK M-710認證有名的單位：英國的元素材料技術公司（Element Materials Technology，簡稱Element）和材料工程研究實驗室有限公司（Materials Engineering Research Laboratory Ltd，簡稱MERL），我國橡膠制品企業(yè)基本由Element公司認證。

表1 彈性體快速氣體減壓檢測標準及試驗條件Tab.1 Rapid gas decompression test standards and test conditions for elastomers

3 抗爆炸減壓彈性體的認證

表2是選取國內(nèi)外幾家橡膠制品公司[8-11]通過NORSOK M-710認證的抗爆炸減壓彈性體的膠種及類型，膠種多數(shù)是氟橡膠，其次是氫化丁腈橡膠，少數(shù)是四丙氟橡膠和全氟醚橡膠。同一膠種也有不同類型，因為除了考慮彈性體的抗快速氣體減壓性能外，還要綜合考慮其對接觸的氣液腐蝕性介質(zhì)的耐受性能和耐高低溫性能等。

表2 部分公司通過NORSOK M-70認證的抗爆炸減壓彈性體的膠種和類型Tab.2 Varieties and types of NORSOK-70 certified anti-explosive decompression elastomers of some companies

目前尚未見到有關抗爆炸減壓彈性體性能的國際標準、國家標準或行業(yè)標準。表3列出英國東部密封（Eastern Seals）公司[9]和美國派克（Parker）[12]公司部分已通過MORSOK-710認證的抗爆炸減壓彈性體的性能指標和/或?qū)崪y值以供參考。

表3 通過NORSORK M-710認證的部分彈性體的指標和/或?qū)崪y值Tab.3 Limits and/or measured values of some elastomers certified by NOSORK M-710

（續(xù)表3）

4 抗爆炸減壓彈性體的配方

國內(nèi)外生產(chǎn)油氣工業(yè)用抗爆炸減壓彈性體配件的企業(yè)對膠料配方設計和使用配方均保密，從為數(shù)不多的專利申請文件摘錄部分實施例列于表4—11，由于專利文件的特點，并不能完全反映配方的真實性，但可以從中了解一些技術思路，以作參考。

表4 耐低溫氟醚橡膠抗爆炸減壓彈性體（-25 °C級）Tab.4 Low temperature resistant fluoroether rubber antiexplosive decompression elastomers（-25 °C grade）

表5 耐低溫氟醚橡膠抗爆炸減壓彈性體（-30 °C級）Tab.5 Low temperature resistant fluoroether rubber anti-explosive decompression elastomers（-30 °C grade）

表6 耐低溫氟醚橡膠抗爆炸減壓彈性體（-40 °C級）Tab.6 Low temperature resistant fluoroether rubber antiexplosive decompression elastomers（-40 °C grade）

表7 過氧化物硫化高氟含量FKM抗爆炸減壓彈性體Tab.7 Peroxide curable high fluorine content FKM antiexplosive decompression elastomers

表8 HNBR抗爆炸減壓彈性體Tab.8 HNBR anti-explosive decompression elastomers

表9 四丙氟橡膠抗爆炸減壓彈性體Tab.9 Tetrafluoroethylene-propylene rubber anti-explosive decompression elastomers

表10 5型FKM抗爆炸減壓彈性體Tab.10 Type 5 FKM anti-explosive decompression elastomers

表11 全氟醚橡膠抗爆炸減壓彈性體Tab.11 Perfluoroether rubber anti-explosive decompression elastomers

5 結(jié)語

隨著應用市場對橡膠制品的性能要求不斷提高，橡膠制品用特種彈性體的品種不斷豐富、性能不斷拓展，本文所述抗爆炸減壓彈性體材料只是眾多高性能彈性體中的一個種類。我國生產(chǎn)的特種彈性體已涵蓋各大品種，但大多商業(yè)化產(chǎn)品屬于通用型品種，許多高性能特種彈性體仍需進口或處于研發(fā)/試產(chǎn)階段。相信在“十四五”規(guī)劃的指導和廣大科研工作者的不懈奮斗下，我國將會有更多高性能特種彈性體實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，為生產(chǎn)高性能橡膠制品提供優(yōu)質(zhì)原料。