随着海洋石油天然气工业技术的快速发展和人们对能源的需求，深水油气田的开发将成为将来海洋石油行业发展的重点。水下油气生产系统受水灾天气影响较小，靠谱性强，成为开采深水油气田的关键设施之一。海底管线球阀是水下油气生产系统设备的重要组成部份。本文以某海上油井生产开发项目中两台海底管线阀门（以下简称阀门）的实际应用为例，介绍海底管线阀门的选型设计、陆地检测和海底操作。

2常用标准

海底管线球阀是应适于海底管线上所有球阀的合称，其主要集中应用在海洋油气安装工程的水下管汇、海底管线终端及油气输送管线上。海底管线球阀以阀门、平板阀门和阀门为主。

海底管线球阀选用的标准主要有、API6A、和－1。

3操作模式

海底管线球阀的操作方法主要有油压控制、遥控操作（ROV－e）和潜水员操作等。

3.1油压控制

海底管线管件与油压源、液压控制单元和脐带缆集成为一个系统，由带油压源的控制单元给海底管线管件供压开启和关掉管件。此种操作模式的特点是能否实现手动开启和关掉管件，可以在海洋石油平台上实时监控海底管线球阀的状态，在油压控制系统失效时可以使用ROV操作球阀。虽然，油压控制复杂，潜在的泄露点较差，投资成本较高。

3.2ROV

海底管线球阀上设置有ROV插口，分为顶装和侧装两种类别，通过ROV配备转速工具操作球阀开启和关掉。此种操作模式的特点是阀体结构相对油压控制较简略，成本相对较低，可节约项目安装工程建设阶段的开销。虽然ROV操作在海上石油平台发生紧急状况还要关掉海底管线管件时，不能实现应急关断，海上石油平台不能对海底管线管件的状态实现检测。

3.3潜水员操作

在水深较浅时，海底管线管件上一般配置有手轮球阀类型，潜水员可选用空气潜水的方法对其进行操作。之外，对于有ROV插口的海底管线蝶阀，在条件容许的状况下，也可以由潜水员使用专用的操作工具，辅以饱和潜水的方法对海底管线球阀进行操作。

4选型设计

4.1主要技术指标

阀门选型设计时主要考虑设计使用寿命、设计体温、设计压力、球阀方式、设计标准、阀门规格、压力等级、阀体材质、球体材质、ROV插口等级、ROV插口模式、ROV插口标准和管件制造等级等。之外，还应留意管件托架方式、ROV把手及其方式、ROV中心线到管件中心线的距离、ROV插口处的防海生物保护装置、第三方检测范围和内容、阀门及执行机构高压水舱实验（影响成本和交货时间）等。采购方在与供货商进行技术辟谣时，要明晰技术细节，以防出现何必要的协议变更。

4.2轮缘连结

阀门的轮缘连结方式有法兰连结和焊接连结两种（图1）。

（a）法兰连结（b）焊接连结

图1不同轮缘连结的海底管线阀门

阀门选用焊接连结时，可以提高法兰连结时球阀潜在的泄露源，增加了管线系统的牢靠性。管件除更换和修理不便此外，在操作、自重和售价等方面影响均不大。水下油气生产系统的设计首先要考虑管件使用的牢靠性，兼具可修理性。综合考虑，阀门宜选用铆接方式。

4.3密封方式

阀门在深水条件下不仅承受介质内压外，还承受着静水压力，为了避免介质外漏或海水踏入阀门，阀门与环境之间通常设置两道密封，其中金属密封作为主密封。喷嘴处的密封面有单活塞效应（SPE－）和双活塞效应（DPE－）两种方式。SPE的原理是阀腔和上游密封面有一个密封面积差。当阀腔压力减小到一定值时，阀腔与上游的压差小于弹簧的初始压力，因而将汽缸推离立方体，实现阀腔压力向下游泄放。DPE的原理是喷嘴下游和上游之间存在密封面积差。当阀腔内压力下降时，在压差和弹簧初始密封压力的作用下，联轴器推向立方体，实现管件单向密封。阀门通常要求选用SPE+DPE的密封方式，一般将管件上游密封面选为SPE，进而实现阀腔超压时自动向上游泄放的功能。

4.4袖管

袖管是铆接在阀体两端的短节，拿来与海底管线终端或水下管汇上的管道进行点焊。为了避免袖管冲压时对管件本体的密封导致外伤，通常要求管件在出厂前完成袖管的冲压工作。同时为了方便后续与管道进行弧焊，要求袖管选用与管道相似的材质。袖管的宽度须保证其与管线冲压时形成的糖分不对球阀的密封功耗导致影响。袖管可以由管件采购方提供材质编号和要求，由管件制造厂订购，也可以由管件采购方提供给管件制造厂。袖管与管件冲压完成后，还要对点焊进行水压实验，使得还要第三方现场见证。

5陆地功能检测

阀门在出厂前务必完成包括外型测试、压力检测、操作功能检测等的车间初验实验（FAT－t）。FAT时一般还要采购方代表和第三方代表现场见证，发货前还要管件制造厂提供第三方签字的FAT报告。

阀门还要与管道进行弧焊，整个海底生产系统结构物建造完毕后，还要进行水压和电连续性等实验。在海底管线阀门下水安装前，还应当对其功能进行检测。主要是检测其打开和关掉操作的功耗，包括旋转方向、扭矩大小和旋转圈数等。

6阀门的海底操作

阀门A与海洋平台A的管道联接，阀门B与海洋平台B的管道联接，货运经海底管线三通汇合后一起输送至FPSO进行处理（图2）。

图2海底管线基盘布置

下水前两台阀门都处于开启状态，海底管线基盘安装完毕后，因为整个海管系统还要进行通球和水压实验，所以两台球阀保持开启状态。实验完毕后球阀类型，A平台先行投入生产，所以A阀依然处于开启状态。此刻B平台未开工，还要先将B阀关掉。等B平台开工时，再将B阀打开。因而还要对B阀进行关掉和开启操作。

海底管线基盘由潜水员选用饱和潜水的形式安装，海管系统试压完毕后，由潜水员选用特殊工具（图3）将海底管线管件B关掉。

图3潜水员使用的海底管线阀门操作工具

B平台开工时，还要将处于关掉状态的阀门B开启。此刻，因为饱和潜水支持船早已复原，故选用ROV配备转速工具来开启，ROV应为工作型，操作工具与陆地检测时使用的相似。阀门关掉时，ROV插口处表针对准字母S。阀门开启时，ROV插口处表针对准字母O（图4）。

（a）球阀处于关掉状态（b）球阀处于开启状态

图4海底管线阀门关掉和开启状态

7结语

浅海油气开采是未来资源开发的发展趋势，海底管线球阀是海底管线管汇等设备的关键部件，将得到越来越广泛的应用。

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