一种用于非金属密封件密封性能鉴定的试验装置的制作方法

本实用新型涉及石油设备行业设计确认领域，具体涉及一种用于非金属密封件密封性能鉴定的试验装置。

背景技术：

石油设备行业中，型密封圈(S密封)能够在高压且有大的挤压间隙的情况下工作，被应用于多种石油和天然气行业的工作中。

S密封是井口装配和采油树设备中启闭流体的重要非金属密封件，产品型号规格多样，其安全可靠性至关重要，一旦S密封失效，会造成油(气) 井钻井或生产停息，产生巨大的经济损失和安全事故，并会造成重大环境污染等。随着国内石油井口装配和采油树设备需求和出口的增加，国内外用户对产品的安全性、可靠性的要求不断提高，对性能等级为2级的产品的需求增加。目前世界上主要的石油公司在采购产品前，需要对产品的性能鉴定试验完成情况进行审核，性能鉴定试验完成是采购的前提条件。国内石油企业在发展初期对性能鉴定试验不是很重视，但在发展到一定规模后，尤其在与国外石油公司合作时，性能鉴定试验就是前提条件。如进入道达尔、壳牌、雪佛龙、康菲等国外石油企业供应链，在供应链审核中最关键一项就是产品性能鉴定试验。

S密封装置试验是非金属密封PR2性能鉴定的一部分，属于非金属流体兼容性试验，需要单独进行试验。S密封装置试验设计需要满足ISO 10423: 2009附录F.1.13.5.3标准对装置试验的要求。

在国内石油装备企业中，起步比较早的是美钻石油钻采系统工程(上海) 有限公司，其公司在2008年准备进入壳牌全球供应链和道达尔全球供应链时建立了性能鉴定实验室，2008年以前的性能试验是委托英国摩尔实验室进行试验，费用非常昂贵，后来在壳牌工程师的帮助下，借鉴英国摩尔实验室的经验建立了自己的实验室，开始自主创新设计自己的产品性能试验方案及程序，但受到国外公司技术封锁，试验软件方面一直不是很理想。

随着国内石油企业的发展，陆续走出国门，但产品性能鉴定试验一直是个瓶颈问题，虽然建立了自己的简易实验室，但在性能试验的方案和测试程序方面还非常弱化，甚至有些公司直接按照标准条款要求进行测试，导致原本设计满足要求的产品试验结果失败。也有些国内企业也借鉴美钻石油钻采系统工程(上海)有限公司实验室的经验，但在试验方案和测试程序方面还是不够成熟，在准备进入国外石油企业供应链审核时，总会被发现很多问题，导致无法通过供应商链审核。

出于对目前国内石油企业的现状，在熟悉美钻石油钻采系统工程(上海) 有限公司实验室条件的情况下，对S密封试验装置及其方法进行了设计，可以给国内石油装备企业在做该方面试验时提供借鉴或参考。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种鉴定非金属密封件，特别是型密封圈或同类产品的密封性能是否符合PR2试验要求的试验装置。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种用于非金属密封件密封性能鉴定的试验装置，所述的试验装置包含：装置本体，其内部具有空腔，空腔开口于装置本体底部；装置本体底部设有与装置本体紧密连接的底盖；所述空腔内设有与装置本体内壁存在间隙的填充件，所述装置本体内壁与填充件的侧壁之间的间隙设有待检测的非金属密封件；装置本体顶部设有与所述空腔相通的注液口，该注液口通过可拆卸的密封件进行密封；所述底盖上设有用于检测是否存在泄漏的检测孔，该检测孔与渗漏检测装置连接；与非金属密封件上部的空腔相通，用于通入气体的若干条增压管线；与非金属密封件上部的空腔相通的泄压管线；用于加热所述装置本体的加热装置；设置在所述装置本体上，用于测量所述装置本体内部温度的温度测量装置；及设置在所述装置本体上，用于测量非金属密封件上部空腔压力的压力测量装置。

较佳地，所述的填充件为圆柱体，所述的非金属密封件为O形密封圈。

较佳地，所述的底盖为法兰。

较佳地，所述的加热装置包含设置在所述装置本体外侧的加热瓦。

较佳地，所述的温度测量装置包含温度传感器，所述的压力测量装置包含压力传感器和压力表。

较佳地，所述的试验装置还包含：设置在所述试验装置外的试验操作箱，其与通风设备相连。

使用上述的试验装置对非金属密封件的密封性能的进行鉴定试验，所述的增压管线为第一增压管线和第二增压管线，试验方法包含以下步骤：

步骤1：通过注液口，向非金属密封件上部的空腔内注入液体试验介质；

步骤2：打开第一增压管线上的阀门，向非金属密封件上部的空腔内通入增压气体，使其增压至300±30psi，然后关闭第一增压管线上的阀门；

步骤3，进行温度试验，所述的温度试验包含高温试验、室温试验和低温试验的任意一种或两种以上的组合；

所述的高温试验包含：

a：对装置本体加热，使其升温至121℃至132℃；

b：打开第二增压管线上的阀门，通入辅助增压气体，增压至15000psi，在增压过程中，试验温度保持在121℃至132℃；

c：压力稳定后，保压时间不少于160个小时；保压过程中试验温度保持在121℃至132℃；保压期间压降不能大于500psi；

d：停止加热，冷却试验装置至室温；打开泄压管线上的阀门，按小于1000psi/min的速度进行泄压，直至压力为0；

所述的室温试验包含：

e：试验装置处于室温，打开第二增压管线上的阀门，通入辅助增压气体，增压至15000psi；

f：压力稳定后开始保压，保压时间不少于1个小时；保压期间压降不能大于500psi；

g：打开泄压管线上的阀门，按小于1000psi/min的速度进行泄压，直至压力为0；

所述的低温试验包含：

h：使试验装置降温至-18℃到-29℃之间；

i：打开第二增压管线的阀门，通入辅助增压气体，打压至15000psi，在增压过程中，试验温度保持在-18℃至-29℃；

j：保压，保压时间不少于1个小时；保压期间压降不能大于500psi；

k：打开泄压管线上的阀门，按小于1000psi/min的速度进行泄压，直至压力为0；使试验装置回至室温后完成实验。

较佳地，所述的液体试验介质包含柴油和水；所述的增压气体包含：H2S、 CO2和CH4，所述的辅助增压气体包含氮气。

较佳地，保压期间压降大于500psi时，打开第二增压管线上的阀门，增压至15000psi。

较佳地，在进行步骤1前，还包括检测所述试验装置气密性的本体气压试验，该本体气压试验方法包含：

(1)将试验装置放入水中；

(2)进行步骤L：通过第一增压管线通入辅助增压气体打压至15000psi；确保压力稳定后，保压时间不少于15分钟，泄压至0；重复步骤L一次；

(3)试验过程中观察水中是否有气泡产生及保压期间压力的变化率。

有益效果：

本实用新型所提供的用于非金属密封件密封性能鉴定的试验装置，实现了非金属密封件的PR2级别密封性能的鉴定。本实用新型的试验装置满足 ISO 10423:2009附录F.1.13.5.3标准对装置试验的要求，可应用到石油设备井口和采油树的装置试验中。

附图说明

图1为本实用新型的用于非金属密封件密封性能鉴定的试验装置结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

如图1所示，本实用新型提供了一种用于非金属密封件密封性能鉴定的试验装置，该试验装置主要针对型密封圈(S密封)或类似产品的PR2级别密封性能的鉴定试验。该试验装置包含：装置本体1，其内部具有空腔，空腔开口于装置本体1的底部；装置本体1底部设有与装置本体1 紧密连接的底盖12；所述空腔内设有与装置本体1内壁存在间隙的填充件13，所述装置本体1内壁与填充件13的侧壁之间的间隙设有待检测的非金属密封件2；装置本体1顶部设有与所述空腔相通的注液口14，该注液口14通过可拆卸的密封件进行密封；所述底盖12上设有用于检测是否存在泄漏的检测孔 121，检测孔121与渗漏检测装置连接。在一些实施例中，底盖12为法兰。非金属密封件2可将装置本体1内部的空腔隔断，使试验介质无法通过非金属密封件2，也就无法从检测孔121流出。

本实用新型的试验装置中，填充件13为圆柱体，非金属密封件2为O 形密封圈，适用于型密封圈(S密封)的密封性能鉴定试验。

该试验装置还包含与非金属密封件2上部的空腔相通，用于通入气体的若干条增压管线。通过增压管线对非金属密封件2上部的空腔进行增压，可检测高压条件下非金属密封件2的密封性。该试验装置还设有与非金属密封件2上部的空腔相通的泄压管线5。增压管线和泄压管线5上分别设置有阀门6。阀门6为截止阀。本实用新型中，设置2根增压管线，分别为第一增压管线3和第二增压管线4。进行装置试验时，如果非金属密封件2密封性能失效，试验介质(液体或气体)会从检测孔12泄漏。渗漏检测装置采用排水法对泄漏的气体进行收集和测量。

该试验装置还包含用于加热所述装置本体1的加热装置，可用于检测高温环境下非金属密封件2的密封性。

在一些实施例中，加热装置选择加热瓦，根据装置本体1的外径定做，保证有效且均匀的加温。

该试验装置还包含设置在装置本体1上，用于测量装置本体1内部温度的温度测量装置；设置在装置本体1上，用于测量装置本体1内部压力的压力测量装置。

在一些实施例中，所述的温度测量装置为温度传感器，所述的压力测量装置包括压力传感器和压力表。

本实用新型的试验装置外设置有试验操作箱，其与通风设备相连。试验过程中，试验操作箱使试验装置处于负压环境中，能及时抽走气体试验介质。

使用本实用新型的试验装置对密封性能鉴定的试验方案为：

a)试验装置按照可以重复使用的原则，模拟S密封工作环境并设计成分体式；

b)试验装置选用API6A推荐的标准连接法兰，装置本体和法兰配套进行设计；

c)装置用的螺栓为埋头螺栓，根据经验，埋头螺栓容易安装，工装体积小、重量轻；

d)温度测量安装标准要求在法兰上打直径小于13mm的孔，孔离内壁距离小于13mm；

e)温度加热装置使用加热瓦，根据试验装置外径定做加热瓦，最高温度要达到140℃；

f)试验装置外部设有试验操作箱，内部抽风，形成负压，使气体泄漏能及时排出；

g)试验用的管线、截止阀和接头使用防腐材料；

h)试验高压接头使用Autoclave扣型，确保高压密封。

试验操作步骤有2部分，包括本体气压试验和装置试验，试验操作说明如下：

1.本体气压试验

1.1所需计量器具：

a校准的压力表(量程：0-20000psi)；

b校准的压力图表记录仪。

1.2试验介质：

氮气。

试验温度：

室温。

1.3试验步骤：

a)非金属密封件安装到试验装置的填充件上，然后按图1连接试验装置，并通过行车吊入气压试验池，下放至装置的螺栓完全放入水中，上部离水面约5cm，便于观察到是否有泄漏而导致气泡冒出；

b)关闭除第一增压管线的截止阀外的其它全部截止阀；

c)在试验装置的第一增压管线打气压15000psi以上，但不能超过 15500psi；

d)确保压力稳定后，关闭第一增压管线的截止阀开始保压，保压时间不低于15分钟；

e)保压完成后缓慢打开第一增压管线的截止阀，按小于1000psi/min的速度泄压至0；

f)继续在试验装置的第一增压管线打气压至15000psi；

g)确保压力稳定后，关闭第一增压管线的截止阀开始保压，保压时间不低于15min；

h)保压完成后缓慢打开第一增压管线的截止阀，按小于1000psi/min的速度泄压至0psi；

i)符合验收标准后，将试验装置吊出试压池，继续试验。

验收标准

a在气压试验中，在保压期间水池内无可见的气泡产生；

b保压期间压力稳定，每小时变化率应保持在500psi以内。

2.装置试验

2.1所需计量器具

a校准的压力表(量程：0-20000psi)

b校准的压力传感器(连接电脑，在电脑控制软件中显示压力值)

c校准的温度传感器(连接电脑，在电脑控制软件中显示温度值)

2.2试验介质

a柴油，水；

b增压气体为混合气体(10％H2S，80％CO2，10％CH4)；

c辅助增压气体为氮气。

2.3试验温度

室温：25±5℃；

最高温度：121℃～132℃；

最低温度：-18℃～-29℃。

2.4试验步骤：

a)根据非金属密封件上部的空腔的大小，计算出占该空腔净容积60％的柴油量和5％的水量，用合适的量筒量取对应的柴油和蒸馏水。

b)通过注液孔向空腔内注入已准备柴油，再注入蒸馏水。

c)然后按图1连接设备，关闭所有截止阀，将试验装置放入试验操作箱，打开通风设备，使试验装置处于负压状态。

d)操作人员(必须2人以上)按照防护要求穿戴好防毒面具，准备进行后续加混合气体操作。

e)打开第一增加管线的截止阀，用混合气体使非金属密封件上部的空腔增压至300±30psi，然后关闭截止阀，把第一增压管线中的混合气体释放，然后拆除第一增压管线；

f)启动温度控制系统，对装置本体进行缓慢加热，升温至121℃以上，控制在121℃到132℃之间；

g)打开第二增压管线的截止阀，通过氮气为非金属密封件上部的空腔增压至15000psi，在增压过程中，试验温度不能低于121℃或高于132℃；

h)关闭第二增压管线的截止阀，氮气增压系统泄压；

i)力稳定后保压160个小时，保压期间试验压降不高于500psi，保压过程中试验温度不能低于121℃或高于132℃。(该过程每30min记录一次，高温保压期间在试验装置的检测孔用排水法对泄漏的气体进行收集，每隔4小时进行记录一次。)

j)通过温度控制系统停止加热，使试验装置冷却至室温(25±5℃)；

k)缓慢打开泄压管线的截止阀，按小于1000psi/min的速度进行泄压，直至压力降至0；

l)关闭泄压管线的截止阀，打开第二增压管线的截止阀，通过氮气使非金属密封件上部的空腔增压至15000psi；

m)压力稳定后开始保压，保压时间不少于1个小时，保压期间试验压降不高于500psi；

n)缓慢打开泄压管线的截止阀，按小于1000psi/min的速度进行泄压，直至压力降至0；

o)拆除试验装置上的加热瓦，把试验装置放入到高低温试验箱；

p)设定高低温试验箱为降温模式，分段对试验装置进行降温，降温至 -18℃到-29℃之间；

q)打开第二增压管线的截止阀，通过氮气为非金属密封件上部的空腔打压至15000psi，在增压过程中，试验温度不能低于-29℃或高于-18℃；

r)压力稳定后开始保压，保压时间不少于1个小时，保压期间压降不能大于500psi；

s)缓慢打开泄压管线的截止阀，按小于1000psi/min的速度泄压，直至压力降至0；

t)敞开高低温试验箱，让试验装置回至室温。

验收标准

a.在整个额定压力保压期间，试验压降应小于500psi，当压降大于500psi 时，可用氮气从第二增压管线增压至15000psi；

b.在高温试验过程中，最高试验温度不能低于121℃或高于132℃；

c.在低温试验过程中，最低试验温度不能低于-29℃或高于-18℃；

d.在160小时高温试验后，渗漏检测装置检测到的泄漏量应少于 100cm³，没有持续可见气泡(20cm³/h及以上)；

e.在室温和低温试验后，渗漏检测装置检测到的泄漏量应少于20cm³，没有持续可见气泡(20cm³/h及以上)。

综上所述，采用本实用新型所提供的用于非金属密封件密封性能鉴定的试验装置，实现了非金属密封件的PR2级别密封性能鉴定的装置试验。本实用新型的试验装置满足ISO 10423:2009附录F.1.13.5.3标准对装置试验的要求，可应用到石油设备井口和采油树的装置试验中。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。