随着〗海洋石油天然气工业技术的迅速发展和人们对能源的需求，深水油气田的开发将成为今后海洋石油行业发展的重点。水下油气生产系统受灾害ω天气影响较小，可靠性强，成为开采深水油气田的关键设施之一。海底管道阀门是水下油气生产系统设备的重→要组成部分。本文以某海上油田生产开发项目中两台海底管道◎球阀（以下简称球阀）的实际应用为例，介绍海底管道球阀的↘选型设计、陆地测试和海底操作。

 2 常用标准

    海底管道阀门是应用于海底管道上所有阀门的统称，其主要集中应用在海洋油气工程『的水下管汇、海底管道终端及油气㊣　输送管道上。海底管道阀门以球阀、平板闸阀和止回阀为主。

    海底管道阀门采用的标准主要有API6DSS、API6A、API17D和ISO13628－1。

3 操作方式

    海底管道阀门的操作方式主要有█液压控制、遥控操作（ROV－RemoteOperatedVehicle）和潜水╲员操作等。

   3.1 液压控制

    海底管道阀门与液压源、液压控制单元和脐带缆集成为一个系统，由带液压源的控制单▼元给海底管道阀门供压开启和≡关闭阀门。此种操作方式的优点是能够实现自动开启和关闭阀门，可以在海洋石油平台上实时监控海底管道阀门∮的状态，在液压控制系统失效时可以使卐用ROV操作阀门。但是，液压控制复杂，潜在◣的泄漏点较多，投资费用较高。

  3.2 ROV

    海底管●道阀门上设置有ROV接口，分为顶装和侧装两种类型，通过ROV搭载扭矩工具操作阀门开启和关闭。此种操作方式的优点是阀门结╳构相对液压控制较简单，费用相对较低，可节省项目工程建设阶段的费用。但是ROV操作在海上石油平台发生紧√急情况需要关Ψ 闭海底管道阀门时，不能实现应急关断，海上石油平台不能对海底管道阀门的状态实现监测。

  3.3 潜水员操▅作

    在水⊙深较浅时，海底管道阀门上通常配置有手轮，潜水员可采用空气潜水的方式对其进行操作。此外，对于有ROV接口的海▽底管道阀门，在条件允许的情∞况下，也可以由潜水员使用专用的操作工具，采用饱和潜水的方式对海底管道阀门进行操作。

4 选型设计

   4.1 主要技术指标

    球阀选型设计时主要考虑设♀计使用寿命、设计温度、设计压力、球阀形式、设计标准、阀门尺寸、压力等级、阀体材质、球体材质、ROV接口等级、ROV接口方式、ROV接口标准和阀门制造等级等。此外，还应注意阀门底座△形式、ROV把手及其形式、ROV中心线到阀门○中心线的距离、ROV接口处的防海生物保护装置、第三方检验范围和内容、阀门及执行机构高压水舱试验（影响费用和交货⊙时间）等。采购方〖在与供货商进行技术澄清时，要明确技术细节，以防出现不∩必要的合同变更。

    4.2 端面连接

    球¤阀的端面连接形式有法兰连接和对焊连接两〒种（图1）。 

（a）法兰连接  （b）对焊连接

图1 不同端面连接的海底管道球阀

    球阀采用对焊连接时，可以减少法兰连接时阀◣门潜在的泄漏源，提高了管道系统的☆可靠性。阀门除更换和维修不便之外，在操作、自重和价格等方面影响均不大。水下油气生产系统的设计首先要考◣虑阀门使用的①可靠性，兼顾可维修性。综合考虑，球阀宜采用焊接形式。

    4.3 密封形式

    球阀在深水条件下除了承受介质内压外，还承受№着静水压力，为了防止介质♂外漏或海水进入阀体，阀体与环境之间一般设置两道密封，其中金属密封作为主密封。阀座处的密封面有单活塞效应（SPE－SingPistonEffect）和双活塞Ψ 效应※（DPE－DoublePistonEffect）两种形式。SPE的原理是阀腔和上游密封面有一个密封面」积差。当阀腔压力增大到一定值↑时，阀腔与上游的压差大●于弹簧的初始压力，从而将阀座推离球体，实现阀腔压力向上游泄放。DPE的原理是ξ阀座下游和上游之间存在密封面积差。当阀腔〓内压力升高时，在压差和弹簧初始密封压力的作用下，阀座推向球体，实现阀门双◤向密封。球阀一般要求采用SPE+DPE的密封形式，通常将阀门上游密封面选为SPE，从而实现阀腔超压时自动向上『游泄放的功能。

    4.4 袖管

    袖管是焊□接在阀门两端的短节，用来与海底管道终端或水下管汇◇上的管线进行焊接。为了防止袖管焊接时对阀门本体的密封造成损①伤，一般要求阀门在出厂前完成袖管的焊接工作。同时为了便于后续与管线进行焊接，要求袖管采用与管线相同的材质。袖管的长度须保证其与管道焊接时产生的热量不对阀门的密封性◣能造成影响。袖管可以由阀门采购方提供材质编号和要求，由阀门制造厂购买，也可以由阀门采购方提供给阀门制造厂。袖管▅与阀门焊接完成后，需要对焊缝进行水压试验，并且需要第三方现场见证。

5 陆地功能测╱试

    球阀在出厂前必须完成包括外观检测、压力测试、操作功能测试等的工厂验收试验（FAT－FactoryAcceptanceTest）。FAT时通常需要采购方代表和第三方代表现场见证，发货⌒　前需要阀门制造厂提供第三方签字的FAT报告。

    球阀需要与管线进行→焊接，整个海底生产系统结构物建造完毕后，需要进行水压和电连续性等试验。在海底管道球卐阀下水安装前，还应▼该对其功能进行测试。主要是测试其打开和关闭操作的性能，包括旋转方向、扭矩大小和旋转圈数等。

 6 球阀的海底〗操作

    球阀A与海洋平台A的∏管线连接，球阀B与海洋平台B的管线连接，物流经海底管道三通汇合△后一起输送至FPSO进行处理（图2）。

图2 海底管道基盘布置

    下水前两台球阀都处于开启状态，海底管道基盘安装完毕后，由于整个海管ぷ系统需要进行通球和水压试验，因此两台阀门保持开启状态。试验完毕后，A平台先行投入生产，因此A阀仍然处于开↓启状态。此时B平∩台未投产，需要先将B阀关闭。等B平台投产时，再将B阀打开。因此需要对B阀进行关闭和开启操作。

    海底管道基盘由潜水员①采用饱和潜水的方式安装，海管系统试压完毕后，由潜水员采用█特殊工具（图3）将海底管道◣阀门B关闭。

图3 潜水员使用的海底管道球阀操作工具

    B平台投产时，需要将处于关闭状态的球阀B开启。此时，由于饱和潜水支持︻船已经复原，故采用ROV搭载扭矩工具来开启，ROV应为工作型，操作工具与陆地测试时使用的相同。球阀□　关闭时，ROV接口处指针指向字母S。球阀开启时，ROV接口处指针指向字母O（图4）。

（a）阀门处于关∩闭状态   （b）阀门处于开启状●态

图4 海底管道球阀关闭和开启状态

 7 结语

    深海油气开采是未来资源开发的发展趋势，海底管道阀门是海底管道管╳汇等设备的关⊙键部件，将得到越来越广泛的应ξ用。