石油管材防腐涂层耐高温高压性能实验釜改造

通过对高温高压实验釜加热系统和密封结构进行优化改造，解决了釜内温度散失快，釜体密封泄露等问题，大大提高了设备的实验能力，为进一步研究石油管材防腐涂层的耐高温高压性能创造了条件。

一、概述

高温高压实验釜是评价石油管材防腐涂层耐高温高压性能的关键设备，其运行效率和可靠性直接关系到实验结果的有效性。整套高温高压性能实验釜由反应釜、加热系统、温度控制系统、加压系统、压力测量系统、高压阀门及管路组成，如图1左图所示。设备工作原理是：将待检验的涂层试样放入高温高压实验釜中，随后将釜盖密封好，通过加压泵和加热系统对高温高压釜进行加温加压，釜内温度和压力达到规定条件后,保温保压一段时间，直到实验结束。最后，取出试样、检验涂层各项性能变化情况。根据石油行业标准《SY/T 0544-2010 石油钻杆内涂层技术条件》规定，防腐试样需要在在148℃、70MPa的高温高压高腐蚀环境下保温保压24小时。随着油气勘探向纵深发展，对高温高压性能提出了更高的要求。客户要求对产品在300℃、100MPa工况下的耐高温高压性能进行评价。

图1高温高压釜示意图

二、存在问题

为了满足客户需要，我们首先对现有高温高压釜的承压能力进行了认真核算，确定了高压釜本体最高能够承受120MPa的内部压力。而在随后的实际验证中，发现高温高压实验釜存在以下问题。

2.1釜内温度散失快。原高压釜采用底部电阻丝加热，加热功率由温控箱自带温度控制检测系统通过PID运算调节。进行300℃温度验证时，由于高压釜自身加热功率、散热速度等固有特性等原因，致使釜内温度散失过快，釜内实际温度无法达到设定温度。

2.2釜内压力泄漏。高温高压实验釜由釜体、釜盖、密封垫和固定螺栓四部分组成，如图2右图所示。实验过程中，在釜内高温高压的双重作用下，釜盖和密封垫极易发生微小变形，致使高压介质从釜盖、釜体和密封垫之间的微小缝隙泄漏。泄漏程度随着温度、压力的升高而变得愈加严重，严重影响实验结果的有效性。

三、改进措施

3.1加热系统改造

在保留反应釜底部电加热盘的同时，在反应釜侧壁安装电炉丝加热桶，达到增加反应釜加热功率的目的。加热桶为对开式结构，电炉丝穿于碳化硅炉芯中，电炉丝端头由炉壳侧下部穿出，通过接线螺柱、橡套电缆与温控箱连接。此外，在加热系统的外部安装厚度为100毫米的定型岩棉，以达到降低反应釜的散热速度，减少热损失的目的。

3.2釜体密封结构改进

采用径向胀紧密封代替原来的法兰平面密封。如图2左图所示，新密封结构由压紧螺栓、压紧盖、密封圈、胀紧芯棒、釜体和胀紧螺母等六部分组成，通过压紧螺母将套在一起的压紧盖、密封圈和胀紧芯棒紧固装配。密封圈使用耐高温聚四氟乙烯材料加工而成，密封圈与胀紧芯棒接触面为锥面。当釜内压力升高时，胀紧芯棒在釜内压力作用下向上移动，并将密封圈的胀大，最终使密封圈与釜体压紧。釜内温度和压力越高，胀紧芯棒对密封圈的扩张力也就越大，釜体密封性能也相应增强。

图2釜体密封结构改进示意图

四、改进效果

解决了高温高压实验釜温度散失快，釜体密封泄露的问题，改造后的高温高压实验釜工作性能得到显著提高，最高实验温度从150℃提高到了300℃，最高实验压力从70MPa提高到了100MPa，设备完成改造并投入使用后，工作性能稳定、温度损失和压力泄露量极小，目前仍在继续使用。