謝忠麟，馬 曉，吳淑華

（北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100143）

近年來(lái)，非輪胎橡膠制品用彈性體不斷推出新品種、新牌號(hào)，以適應(yīng)上游行業(yè)產(chǎn)品日益嚴(yán)苛的技術(shù)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(jì)末，一家國(guó)外石油公司在深海平臺(tái)上第1次發(fā)現(xiàn)閥門(mén)發(fā)生快速氣體減壓（rapid gas decompression，簡(jiǎn)稱(chēng)RGD）或稱(chēng)爆炸減壓（explosive decompression，簡(jiǎn)稱(chēng)ED）現(xiàn)象，閥門(mén)失效后該公司不得不停止作業(yè)數(shù)周以更換閥門(mén)，損失慘重。2002年美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API 6D管線(xiàn)閥門(mén)規(guī)定：設(shè)計(jì)壓力高于ASME Class 600等級(jí)的閥門(mén)產(chǎn)品必須設(shè)計(jì)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(dāng)高壓含氣系統(tǒng)壓力極速下降，會(huì)破壞系統(tǒng)中彈性體內(nèi)外部氣體壓力的平衡，氣體快速?gòu)膹椥泽w中溢出，導(dǎo)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(kuò)散速率快會(huì)導(dǎo)致彈性體部件發(fā)生起泡或爆裂（內(nèi)外裂縫、貫穿裂縫，見(jiàn)圖1[1-2]）等嚴(yán)重問(wèn)題，造成密封失效。

2 抗爆炸減壓彈性體的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)條件

應(yīng)用于油氣田氣體快速減壓配件用的彈性體稱(chēng)為抗爆炸減壓[anti-explosive decompression（簡(jiǎn)稱(chēng)AED）或explosive decompression resistant（簡(jiǎn)稱(chēng)EDR），兩者中文也稱(chēng)抗內(nèi)爆]彈性體。生產(chǎn)商供應(yīng)的抗爆炸減壓彈性體必須通過(guò)有關(guān)國(guó)際公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)并獲得合格證書(shū)才能給油氣工業(yè)用戶(hù)供貨，主要檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)有4個(gè)：挪威石油工業(yè)技術(shù)法規(guī)NORSOK M-710[3]、美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)NACE TM 0297[4]、法國(guó)道達(dá)爾石油公司標(biāo)準(zhǔn)TOTAL GS EP PW 142[5]、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 23936-2[6]，其中NORSOK M-710廣泛擴(kuò)展，現(xiàn)在已經(jīng)為全球所公認(rèn)，國(guó)內(nèi)外許多公司都申請(qǐng)此認(rèn)證。最新版的NORSOK M-710（2014年第3版）檢測(cè)方法和要求按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 23936-2—2011執(zhí)行。GB/T 34903.2[7]等同于采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 23936-2。

表1列出彈性體快速氣體減壓最新檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)條件。國(guó)外有一些檢測(cè)公司具有檢測(cè)認(rèn)證的資質(zhì)，例如NORSOK M-710認(rèn)證有名的單位：英國(guó)的元素材料技術(shù)公司（Element Materials Technology，簡(jiǎn)稱(chēng)Element）和材料工程研究實(shí)驗(yàn)室有限公司（Materials Engineering Research Laboratory Ltd，簡(jiǎn)稱(chēng)MERL），我國(guó)橡膠制品企業(yè)基本由Element公司認(rèn)證。

表1 彈性體快速氣體減壓檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)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(rèn)證

表2是選取國(guó)內(nèi)外幾家橡膠制品公司[8-11]通過(guò)NORSOK M-710認(rèn)證的抗爆炸減壓彈性體的膠種及類(lèi)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(lèi)型，因?yàn)槌丝紤]彈性體的抗快速氣體減壓性能外，還要綜合考慮其對(duì)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(guò)NORSOK M-70認(rèn)證的抗爆炸減壓彈性體的膠種和類(lèi)型Tab.2 Varieties and types of NORSOK-70 certified anti-explosive decompression elastomers of some companies

目前尚未見(jiàn)到有關(guān)抗爆炸減壓彈性體性能的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。表3列出英國(guó)東部密封（Eastern Seals）公司[9]和美國(guó)派克（Parker）[12]公司部分已通過(guò)MORSOK-710認(rèn)證的抗爆炸減壓彈性體的性能指標(biāo)和/或?qū)崪y(cè)值以供參考。

表3 通過(guò)NORSORK M-710認(rèn)證的部分彈性體的指標(biāo)和/或?qū)崪y(cè)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(guó)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(duì)膠料配方設(shè)計(jì)和使用配方均保密，從為數(shù)不多的專(zhuān)利申請(qǐng)文件摘錄部分實(shí)施例列于表4—11，由于專(zhuān)利文件的特點(diǎn)，并不能完全反映配方的真實(shí)性，但可以從中了解一些技術(shù)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(jí)）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(jí)）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(jí)）Tab.6 Low temperature resistant fluoroether rubber antiexplosive decompression elastomers（-40 °C grade）

表7 過(guò)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(yǔ)

隨著應(yīng)用市場(chǎng)對(duì)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(gè)種類(lèi)。我國(guó)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(jìn)口或處于研發(fā)/試產(chǎn)階段。相信在“十四五”規(guī)劃的指導(dǎo)和廣大科研工作者的不懈奮斗下，我國(guó)將會(huì)有更多高性能特種彈性體實(shí)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。