FPSO单点滑环密封失效原因分析及应对措施

唐 坤

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

0 引言

渤海某油田FPSO（Floating Production Storage and Offloading，浮式生产储油卸油装置）单点液滑环承担着FPSO与平台之间原油介质的传输，2017年3月，FPSO生产方例行检查时发现滑环测漏系统的重油罐中有大量原油，说明滑环底部第一道主密封已失效，滑环密封功能靠第二道辅密封作用，若滑环长时间运行而不采取任何措施，第二道辅密封有可能随时失效，造成原油泄漏、海洋环境污染的严重后果，此种情况已不满足油田正常生产需要，存在一定的安全隐患[1]。

因导致滑环密封失效因素复杂多样，若要准确分析密封失效的原因，需对密封样品、介质油样、滑环结构、操作环境等多方面因素分析。以某油田FPSO单点液滑环泄漏为背景，从滑环密封原理、结构等方面分析可能导致滑环密封失效的原因。

1 单点滑环密封系统

1.1 滑环密封结构

某油田FPSO单点滑环的密封系统由顶部和底部密封组成，分别由主辅2道密封构成整个滑环的密封系统[2]，如图1所示。主辅2道密封的优点在于，若滑环第一道主密封失效，则第二道辅密封起到介质密封的作用，该滑环泄漏，正是在滑环测漏系统检测阀门V14-3开启后，发现有少量原油溢出，证明底部第一道主密封已失效，第二道辅密封起介质密封作用，维持滑环正常运行功能。

滑环主辅密封圈均采用弹簧蓄能密封圈，密封圈由承压环、金属蓄能弹簧、密封夹套及背圈组成[3-4]，见图2。第一道主密封圈与第二道辅密封圈唯一的区别是第一道主密封圈多一个承压环。滑环密封部件功能见表1。

图1 滑环密封系统

图2 弹簧蓄能密封圈

1.2 滑环密封原理

滑环弹簧蓄能密封组件是由聚四氟乙烯密封夹套及弹簧组合的压力辅助密封装置，如图3所示，其中密封夹套及弹簧均具有优异的耐腐蚀能力[5]。当弹簧蓄能密封组件安装在滑环密封沟槽内，弹簧受压，压力分解为向两侧的张力，使密封夹套向两侧扩张，促使密封夹套唇边紧贴滑环动静环的密封面，形成密封。

弹簧给密封夹套提供永久弹力，有效弥补材料磨损及配合零件的偏移或偏心，由此可形成低压范围内的密封，同时介质压辅助密封夹套蓄能，压力越大，密封唇与滑环动静环的密封面贴合的越充分，由此可形成高压密封，通过弹簧弹力和介质压力的作用，无论在高压或低压下，都可实现有效密封。

表1 滑环密封部件功能

图3 滑环密封原理

2 滑环密封失效原因分析

滑环密封失效的原因可分为正常磨损失效和非正常磨损失效[6-7]，正常磨损失效是在密封使用寿命接近或达到设计寿命的磨损，在较短时间内引起密封失效的属于非正常磨损，某油田FPSO滑环密封失效属于非正常磨损失效，分析造成密封失效的原因。

（1）密封沟槽表面粗燥度超标。滑环密封沟槽表面机加工不合格，表面粗燥度超出密封圈材料所允许的设计范围，导致密封夹套与滑环动静接触面异常磨损，引起原油介质泄漏[8]。

（2）轴承磨损不均造成本体偏心。滑环轴承磨损不均致使滑环本体偏心，引起滑环旋转部分与固定部分之间的咬合间隙不均，密封唇边无法紧贴滑环动静接触面，引发原油介质泄漏。

（3）异物磨损。滑环腔体内的原油中含有金属残渣，沙粒或其他固体颗粒，这些固体颗粒在介质流体的作用下，不断反复刮磨滑环动静环的密封面唇口或嵌入到密封圈内，造成滑环密封刮伤或加速其剧烈磨损而失效。

需要特别指出的是，流体介质中的含沙量对滑环密封失效的影响非常大，在细小沙粒颗粒不断的冲击和刮磨下，会加速密封唇口磨损，此种情况很容易造成密封失效。

（4）腐蚀磨损。滑环腔体内的原油介质本不应含有腐蚀性物质，由于采油方式的变化或其他原因致使油品发生变化，导致油品中含有腐蚀性的物质，如硫化氢等酸性物质[9]，在这些酸性物质的作用下，密封组件的蓄能弹簧受到腐蚀，无法持续提供弹力撑开密封夹套，引发密封失效，造成原油介质泄漏。

（5）背压冲击。泄漏滑环第一道主密封圈虽有承压环用以防止背压，但密封圈背部的压力因注入重油或其他原因导致其瞬时有可能大于系统介质的压力，引起密封圈向上跳动或挤出，造成滑环动静接触面的唇口出现间隙，引发原油介质泄漏[10]。

3 应对措施

（1）油品过滤。对进入滑环腔体的原油介质进行过滤，清洁油品，除去原油中的固体颗粒杂质，如有必要，可对滑环进出口原油的样品进行检验，分析油品中固体颗粒杂质的来源。

（2）增加监控设备，加大滑环的巡检密度。增加监控设备，对滑环的泄漏情况进行实时监控和检查，记录每天滑环泄漏的原油量，以确定泄漏是否有扩大趋势，在海况较为恶劣时，增加滑环的巡检密度。

（3）更换滑环密封。在滑环泄漏有扩大趋势或无法有效控制的情况下，应尽早对滑环的主密封圈实施更换，防止出现大规模原油泄漏，造成环境污染。

4 结语

引起FPSO单点滑环密封失效的原因多种多样，针对某油田FPSO单点滑环密封失效问题，没有论述操作温度及压力对密封失效的影响，因为正常的操作温度及压力对滑环密封失效的影响很小，在精确分析滑环密封失效原因时，可以考虑其他因素的影响。