2.1 锻件的质量控制
作，因此母材的选材也尤为重要。为满足其生产要求，根据API 17D 的设计规范，流道浸润面的材料需达到HH-NL 级别，压强达到68.95 MPa 等级。
达到此条件的材料有：AISI4130+堆焊Inconel625、A182-F22+堆焊Inconel625、AISI8630+堆焊Inconel625，通过设计计算，只要三种材料的强度达到517 MPa ，就能满足流道浸润面的材料等级。在材料选取之时，需考虑母材的关键因素，如表1所示。
表1 不同母材特性对比
A182-F22一般高高高AISI8630
一般
高
中
芍倍注射液高
由表1可知，母材AISI4130的淬透性不如A182-F22和AISI8630材料，但是如果机械性能测试结果得当，母材的强度不高于517 MPa 时，对于三种材料的淬透性并无影响[2]，既能满足流道浸润面的材料选择，又考虑到AISI4130材料成本相比A182-F22和AISI8630较低，最终选取了AISI4130 +堆焊Inconel625方式。
在锻件粗加工完成的生产阶段，需要控制以下环节：(1)母材总重量为8 t ，尺寸2.1 m ×1.2 m ，由于钢钉外形尺寸较大，为了确保本体内部夹渣物、树枝状结晶组织有效去除，本体关键部位后期与625镍基合金应有效焊合，使之成为内部密实、均匀、细微、综合性能良好的锻件。同时根据API 6A 5.4.3要求产品材料规范等级为PSL 3G 的产品应使用锻件，因此应
0 引言
我国深海海域蕴藏着丰富的油气资源，但深水区域特殊的自然环境和复杂的油气储藏条件将使我国深水油气田开发在钻探、开发工程、建造等方面面临诸多技术难题，其中水下采油
树是海洋油气田生产和井下作业的关键设备[1]
。1 500米水下智能井口生产设备设计、制造、测试与安装关键技术的研究是参照API 17D 标准，将工程实践与智能水下采油树的研制、测试结合，建立的一整套完整的智能水下采油树生产和监督控制体系，突破了智能水下采油树工程建设过程中的技术难点和关键点，为深海油气开发设备的研发制造积累了经验。
1 采油树本体工作环境及其功能
本水下采油树长期工作于深水、海水近于0 ℃的酸性环境
中，内部承受高温高压的油气环境，其中该采油树本体为防喷器、采油树帽、油管悬挂器、H-4连接器提供合理的安装平台，为生产组合阀、化学药剂注入阀、环空翼阀、环空监控阀提供接口。采油树本体需达到承受高温、高压、耐强酸性腐蚀的能力以及良好的密封效果，且需满足15年的设计寿命，因此采油树本体的生产制造至关重要。
2 本体制造的质量控制
本体的制造过程主要控制点如下：锻件原材料的控制-热处理-本体端部取样-机械性能和化学分析检测-UT 探伤-粗加工-堆焊-半精加工-精加工-尺寸测量-表面磁粉探伤-表面涂层-装配-测试。其中关键节点主要为：锻件质量控制、堆焊加工质量控制、精加工完成后尺寸测量的质量控制、表面涂层质量控制。
水下采油树本体制造过程关键点质量分析与控制
黄施蓬，程锐，范海涛，许洋，毛冠煜(美钻能源科技(上海)有限公司，上海 200941)
摘要：水下采油树本体是水下采油树最主要组成部件之一，其制造质量成为了整个水下采油树能否良好运行的关键。文章针对采油树本体生产制造过程中的四个关键点：锻件、堆焊、关键尺寸和表面涂层，以及采油树本体所处高压、高温和酸性腐蚀的严苛工作环境，根据API 17D 、API 6A 和API SPEC Q1一系列相关标准，进行质量分析及严格质量控制，从而实现采油树本体高质量生产制造的保证。结果证明其能满足产品的应用要求，有效保障了水下采油树服役工作。关键词：水下采油树本体；质量控制；锻件；堆焊；表面涂层 中图分类号：TE5
文献标志码：A
文章编号：1008-4800(2021)10-0061-02
DOI:10.19900/jki.ISSN1008-4800.2021.10.028
Quality Analysis and Control of Key Points in the Manufacturing Process of the
Subsea Tree Spool Body
HUANG Shi-peng, CHENG Rui, FAN Hai-tao, XU Yang, MAO Guan-yu (MSP/DRILEX (SHANGHAI) CO., LTD., Shanghai 200941, China)
Abstract: The subsea Christmas tree spool body is one of the main components of the subsea tree, which has become the key factor to the well operation of the entire subsea Christmas tree. It is discussed four key points in the manufacturing process of the Christmas tree spool body: forging, build-up welding, key dimensions and surface coating. According to the harsh working environment of high pressure, high temperature and acid corrosion, the quality of the spool body is well analyzed and strictly controlled based on a series of relevant standards of API 17D, API 6A and API SPEC Q1, in order to guarantee the high quality production and manufacturing of tree spool body. The result proves that it can meet the application requirements of the product and well guarantee the service of the subsea tree.Keywords: subsea Christmas tree spool body; quality control; forgings; build-up welding; surface coating
理完成，本体完全冷却后，对于质量鉴定式样(QTC)，严格按照API 6A 5.7条款要求在本体的延伸段1/2和1/4处划线取样。在延长段(QTC 取样端，后续测试用)进行硬度测试，硬度测试结果(详见表2)满足ASTM E10要求；样品经实验室试验，机械性能结果(详见表2)满足ASTM A370标准要求。
(3)为了避免本体内部出现缺陷，可采取内部UT 探伤或RT 探伤的方式，由于RT 不适用于厚壁工件的检测，且对人体和周围环境有危害，维护成本较高；但UT 探伤穿透能力强，适用于厚壁工件，定位准确，对环境和人体无害。因此最终选择UT 探伤，探伤结果需满足ASTM A388标准要求。
对母材采取高温锻造的工艺。母材AISI4130钢锭化学成分需满足ASTM A29/A29M-05标准要求，锻造比满足API 20B 标准要求，晶粒度及夹渣通过晶像分析测试，结果需满足ASTM E45—2018＆ASTM E112—2013标准要求。
(2)根据API 6A 5.4.3工艺要求，需使其母材机械性能、硬度达到要求，对锻后母材进行热处理(正火+淬火+回火的方式)，根据ASTM A370在热处理控制阶段，淬火、回火加热时，严格控制入炉炉温和升温的速率；根据API RP6HT 要求控制工件淬火出炉后转移的时间、入水水温、水冷时间、出水水温以及出水时工件温度；严格控制保温的时间、冷却的方式。待热处
表2 AISI4130热处理后机械性能
抗拉强度(Rm)/MPa ≥655755 温度/℃-29-29屈服强度(Rp0.2)/MPa
≥522600 测试数据/J —208;190;196
伸长率/%≥1827平均值/J ≥20198断面收缩率/%≥3570单个值/J ≥15190表面硬度(HBW)207～237224～229横向膨胀/mm —
—
QTC 硬度(HBW)
207～237
229；229
所有试样方向
纵向
2.2 堆焊的质量控制
由于采油树本体选择了AISI4130母材，在其关键部位(密封面)不能达到高耐蚀要求，API 6A HH 材料级别为设备接触
流体的浸润面且为耐腐蚀合金[4]，
故采取对关键密封面AISI4130堆焊Inconel625的方式，Inconel 625合金属于镍-铬-钼合金，其合金组成中有较高的铬和钼，所以具有各类介质(还原性和氧化锌介质)的腐蚀，而且在还原-氧化的复合介质中其耐蚀
性也非常出[3]，因此作为本体密封面的堆焊材料。
通过此堆焊方式增强基体表面的耐腐蚀、耐高温氧化性能。焊接完成后，焊后尺寸需满足图纸要求；通过目视和焊缝规的测量，完成焊缝的外观检测(详细参数见表3)；液体渗透探伤、焊后母材和堆焊层硬度满足API 17D 标准要求。
表3 焊缝外观检测
2弧坑裂纹11接头不良3表面气孔12电弧擦伤4弧坑缩孔13飞溅5未熔合14夹渣
6连续性咬边15焊层外形尺寸平整均匀，平滑过渡
7断续性咬边16高度差8余量过高17焊层厚度9
焊瘤
18
其他
2.3 精加工完成后尺寸测量的质量控制
采油树本体的钢圈槽是整个采油树密封的关键部位，其锥
面角度、钢圈槽密封外径的尺寸具有以下关键作用：
(1)和钢圈的尺寸匹配。
(2)金属钢圈锥面和本体密封锥面形成的密封曲线(密封面)应尽可能和中轴线精确垂直。
(3)确保金属密封钢圈和采油树本体密封面存在恰当的过盈量，保证密封的实现。
锥面角度、钢圈槽密封外径尺寸精度要求较高，普通的量具
天鹅湖音乐赏析不易测量。且一旦尺寸有偏差，就会出现密封失效的风险。在本体钢圈槽关键部位之前采取球径规复验方式，但此法存在局限性，最终的测量的尺寸也容易出现偏差。最终采用三坐标测量仪来测量此处的形位尺寸公差。三坐标测量仪精度为±0.023 mm ，远高于本体钢圈槽密封外径的尺寸要求公差(0+0.
13) mm ，但由于三坐标测量仪的精度也会受到操作者的影响，这里采取通过多次测量复验和最终测试一次通过的方式来减小误差，以验证尺寸的可靠性。
三坐标测量仪的准确使用对测绘工作有着重大影响，解决了之前精度要求高、测量范围狭窄、尺寸偏差大、测量范围广的难题。通过此次测量方式的转变，避免了以往互配方式容易产生损坏的问题，提高了工时工效。
2.4 表面涂层(XYLAN)的质量控制
采油树本体的工作环境温度在2～121 ℃间，且长期处于酸性腐蚀性环境中，因此对于本体表面涂层要求极高，此处采取XYLAN 作为涂层的方式。XYLAN 是由美国Whitford 认证的一种PTFE 防腐涂层，具有优异的防腐蚀性能[5]。由于之前水下采油树表面涂层在使用过程中存在脱落现象，针对该采油树本体，对涂层工艺采取全过程跟踪再验证的方式。根据XYLAN 的技术协议，编制了XYLAN 的测试方案并对样块进行了测试，确保其质量满足要求。XYLAN 涂层包括磷化底涂及XYLAN 面涂，需分别展开测试。
3 结语
本文就采油树本体制造过程，以API SPEC 17D 和API 6A
标准为指导，以API SPEC Q1质量体系标准作为基础，对水下采油树本体制造关键过程进行准确又严谨的质量控制，形成了一套完整的水下采油树本体制造的质量管理体系，为后续水下采油树本体制造过程控制提供丰富的经验参考和验证依据。
(下转第64页)
开发阶段；酸溶碱化法制取的聚合硫酸铁适用于出水要求高、规模大的企业；固体生物法也处于研究和开发，但是该法与微生物相结合，如果能克服缺点，就能得到长足发展。学者们充分发挥了因地制宜的思想，根据环境和条件的不同研究出了最适合生产的絮凝剂。絮凝剂的发展不仅能提高产能，也可以减少排放。 学者们在不同的方向上对絮凝剂展开了研究，不遗余力地研究出了与生产相对应的制备方法，虽然每种方法都有不足之处。但这并不影响絮凝剂在水处理工程中的重要应用，絮凝剂的发展也是保护环境、提高产能、加大社会经济效益的重要环节。 参考文献：
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[10]徐小惠，鲁敏，杨柳，等.固体生物聚合硫酸铁的制备及其絮凝性能[J].化工进展，38(05): 2434-2440.
h9000作者简介：王开花(1976-)女，蒙古族，内蒙古通辽人，本科，副教授，研究方向：水污染控制(通讯作者)。
基金项目：内蒙古自治区高等学校科学研究项目“Fenton 改性玉米秸秆颗粒对印染废水的吸附处理研究”(NJZZ18180)；呼和浩特民族学院研究项目“改性玉米秸秆对印染废水脱处理研究” (HMYB1703)。
2.3 利用铝箔废酸制备聚合硫酸铁铝
张骁等[9]以铝箔酸洗废液为原料，通过酸溶—碱化—水解熟化等工序制备了聚合硫酸铁铝。此方法多应用于铝制工业中，具有以废治废的特点、成本低、操作简单。不仅可以回收铝资源，还可以减少固体废渣排放量，同时具有良好的经济效益和环保效益。缺点是反应时间较长，且对硫酸浓度有较高要求。
2.4 固体生物聚合硫酸铁的制备
徐小慧等[10]以工业FeSO 4·7H 2O 为原料，制备生物聚合硫酸铁(BPFS)，利用减压蒸发技术进一步
制得固体生物聚合硫酸铁。对该产品进行结构分析，分析表明该产物是一种非晶态物质，固体粉末颗粒没有呈现特定的晶型结构、密度小、分子比表面积大。结构分析表明了该产品在吸附微小颗粒方面有着独特的优势。
日内瓦协议
3 聚合硫酸铁制备方法对比分析
通过对上述四种方法的制备条件和絮凝效果进行数据总
结，可以得到表1
的数据。
表1 四种方法的制备条件对比
saibo
催化Na 228改性镧/铁=0.0095 4.5无酸溶碱化铝箔废酸/Fe 2O 3=3 6.5～7.520.23生物减压蒸发
KAl(SO 4)2/SBPFS=1
无
16～18
由表1可以看出，聚合硫酸铁的制备具有相当广泛的来源，而且大部分来源广泛、价格低廉。其中，每种絮凝剂在其制备的过程对配料比、pH 、酸度和盐基度都有严格的要求。如表1所示，催化法的配料比要严格控制在1.5、pH 在9左右才能制备出成品，如果配料比大于1.5时，则会导致亚铁离子不能完全氧化过硫酸根离子，无法生成硫酸；配料比小于1.5时，则会导致亚铁离子过量，多于的亚铁离子会污染母液，使得产品不纯。同样的，其他三种方法如果不按照规定的条件去制备，也会造成此类问题。
4 结语
通过对国内广泛应用的四种絮凝剂制备方法的分析，可以看出四种方法各有优劣，这是由于每种絮凝剂所作用的环境不一样导致的。针对排污量小、规模小的企业适用于催化法制取的聚合硫酸铁；稀土镧改性法制取的聚合硫酸铁尚处于研究和
(上接第62页)参考文献：
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作者简介：黄施蓬(1992-)，女，工程师，学士，主要从事海洋油气水下生产系统设计研发工作。
基金项目：上海市科学技术委员会科研项目“1500米水下智能井口生产设备设计、制造、测试与安装关键技术研究”(15DZ1202000)。
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