高性能特种弹性体的拓展（五）——抗爆炸减压弹性体

谢忠麟，马 晓，吴淑华

（北京橡胶工业研究设计院有限公司，北京 100143）

近年来，非轮胎橡胶制品用弹性体不断推出新品种、新牌号，以适应上游行业产品日益严苛的技术要求。本文介绍抗爆炸减压弹性体。

1 弹性体快速气体减压现象

20世纪末，一家国外石油公司在深海平台上第1次发现阀门发生快速气体减压（rapid gas decompression，简称RGD）或称爆炸减压（explosive decompression，简称ED）现象，阀门失效后该公司不得不停止作业数周以更换阀门，损失惨重。2002年美国石油学会标准API 6D管线阀门规定：设计压力高于ASME Class 600等级的阀门产品必须设计防爆炸减压功能。

油气田橡胶密封件发生爆炸减压的原因是：油气田系统高压和高温环境使气体（甲烷、二氧化碳和硫化氢等）渗入弹性体内，当高压含气系统压力极速下降，会破坏系统中弹性体内外部气体压力的平衡，气体快速从弹性体中溢出，导致系统膨胀。若系统膨胀足够大，且压降速率比天然气扩散速率快会导致弹性体部件发生起泡或爆裂（内外裂缝、贯穿裂缝，见图1[1-2]）等严重问题，造成密封失效。

2 抗爆炸减压弹性体的检测标准及试验条件

应用于油气田气体快速减压配件用的弹性体称为抗爆炸减压[anti-explosive decompression（简称AED）或explosive decompression resistant（简称EDR），两者中文也称抗内爆]弹性体。生产商供应的抗爆炸减压弹性体必须通过有关国际公认的标准检测并获得合格证书才能给油气工业用户供货，主要检测标准有4个：挪威石油工业技术法规NORSOK M-710[3]、美国腐蚀工程师协会标准NACE TM 0297[4]、法国道达尔石油公司标准TOTAL GS EP PW 142[5]、国际标准ISO 23936-2[6]，其中NORSOK M-710广泛扩展，现在已经为全球所公认，国内外许多公司都申请此认证。最新版的NORSOK M-710（2014年第3版）检测方法和要求按照国际标准ISO 23936-2—2011执行。GB/T 34903.2[7]等同于采用国际标准ISO 23936-2。

表1列出弹性体快速气体减压最新检测标准及试验条件。国外有一些检测公司具有检测认证的资质，例如NORSOK M-710认证有名的单位：英国的元素材料技术公司（Element Materials Technology，简称Element）和材料工程研究实验室有限公司（Materials Engineering Research Laboratory Ltd，简称MERL），我国橡胶制品企业基本由Element公司认证。

表1 弹性体快速气体减压检测标准及试验条件Tab.1 Rapid gas decompression test standards and test conditions for elastomers

3 抗爆炸减压弹性体的认证

表2是选取国内外几家橡胶制品公司[8-11]通过NORSOK M-710认证的抗爆炸减压弹性体的胶种及类型，胶种多数是氟橡胶，其次是氢化丁腈橡胶，少数是四丙氟橡胶和全氟醚橡胶。同一胶种也有不同类型，因为除了考虑弹性体的抗快速气体减压性能外，还要综合考虑其对接触的气液腐蚀性介质的耐受性能和耐高低温性能等。

表2 部分公司通过NORSOK M-70认证的抗爆炸减压弹性体的胶种和类型Tab.2 Varieties and types of NORSOK-70 certified anti-explosive decompression elastomers of some companies

目前尚未见到有关抗爆炸减压弹性体性能的国际标准、国家标准或行业标准。表3列出英国东部密封（Eastern Seals）公司[9]和美国派克（Parker）[12]公司部分已通过MORSOK-710认证的抗爆炸减压弹性体的性能指标和/或实测值以供参考。

表3 通过NORSORK M-710认证的部分弹性体的指标和/或实测值Tab.3 Limits and/or measured values of some elastomers certified by NOSORK M-710

（续表3）

4 抗爆炸减压弹性体的配方

国内外生产油气工业用抗爆炸减压弹性体配件的企业对胶料配方设计和使用配方均保密，从为数不多的专利申请文件摘录部分实施例列于表4—11，由于专利文件的特点，并不能完全反映配方的真实性，但可以从中了解一些技术思路，以作参考。

表4 耐低温氟醚橡胶抗爆炸减压弹性体（-25 °C级）Tab.4 Low temperature resistant fluoroether rubber antiexplosive decompression elastomers（-25 °C grade）

表5 耐低温氟醚橡胶抗爆炸减压弹性体（-30 °C级）Tab.5 Low temperature resistant fluoroether rubber anti-explosive decompression elastomers（-30 °C grade）

表6 耐低温氟醚橡胶抗爆炸减压弹性体（-40 °C级）Tab.6 Low temperature resistant fluoroether rubber antiexplosive decompression elastomers（-40 °C grade）

表7 过氧化物硫化高氟含量FKM抗爆炸减压弹性体Tab.7 Peroxide curable high fluorine content FKM antiexplosive decompression elastomers

表8 HNBR抗爆炸减压弹性体Tab.8 HNBR anti-explosive decompression elastomers

表9 四丙氟橡胶抗爆炸减压弹性体Tab.9 Tetrafluoroethylene-propylene rubber anti-explosive decompression elastomers

表10 5型FKM抗爆炸减压弹性体Tab.10 Type 5 FKM anti-explosive decompression elastomers

表11 全氟醚橡胶抗爆炸减压弹性体Tab.11 Perfluoroether rubber anti-explosive decompression elastomers

5 结语

随着应用市场对橡胶制品的性能要求不断提高，橡胶制品用特种弹性体的品种不断丰富、性能不断拓展，本文所述抗爆炸减压弹性体材料只是众多高性能弹性体中的一个种类。我国生产的特种弹性体已涵盖各大品种，但大多商业化产品属于通用型品种，许多高性能特种弹性体仍需进口或处于研发/试产阶段。相信在“十四五”规划的指导和广大科研工作者的不懈奋斗下，我国将会有更多高性能特种弹性体实现产业化，为生产高性能橡胶制品提供优质原料。