IL Valvola di soffocamento , noto anche come valvola a farfalla o valvola di strozzatura, è un dispositivo di controllo chiave nell'industria petrolifera e del gas e altri sistemi di fluidi ad alta pressione. La sua funzione principale è quella di controllare accuratamente il flusso e la pressione del fluido, in particolare nelle dure condizioni di lavoro di ad alta differenza, particelle solide o flusso multifase di gas-liquido.
1. La funzione core e lo scopo della valvola di strozzatura
Controlla la pressione della testa di pozzo: questa è la funzione più importante. Nella fase iniziale della produzione di pozzi di petrolio e gas o in pozzi ad alta pressione, la pressione del foro inferiore è molto più elevata della tolleranza del sistema di elaborazione a valle. La valvola di strozzatura riduce la pressione del fluido a un intervallo operativo sicuro creando una resistenza regolabile (caduta di pressione) per proteggere condotte a valle, separatori e altre attrezzature.
Regola la produzione: modificando l'apertura della valvola (area di limitazione), il flusso di volume del pozzo di petrolio e gas è controllato accuratamente per raggiungere gli obiettivi di allocazione della produzione o i requisiti di test.
Prevenire la cavitazione/flash: in determinate condizioni di lavoro (come la caduta di pressione improvvisa che porta alla vaporizzazione liquida), una valvola di strozzatura adeguatamente progettata (come la thottling a più stadi) può rallentare la velocità di caduta di pressione, ridurre o eliminare la cavitazione distruttiva e l'erosione della valvola.
Sicurezza del controllo bene: nella perforazione, nel completamento e nelle operazioni di riparazione, la valvola di strozzatura regolabile è un componente chiave del gruppo di prevenzione di esplosione, utilizzato per implementare operazioni di uccisione di pozzi, controllare i calci o gli scoppi di scoppi ed è uno degli ultimi barriere alla sicurezza del pozzo.
Assicurazione del flusso: il controllo del flusso aiuta a rallentare problemi come la formazione di idrati, la deposizione di cera o il ridimensionamento.
Test e misurazione: fornire condizioni di back pressione e flusso stabili durante il test di produzione o la misurazione del flusso.
2. Tipi principali di valvole di strozzatura
Secondo la loro struttura e il metodo di aggiustamento, sono principalmente divisi in due categorie:
Valvola di strozzatura fissa (soffocamento fisso)
Principio: all'interno è installato un elemento di limitazione non regolabile (di solito una boccola in ceramica o in carburo con dimensioni di perforazione precisa - fagiolo).
Caratteristiche:
Struttura semplice, durevole e a basso costo.
Forte resistenza all'erosione (in particolare boccole ceramiche o in carburo).
Il controllo del flusso/pressione è fisso. Se deve essere modificato, la macchina deve essere fermata per sostituire la boccola di limitazione con aperture diverse.
Applicazione: principalmente utilizzate in situazioni in cui è richiesto un flusso/pressione stabile a lungo termine o come elemento di backup/ausiliario per le valvole di strozzatura regolabili. Anche comunemente usato nei processi di test.
Valvola di strozzatura regolabile (strozzatura regolabile / variabile)
Principio: l'apertura (area di limitazione) tra il nucleo della valvola e la sede della valvola viene continuamente regolata attraverso un meccanismo operativo esterno (manuale, idraulico, pneumatico o elettrico) per cambiare la caduta di flusso e pressione.
Struttura centrale (tipi comuni):
Tipo di valvola dell'ago: una valvola di ago conico (ago) viene inserita nel foro del sedile della valvola corrispondente (sedile) e il movimento assiale della valvola dell'ago cambia l'area di limitazione anulare. Alta precisione, adatta per fluidi puliti.
Tipo di gabbia/Tipo multi-buco: il nucleo della valvola (tipo di stantuffo o tipo di manica) si sposta in una gabbia (gabbia) con fori speciali per cambiare l'area di flusso. Il design del foro (dimensione, forma, distribuzione dei numeri) sulla gabbia può ottimizzare le caratteristiche del flusso, ridurre il rumore, la cavitazione ed erosione. Il più utilizzato.
Tipo di cancello del cancello/coltello: simile alla valvola del gate, ma con un tagliente appositamente progettato, può fornire funzioni di taglio e limitazione in fanghi contenenti particelle solide.
Caratteristiche:
Può regolare continuamente e finemente il flusso e la pressione durante il funzionamento e rispondere rapidamente.
Alto grado di automazione, facile da integrare nei sistemi di controllo (come SCADA, DCS).
La struttura è relativamente complessa, il costo è elevato ed è più sensibile all'usura (è richiesta una manutenzione regolare).
Modalità di unità:
Manuale: gestito da ruota a mano e cambio. Semplice e affidabile, a basso costo, adatto per una regolazione rara o standby.
Idraulico/pneumatico: utilizzare olio idraulico o aria compressa per guidare l'attuatore. Fornire una forte spinta, a prova di esplosione, adatto per ambienti remoti o difficili. Più comune.
Elettrico: l'attuatore è guidato da un motore. Devono essere presi in considerazione la precisione ad alto controllo, la comoda trasmissione del segnale, l'esplosione e l'affidabilità.
3. Caratteristiche e sfide del design chiave
La valvola di strozzatura funziona in condizioni estreme e il design deve affrontare le seguenti sfide:
Resistenza all'erosione:
Indurimento dei componenti chiave: indurimento superficiale del nucleo della valvola, sedile della valvola e gabbia (come spruzzatura in carburo di tungsteno, nitrisione e superficie della lega di stellite).
Selezione di materiali superhard: ceramica (allumina, carburo di silicio), boccole o componenti in lega di carburo di tungsteno.
Ottimizzazione del canale di flusso: guidare il fluido senza intoppi attraverso l'area di limitazione per evitare turbolenza e impatto diretto.
Resistenza alla cavitazione:
Riduzione della pressione a più fasi: disperdere la caduta di pressione totale in più stadi di caduta di pressione piccoli collegati in serie (gabbia a battitura a più stadi) per evitare che la pressione a punto singolo scenda al di sotto della pressione del vapore liquido.
Design della gabbia di resistenza alla cavitazione: tipi di fori speciali (come il tipo di labirinto) promuovono il collasso delle bolle nella camera ad alta pressione, riducendo l'impatto diretto sulla superficie del metallo.
Selezione del materiale: i materiali duri sono più resistenti ai danni da cavitazione.
Sigillatura:
Sigillatura da metallo a metallo: il nucleo della valvola e la sede della valvola sono realizzati in lega dura per garantire una tenuta affidabile e una lunga durata sotto una differenza ad alta pressione. Tipo di sigillo principale.
Sigillo ausiliario: l'imballaggio dello stelo della valvola (come grafite, PTFE) impedisce la perdita esterna. Le valvole API 6A richiedono livelli di tenuta rigorosi (come PR2, PR2F).
Forza operativa e controllo:
Design bilanciato: ridurre la spinta/coppia richiesta per il funzionamento della valvola (in particolare per le valvole differenziali ad alta pressione di grande diametro).
Selezione dell'attuatore: spinta sufficiente per superare la forza fluida e l'attrito per garantire un posizionamento accurato e affidabile.
4. Scenari di applicazione tipici
Produzione di petrolio e gas:
Trotting Wellhead di pozzi petroliferi, pozzi di gas e pozzi di gas di condensa (controllo della pressione della testa e regolare la produzione).
Test Controllo della pressione dell'ingresso del separatore.
Iniezione dell'acqua/Controllo del flusso di pozzetto di iniezione di gas.
Controllo del volume del gas nei sistemi di sollevamento artificiale (come sollevamento del gas).
Perforazione e completamento:
Componenti del core BOP, usati per uccidere bene e limitare.
Controllo del flusso/pressione nei sistemi di circolazione del fluido di perforazione e completamento (fango).
Flusso e controllo della pressione durante il test di formazione (DST).
Altre industrie:
Sistemi di vapore ad alta pressione nelle piante chimiche e nelle centrali.
Condutture di liquami nelle miniere.
Sistemi di getto d'acqua ad alta pressione.
5. Considerazioni chiave per la selezione
Scegliere la giusta valvola di strozzatura è cruciale e richiede una valutazione di:
Proprietà dei fluidi: petrolio, gas, acqua, flusso multifase, contenuto di sabbia, contenuto H₂S/CO₂ (requisiti del materiale), temperatura, viscosità.
Parametri operativi:
Pressione a monte (P1)
Pressione a valle (P2)
Drop di pressione prevista (ΔP = P1 - P2) - Il parametro più critico
Flusso massimo/minimo (Q)
Temperatura fluida
Requisiti funzionali: è lo scopo principale di controllare la pressione, il flusso o entrambi? È richiesta una regolazione frequente? È richiesto il controllo automatico?
Metodo di dimensioni e connessione: dimensione della pipeline (NPS/DN), livello di pressione (come classe ANSI, PN), standard flangia (ASME, API, DIN) o connessione di saldatura del butt.
Grado di materiale: i materiali del corpo e del rivestimento della valvola devono soddisfare i requisiti di resistenza alla pressione, temperatura, corrosione e erosione. Concentrati sul nucleo della valvola, sedile della valvola, materiale a gabbia/boccola (come 316SS, acciaio duplex, 625 lega, carburo di tungsteno, ceramica). Segui NACE MR0175/ISO 15156 (servizio acido).
Modalità di attuazione: manuale, idraulico, pneumatico, elettrico? Quanta spinta/coppia è richiesta? È richiesto il feedback della posizione?
Standard e specifiche: è fondamentale seguire gli standard del settore:
API 6A: specifiche per attrezzature per pozzi e alberi di Natale - Lo standard più fondamentale per petrolio e gas a monte, livelli di pressione di copertura, materiali, progettazione, test e requisiti di documentazione (come PSL, livello di PR).
API 14C/ISO 10418: analisi, progettazione e installazione del sistema di sicurezza della piattaforma offshore.
API 6D/ISO 14313: specifiche della valvola della pipeline.
ASME B16.34: flange di valvole, fili e estremità di saldatura.
NACE MR0175/ISO 15156: industria petrolifera e del gas naturale - Materiali per ambienti contenenti H₂S nella produzione di petrolio e gas.
6. Punti chiave per il funzionamento e la manutenzione
Operazione:
Regola lentamente: evitare improvvisi cambiamenti nel flusso/pressione che possono causare shock al sistema.
Evita una piccola apertura: l'apertura estremamente piccola aumenta il rischio di erosione e cavitazione. Comprendere l'apertura minima consigliata della valvola.
Parametri di monitoraggio: presta molta attenzione alla pressione a monte e a valle, alla temperatura, ai cambiamenti di flusso e al rumore/vibrazione anormale.
Manutenzione:
Ispezione regolare:
Perdita esterna (imballaggio dello stelo, connessione alla flangia).
Se l'attuatore funziona senza intoppi.
Se l'indicatore di pressione e l'indicatore di posizione sono normali.
Manutenzione preventiva:
Ispezionare/sostituire il nucleo della valvola, il sedile della valvola, la gabbia/boccola e altre parti di usura in base al ciclo raccomandato del produttore.
Lubrificare le parti in movimento.
Ispezionare/sostituire l'imballaggio dello stelo della valvola.
Parti di ricambio: parti di riserva di riserva (in particolare valvole a mano di riserva per valvole di strozzatura fissa).
