Nel processo di estrazione del petrolio, l'affidabilità del sistema di controllo dei fluidi è direttamente correlata alla sicurezza della produzione, alla protezione ambientale e ai benefici economici. Come dispositivo di taglio chiave, valvola del gate S sono ampiamente utilizzati in dispositivi Wellhead, oleodotti e sistemi di stoccaggio e trasporto a causa delle loro caratteristiche strutturali. Tuttavia, dietro la sua funzione apparentemente semplice di apertura e chiusura, esiste una complessa logica di sicurezza.
1. Caratteristiche strutturali e vantaggi di sicurezza delle valvole di gate
La valvola del cancello viene aperta e chiusa sollevando la piastra del cancello perpendicolare alla direzione del fluido. La rettilità del canale di flusso nello stato completamente aperto gli conferisce due vantaggi di sicurezza:
Progettazione a bassa resistenza a flusso: se completamente aperta, la piastra del cancello è completamente separata dal canale del fluido, che può evitare l'usura del corpo della valvola causata da turbolenza o alta pressione locale, particolarmente adatto per oleodotti di petrolio greggio ad alto flusso.
Capacità di tenuta bidirezionale: le valvole di gate di alta qualità (come le valvole a gate piane a sigiocche dura) possono ancora mantenere la tenuta in avanti e inversa in ambiente ad alta pressione, che è cruciale per i pozzi di iniezione dell'acqua o i campi di petrolio e gas contenenti zolfo con fluttuazioni di pressione.
I casi di compagnie petrolifere internazionali mostrano che il tasso di incidenti di perdita causata dall'errore di guarnizione nei dispositivi Wellhead utilizzando le valvole di gate standard API 6A è inferiore del 37% rispetto a quello di altre valvole.
2. Analisi dei potenziali rischi per la sicurezza e modalità di fallimento
Sebbene le valvole di gate abbiano vantaggi significativi, ci sono ancora tre tipici pericoli per la sicurezza in condizioni di lavoro estreme:
1. Fuggi di funzionamento causato dal ridimensionamento e dal blocco
In un ambiente di petrolio greggio ceroso e altamente mineralizzato, l'asfalto o la scala di sale si depositano facilmente tra il cancello e il sedile della valvola. Le statistiche dell'American Petroleum Institute (API) mostrano che il 23% dei guasti alla valvola di gate è causata da un aumento anormale dell'apertura e della coppia di chiusura causata dal ridimensionamento. Nel 2019, si è verificato un incidente di scoppio in un campo petrolifero in Kazakistan a causa dell'incapacità di taglio di emergenza a causa della valvola di gate bloccata, con conseguenti perdite economiche dirette di oltre 8 milioni di dollari USA.
2. Fruttive di guarnizione sotto fluttuazioni differenziali di pressione
Quando il gasdotto viene rapidamente depressurizzato (come l'effetto del martello da acqua), la tradizionale porta elastica può perdere la sua forza di tenuta a causa dell'inversione del differenziale di pressione. I dati sperimentali mostrano che la fluttuazione differenziale di pressione istantanea di ΔP ＞ 10MPa può causare l'aumento del tasso di perdita delle valvole di gate ordinarie di 40 volte.
3. Corrosione del materiale e rischio di abbracci per idrogeno
In un ambiente acido di petrolio e gas contenente H₂S, le valvole di gate in acciaio in lega bassa sono soggette a cracking di corrosione dello stress da idrogeno solforato (SSCC). Secondo lo standard NACE MR0175, l'acciaio inossidabile duplex o i materiali in lega a base di nichel devono essere utilizzati in tali condizioni di lavoro, ma il 15% delle valvole di gate in servizio ha ancora potenziali rischi di frattura dovuti alla selezione impropria.
Iii. Strategia di prevenzione e controllo del rischio sistemico
Al fine di migliorare le prestazioni di sicurezza delle valvole di gate, è necessario creare un sistema di protezione da tre aspetti: selezione del design, funzionamento e manutenzione e tecnologia di monitoraggio:
1. Ottimizzazione della selezione per l'adattamento delle condizioni di lavoro
Le valvole di gate elastiche di tipo cuneo sono preferite per i giacimenti di petrolio e gas contenenti zolfo ad alta pressione e le loro piastre di gate a forma di V possono compensare la deformazione della temperatura;
Le valvole di gate della lastra con strutture di raschietto sono raccomandate per un mezzo di particelle solide;
La resistenza all'impatto a bassa temperatura dei materiali deve essere verificata in ambienti a bassa temperatura di acque profonde (fare riferimento allo standard ASTM A370).
2. Procedure di manutenzione preventiva
Eseguire regolarmente l'iniezione di grasso dello stelo della valvola (si raccomanda il grasso ad alta temperatura contenente MOS₂);
Eseguire test di coppia ogni trimestre per stabilire un database di base per l'apertura e la chiusura di coppie;
Test di spessore ad ultrasuoni (UT) combinato con il test delle particelle magnetiche (MT) per monitorare la corrosione del corpo della valvola.
IV. Tendenze del settore: spostarsi verso la sicurezza intrinseca
Con i progressi tecnologici, i nuovi progetti di valvole di gate stanno sfondando i limiti tradizionali:
Struttura del corpo della valvola integrale: elimina i punti di perdita della flangia ed è adatto per condotte artiche permafrost;
Tecnologia di co-coating: il cancello rivestito CR-Al-N sviluppato da FMC negli Stati Uniti ha un tre volte aumento della resistenza all'usura;
Twin digitali: prevedere la durata della valvola attraverso la simulazione dinamica e ottimizzare i cicli di sostituzione.
Come "Guardia di sicurezza" dell'industria petrolifera, l'affidabilità delle valvole di gate influisce direttamente sull'integrità dell'intera catena di produzione. Attraverso la selezione scientifica, la manutenzione meticolosa e l'innovazione tecnologica, i rischi possono essere evitati nella massima misura e il passaggio dalla risposta di emergenza passiva alla difesa attiva può essere raggiunta. Sotto l'obiettivo della neutralità del carbonio, l'iterazione tecnologica in questo campo continuerà a guidare l'industria petrolifera e del gas verso una direzione più sicura ed efficiente.
