Trong quá trình khai thác dầu, độ tin cậy của hệ thống kiểm soát chất lỏng có liên quan trực tiếp đến an toàn sản xuất, bảo vệ môi trường và lợi ích kinh tế. Là một thiết bị cắt khóa, Van cổng S được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị đầu giếng, đường ống dẫn dầu và hệ thống lưu trữ và vận chuyển do đặc điểm cấu trúc của chúng. Tuy nhiên, đằng sau chức năng mở và đóng có vẻ đơn giản của nó, có một logic an toàn phức tạp.
1. Đặc điểm cấu trúc và lợi thế an toàn của van cổng
Van cổng được mở và đóng bằng cách nâng tấm cổng vuông góc theo hướng của chất lỏng. Sự thẳng thắn của kênh dòng chảy ở trạng thái mở hoàn toàn mang lại cho nó hai lợi thế an toàn cốt lõi:
Thiết kế điện trở lưu lượng thấp: Khi mở hoàn toàn, tấm cổng được tách hoàn toàn khỏi kênh chất lỏng, có thể tránh hao mòn cơ thể van do nhiễu loạn hoặc áp suất cao cục bộ, đặc biệt phù hợp với đường ống dầu thô lưu lượng cao.
Khả năng niêm phong hai chiều: Van cổng chất lượng cao (như van cổng phẳng để kín) vẫn có thể duy trì niêm phong về phía trước và đảo ngược trong môi trường chênh lệch áp suất cao, rất quan trọng đối với các giếng phun nước hoặc dầu chứa dầu và khí chứa lưu huỳnh với biến động áp suất.
Các trường hợp của các công ty dầu quốc tế cho thấy tỷ lệ tai nạn rò rỉ do sự cố niêm phong trong các thiết bị đầu giếng sử dụng van cổng tiêu chuẩn API 6A thấp hơn 37% so với các van khác.
2. Phân tích các rủi ro an toàn và chế độ thất bại tiềm năng
Mặc dù các van cổng có lợi thế đáng kể, nhưng vẫn có ba mối nguy hiểm an toàn điển hình trong điều kiện làm việc cực đoan:
1. Thất bại hoạt động do tỷ lệ và chặn
Trong môi trường dầu thô và khoáng hóa cao, asphaltene hoặc thang đo muối có thể dễ dàng lắng đọng giữa cổng và ghế van. Thống kê từ Viện Dầu khí Hoa Kỳ (API) cho thấy 23% lỗi van cổng là do sự gia tăng bất thường trong việc mở và đóng mô -men xoắn do tỷ lệ. Vào năm 2019, một vụ tai nạn nổ tung đã xảy ra trong một mỏ dầu ở Kazakhstan do không có khả năng cắt giảm khẩn cấp do van cổng bị kẹt, dẫn đến tổn thất kinh tế trực tiếp hơn 8 triệu đô la Mỹ.
2. SEAL Lỗi dưới sự dao động khác biệt áp suất
Khi đường ống nhanh chóng bị suy giảm (như hiệu ứng búa nước), cổng đàn hồi truyền thống có thể mất lực niêm phong do sự đảo ngược của chênh lệch áp suất. Dữ liệu thử nghiệm cho thấy rằng dao động khác biệt áp suất tức thời của ΔP ＞ 10MPa có thể khiến tốc độ rò rỉ của các van cổng thông thường tăng lên 40 lần.
3. Chứng ăn mòn vật liệu và nguy cơ hấp thụ hydro
Trong một môi trường dầu khí có tính axit có chứa H₂S, các van cổng thép hợp kim thấp dễ bị nứt Ăn mòn ứng suất hydro sunfua (SSCC). Theo tiêu chuẩn NACE MR0175, thép không gỉ song công hoặc vật liệu hợp kim dựa trên niken phải được sử dụng trong điều kiện làm việc như vậy, nhưng 15% các van cổng trong dịch vụ vẫn có nguy cơ gãy xương do lựa chọn không đúng.
Iii. Chiến lược kiểm soát và phòng ngừa rủi ro hệ thống
Để cải thiện hiệu suất an toàn của van cổng, cần phải xây dựng một hệ thống bảo vệ từ ba khía cạnh: lựa chọn thiết kế, vận hành và bảo trì và công nghệ giám sát:
1. Tối ưu hóa lựa chọn để thích ứng điều kiện làm việc
Các van cổng đàn hồi kiểu nêm được ưa thích cho các trường dầu và khí chứa lưu huỳnh áp suất cao, và các tấm cổng hình chữ V của chúng có thể bù cho biến dạng nhiệt độ;
Van cổng tấm với cấu trúc cào được khuyến nghị cho môi trường hạt rắn;
Độ bền tác động ở nhiệt độ thấp của vật liệu cần được xác minh trong môi trường nhiệt độ thấp dưới biển (tham khảo tiêu chuẩn ASTM A370).
2. Quy trình bảo trì phòng ngừa
Thực hiện tiêm dầu mỡ thân van thường xuyên (khuyến cáo dầu mỡ ở nhiệt độ cao được khuyến nghị);
Thực hiện các bài kiểm tra mô -men xoắn mỗi quý để thiết lập cơ sở dữ liệu cơ sở để mở và đóng các hình ảnh;
Kiểm tra độ dày siêu âm (UT) kết hợp với xét nghiệm hạt từ tính (MT) để theo dõi sự ăn mòn của cơ thể van.
Iv. Xu hướng công nghiệp: Tiến tới an toàn nội tại
Với những tiến bộ công nghệ, các thiết kế van cổng mới đang vượt qua những hạn chế truyền thống:
Cấu trúc cơ thể của van có dây điện: loại bỏ các điểm rò rỉ mặt bích và phù hợp cho các đường ống băng vĩnh cửu Bắc Cực;
Công nghệ phủ nano: Cổng CR-AL-N được phát triển bởi FMC tại Hoa Kỳ có sự gia tăng gấp ba lần kháng mòn;
Cặp song sinh kỹ thuật số: Dự đoán tuổi thọ của van thông qua mô phỏng động và tối ưu hóa các chu kỳ thay thế.
Là "người bảo vệ an toàn" của ngành công nghiệp dầu mỏ, độ tin cậy của các van cổng ảnh hưởng trực tiếp đến tính toàn vẹn của toàn bộ chuỗi sản xuất. Thông qua lựa chọn khoa học, bảo trì tỉ mỉ và đổi mới công nghệ, có thể tránh được rủi ro ở mức độ lớn nhất và có thể đạt được sự chuyển đổi từ phản ứng khẩn cấp thụ động sang phòng thủ tích cực. Theo mục tiêu trung lập carbon, việc lặp lại công nghệ trong lĩnh vực này sẽ tiếp tục thúc đẩy ngành công nghiệp dầu khí theo hướng an toàn và hiệu quả hơn.
