Dans le processus d'extraction d'huile, la fiabilité du système de contrôle des liquides est directement liée à la sécurité de la production, à la protection de l'environnement et aux avantages économiques. En tant que dispositif de coupure clé, vanne de porte S sont largement utilisés dans les dispositifs de tête de puits, les oléagnes et les systèmes de stockage et de transport en raison de leurs caractéristiques structurelles. Cependant, derrière sa fonction d'ouverture et de clôture apparemment simple, il existe une logique de sécurité complexe.
1. Caractéristiques structurelles et avantages de sécurité des vannes de porte
La soupape de porte est ouverte et fermée en soulevant la plaque de porte perpendiculaire à la direction du fluide. La rectitude du canal d'écoulement à l'état entièrement ouvert lui donne deux avantages de sécurité de base:
Conception de faible résistance à l'écoulement: Lorsqu'elle est complètement ouverte, la plaque de porte est complètement séparée du canal de fluide, ce qui peut éviter l'usure du corps de la valve causée par des turbulences ou une haute pression locale, en particulier adapté aux pilélines à huile brut à débit élevé.
Capacité d'étanchéité bidirectionnelle: les soupapes de grille de haute qualité (telles que les soupapes de grille plates à vocation dure) peuvent toujours maintenir le scellement vers l'avant et inversé dans un environnement de différence à haute pression, qui est crucial pour les puits d'injection d'eau ou les champs de pétrole et de gaz contenant du soufre avec des fluctuations de pression.
Les cas de compagnies pétrolières internationaux montrent que le taux d'accident de fuite causé par la défaillance du sceau dans les dispositifs de tête de puits utilisant des vannes standard de l'API 6A est de 37% inférieure à celle des autres vannes.
2. Analyse des risques de sécurité potentiels et des modes de défaillance
Bien que les soupapes de porte présentent des avantages importants, il y a encore trois risques de sécurité typiques dans des conditions de travail extrêmes:
1. Échec de l'opération causée par la mise à l'échelle et le blocage
Dans un environnement de pétrole brut cireux et hautement minéralisé, l'asphaltène ou l'échelle de sel est facilement déposé entre la porte et le siège de soupape. Les statistiques de l'American Petroleum Institute (API) montrent que 23% des défaillances des soupapes de porte sont causées par une augmentation anormale du couple d'ouverture et de fermeture causée par la mise à l'échelle. En 2019, un accident d'éruption s'est produit dans un champ pétrolier au Kazakhstan en raison de l'incapacité de coupure d'urgence en raison de la valve de porte coincée, entraînant des pertes économiques directes de plus de 8 millions de dollars américains.
2. Échec du sceau sous des fluctuations de différentiels de pression
Lorsque le pipeline est rapidement dépressurisé (comme l'effet du marteau à eau), la porte élastique traditionnelle peut perdre sa force d'étanchéité en raison de l'inversion du différentiel de pression. Les données expérimentales montrent que la fluctuation différentielle de pression instantanée de ΔP ＞ 10MPA peut entraîner 40 fois le taux de fuite des soupapes de grille ordinaires.
3. Corrosion des matériaux et risque de saisie de l'hydrogène
Dans un environnement de pétrole et de gaz acide contenant des H₂s, les soupapes de la grille en acier à faible alliage sont sujettes à la fissuration de la corrosion de contrainte de sulfure d'hydrogène (SSCC). Selon la norme NACE MR0175, des matériaux en acier inoxydable ou en nickel en duplex doivent être utilisés dans de telles conditions de travail, mais 15% des soupapes de la grille ont toujours des risques de fracture potentiels en raison d'une sélection incorrecte.
Iii. Stratégie systémique de prévention des risques et de contrôle
Afin d'améliorer les performances de sécurité des vannes de porte, il est nécessaire de construire un système de protection contre trois aspects: sélection, fonctionnement et maintenance de conception et technologie de surveillance:
1. Optimisation de la sélection pour l'adaptation des conditions de travail
Les soupapes de grille élastiques de type coin sont préférées pour les champs d'huile et de gaz contenant du soufre à haute pression, et leurs plaques de grille en forme de V peuvent compenser la déformation de la température;
Des soupapes de grille de dalle avec des structures de grattage sont recommandées pour les milieux de particules solides;
La ténacité à faible température des matériaux doit être vérifiée dans des environnements à basse température en haute mer (reportez-vous à la norme ASTM A370).
2. Procédures de maintenance préventive
Effectuer régulièrement l'injection de graisse de tige de soupape (graisse à haute température contenant des MOS₂ est recommandée);
Effectuer des tests de couple chaque trimestre pour établir une base de données de base pour l'ouverture et la fermeture des couples;
Tests d'épaisseur à ultrasons (UT) combinés avec des tests de particules magnétiques (MT) pour surveiller la corrosion du corps de la valve.
Iv. Tendances de l'industrie: évoluer vers la sécurité intrinsèque
Avec les avancées technologiques, les nouvelles conceptions de soupapes de porte permettent des limites traditionnelles:
Structure du corps de la valve tout soudé: élimine les points de fuite des brides et convient aux pipelines de pergélisol arctique;
Technologie de nano-revêtement: la porte revêtue de CR-Al-N développée par le FMC aux États-Unis a une augmentation du triple de la résistance à l'usure;
Twins numériques: prédire la durée de vie de la valve par la simulation dynamique et optimiser les cycles de remplacement.
En tant que «garde de sécurité» de l'industrie pétrolière, la fiabilité des vannes de porte affecte directement l'intégrité de l'ensemble de la chaîne de production. Grâce à la sélection scientifique, à la maintenance méticuleuse et à l'innovation technologique, les risques peuvent être évités dans la plus grande mesure et la transition de l'intervention d'urgence passive à la défense active peut être obtenue. Sous l'objectif de la neutralité du carbone, l'itération technologique dans ce domaine continuera de conduire l'industrie pétrolière et gazière vers une direction plus sûre et plus efficace.
