في عملية استخراج النفط ، ترتبط موثوقية نظام التحكم في السوائل مباشرة بسلامة الإنتاج وحماية البيئة والفوائد الاقتصادية. كجهاز قطع مفتاح ، صمام البوابة تستخدم S على نطاق واسع في الأجهزة ذات رأس البئر وخطوط أنابيب النفط وأنظمة التخزين والنقل بسبب خصائصها الهيكلية. ومع ذلك ، وراء وظيفة الافتتاح والإغلاق البسيطة على ما يبدو ، هناك منطق أمان معقد.
1. الخصائص الهيكلية ومزايا السلامة من صمامات البوابة
يتم فتح صمام البوابة وإغلاقه عن طريق رفع لوحة البوابة بشكل عمودي على اتجاه السائل. إن استقامة قناة التدفق في الحالة المفتوحة بالكامل يمنحها مزايا سلامة أساسية:
تصميم مقاومة التدفق المنخفض: عند فتحه بالكامل ، يتم فصل لوحة البوابة تمامًا عن قناة السوائل ، والتي يمكن أن تتجنب ارتداء جسم الصمام الناجم عن الاضطراب أو الضغط العالي المحلي ، وخاصةً لخطوط أنابيب النفط الخام عالية التدفق.
قدرة الختم ثنائية الاتجاه: لا تزال صمامات البوابة عالية الجودة (مثل صمامات البوابة المسطحة ذات الصلابة) تحافظ على الختم للأمام والعكس تحت بيئة فرق الضغط العالي ، وهو أمر بالغ الأهمية لآبار حقن المياه أو حقول الزيت والغاز التي تحتوي على الكبريت مع تقلبات الضغط.
تُظهر حالات شركات النفط الدولية أن معدل حادث التسرب الناجم عن فشل الختم في الأجهزة ذات رأس البئر باستخدام صمامات البوابة القياسية API 6A أقل بنسبة 37 ٪ من الصمامات الأخرى.
2. تحليل مخاطر السلامة المحتملة وأوضاع الفشل
على الرغم من أن صمامات البوابة لها مزايا كبيرة ، إلا أنه لا يزال هناك ثلاثة مخاطر سلامة نموذجية في ظل ظروف عمل متطرفة:
1. فشل العملية الناجم عن التحجيم والحظر
في بيئة زيت خام شمعية ومعدّنة للغاية ، يتم إيداع الإسفلت أو المقياس الملح بسهولة بين البوابة ومقعد الصمام. تُظهر إحصائيات المعهد الأمريكي للبترول (API) أن 23 ٪ من فشل صمام البوابة ناتجة عن زيادة غير طبيعية في فتح عزم الدوران والإغلاق الناجم عن التحجيم. في عام 2019 ، وقع حادث انفجار في حقل نفط في كازاخستان بسبب عدم القدرة على قطع الطوارئ بسبب صمام البوابة عالق ، مما أدى إلى خسائر اقتصادية مباشرة تزيد عن 8 ملايين دولار أمريكي.
2. فشل الختم تحت التقلبات التفاضلية للضغط
عندما يتم الضغط على خط الأنابيب بسرعة (مثل تأثير مطرقة الماء) ، قد تفقد البوابة المرنة التقليدية قوة الختم بسبب انعكاس تفاضل الضغط. تُظهر البيانات التجريبية أن التقلب التفاضلي للضغط الفوري لـ ΔP ＞ 10MPA يمكن أن يتسبب في زيادة معدل تسرب صمامات البوابة العادية بمقدار 40 مرة.
3. تآكل المواد ومخاطر الهيدروجين
في بيئة حمضية للزيوت والغاز التي تحتوي على H₂s ، تكون صمامات بوابة الفولاذ المنخفضة سبيكة عرضة لتكسير تآكل كبريتيد الهيدروجين (SSCC). وفقًا لمعيار NACE MR0175 ، يجب استخدام مواد السبائك غير القابل للصدأ المزدوجة أو المواد القائمة على النيكل في ظروف العمل هذه ، ولكن لا يزال لدى 15 ٪ من صمامات البوابة في الخدمة مخاطر كسر محتملة بسبب الاختيار غير المناسب.
ثالثا. استراتيجية الوقاية من المخاطر والتحكم فيها
من أجل تحسين أداء سلامة صمامات البوابة ، من الضروري إنشاء نظام حماية من ثلاثة جوانب: اختيار التصميم ، والتشغيل والصيانة ، وتكنولوجيا المراقبة:
1. تحسين الاختيار لتكييف حالة العمل
تفضل صمامات بوابة المرنة من نوع Wedge لصالح حقول الزيت والغاز التي تحتوي على الكبريت عالي الضغط ، ويمكن أن تعوض لوحات البوابة على شكل حرف V عن تشوه درجة الحرارة ؛
ينصح صمامات بوابة البلاطة مع هياكل مكشطة لوسائط الجسيمات الصلبة ؛
يجب التحقق من صلابة المواد المنخفضة للمواد في بيئات درجات الحرارة المنخفضة في أعماق البحار (راجع معيار ASTM A370).
2. إجراءات الصيانة الوقائية
قم بإجراء حقن الشحوم الجذعية الصمام بانتظام (يوصى بالشم بدرجة الحرارة العالية التي تحتوي على mos₂) ؛
قم بإجراء اختبارات عزم الدوران كل ربع لإنشاء قاعدة بيانات أساسية لفتح عزم الدوران والإغلاق ؛
اختبار سماكة الموجات فوق الصوتية (UT) مع اختبار الجسيمات المغناطيسية (MT) لمراقبة تآكل جسم الصمام.
رابعا. اتجاهات الصناعة: الانتقال نحو السلامة الجوهرية
مع التطورات التكنولوجية ، تخترق تصميمات صمام البوابة الجديدة القيود التقليدية:
بنية جسم الصمامات ذات الدقة: يلغي نقاط تسرب الحافة وهي مناسبة لخطوط أنابيب التربة الصقيعية في القطب الشمالي ؛
تقنية طلاء النانو: البوابة المغلفة CR-AL-N التي طورتها FMC في الولايات المتحدة لديها زيادة بثلاثة أضعاف في مقاومة التآكل ؛
التوائم الرقمية: توقع حياة الصمام من خلال المحاكاة الديناميكية وتحسين دورات الاستبدال.
باعتبارها "حارس السلامة" في صناعة النفط ، تؤثر موثوقية صمامات البوابة بشكل مباشر على سلامة سلسلة الإنتاج بأكملها. من خلال الاختيار العلمي والصيانة الدقيقة والابتكار التكنولوجي ، يمكن تجنب المخاطر إلى أقصى حد ، ويمكن تحقيق الانتقال من الاستجابة الطارئة السلبية إلى الدفاع النشط. تحت هدف حياد الكربون ، سيستمر التكرار التكنولوجي في هذا المجال في دفع صناعة النفط والغاز نحو اتجاه أكثر أمانًا وأكثر كفاءة .
