Вентили за нефт и газ

В исторически план нефтената и газова индустрия винаги е затруднявала доставчиците на оборудване и производствения персонал с характерните за сектора тежки работни условия.

За вентилите това се интерпретира като нарастваща необходимост от все по-висока якост, по-голяма издръжливост и по-добри експлоатационни характеристики.

Търсенето на нефт и газ се увеличава изключително много от индустриалната революция насам, което налага изисквания за по-дълбоки находища, по-дълги тръбопроводни линии и по-ниски производствени разходи.

Всички тези фактори карат добивните компании и рафинериите да са много внимателни при избора си на оборудване. С напредъка на производството, транспорта и технологиите на преработка изискванията за експлоатационните характеристики на оборудването стават все по-строги с цел да се отговори на нуждата от повишаване на работната ефективност.

Днес очакванията към параметрите на оборудването са по-големи от всякога, тъй като диапазонът, в който се изменят условията на експлоатация, се е разширил, а към списъка с изисквания са добавени и защитата на персонала и околната среда.

Условията, в които се използват вентилите в нефтената и газовата индустрия, са уникални и екстремни.

От изключително високи температури (над 816°C) и високи налягания (повече от 1723 bar) до криогенни температури (-162°C за втечнен природен газ) и много ниски налягания, вентилите трябва да бъдат проектирани и изработени така, че да осигуряват високо ниво на надеждност.

В допълнение към широкия диапазон от условия, отдалечените местоположения на вентилите също поставят някои уникални предизвикателства. Примери за това са вентили на над 3000 m под морската повърхност и тръбопроводни вентили, изложени на екстремните температури в пустинята.

Вентилите в тези сурови среди могат да останат отворени или затворени за продължителни периоди от време, като от тях се очаква да функционират надеждно дори след като не са били задействани с години.

Всеки сегмент от нефтената и газовата индустрия предлага отделни примери за екстремни условия за вентилите. В горната част на веригата вентилите регулират дебита на суровия петрол и природния газ от инжекционни системи под високо налягане до дроселни клапи и вентили, предотвратяващи неконтролираното изпускане на нефт и газ от кладенците.

Вентилните системи трябва да издържат през всичките години, в които кладенецът се експлоатира, като този период зависи от различни фактори, например икономиката и появата на нови техники за добив. Новооткритите източници на нефт и газ от битуминозни пясъци и шистови формации допълнително усложняват спецификациите на вентилите.

Средният сегмент на производствената верига, включващ съхранението и транспорта на нефт и газ на големи разстояния, също поставя уникален набор от изисквания. Дългите тръбопроводи налагат инсталирането на компресори по продължението им с цел поддържане на движението на продукта, а вентилите трябва да осигурят защита за оборудването и минимално възпрепятстване на потока.

За превръщането на природния газ в течност за транспортирането му от изолирани находища до потребителите са необходими екстремно ниски температури. Това налага използваните в криогенни условия вентили да бъдат изработени от подходящи за тези температури материали и със специални конструкционни особености.

Решенията за товарене/разтоварване на терминали и резервоари за съхранение на нефт и газ предлагат допълнителни възможности за доставчиците на вентили.

Третият индустриален сегмент е свързан с предизвикателството да се намерят подходящи решения за процесите на рафиниране на суровия петрол, както и за разпределението на рафинирания продукт и природния газ.

Този сектор включва промишлени, търговски и разпределителни дружества, които осигуряват на клиентите си горива за отопление и транспорт. В допълнение, този сегмент предоставя суровини за редица нефтохимически отрасли, в които продуктите се използват за производство на пластмаса, торове, лекарства и др.

Изискванията към вентилите в този пазар включват конструкции, предназначени за високи налягания, с метални легла и изработени от материали, способни да издържат на работните температури в съвременните рафинерии.

Вентили и оборудване

Както стана ясно, всеки един от тези сегменти се характеризира с уникални и разнообразни работни среди, създаващи екстремни условия за вентилите и другите компоненти за регулиране на дебита.

Поради това видът на вентилите и материалите, от които са изработени, варират в широки граници за всеки един от сегментите. Много малко са доставчиците на вентили, които могат да предоставят пълна гама решения, затова повечето от тях се специализират в един или два сегмента.

Причината за това е комплексността на изискванията. Например в първия сегмент дейностите по офшорно проучване и експлоатация създават екстремни условия, като ситуацията се усложнява допълнително с непрестанното търсене на все по-дълбоководни находища на нефт и газ.

В тези приложения якостта и експлоатационните характеристики на вентилите са от критично значение заради щетите, които може да нанесе един теч върху морето и чувствителните му екосистеми.

Стандартни варианти за този сегмент са шибърите от метални сплави и в някои случаи сферичните вентили. Те се използват поради ред причини, сред които устойчивост на корозия и повреди в резултат на постоянната експозиция на морска вода. Освен това тези вентили предлагат висока чувствителност на големи дълбочини и са се доказали като подходящи за тази работна среда.

В средния сегмент, включващ транспортирането на нефт и газ, важна роля играят изолиращите вентили за тръбопроводи. В индустрията има два основни вида тръбопроводи - за нефт и за природен газ, като всяка от тези групи има подразделения, предназначени за специфични приложения.

Например нефтопроводите събират суровия петрол от производствената площадка и го транспортират до рафинериите. След рафиниране продуктите се разпределят по друга нефтопроводна мрежа. Природният газ, от друга страна, обикновено се транспортира директно от източника до крайния потребител, освен когато е необходимо пречистването и втечняването му за икономичен транспорт до отдалечени пазари.

И тук най-разпространените решения са шибърите и сферичните вентили, изпълнени от специално избрани за съответното приложение материали. Например ключов компонент за компресорните станции, с чиято помощ продуктът се придвижва на големи разстояния, са възвратните вентили с нисък пад на налягането и възможност за бърза реакция при изменения в дебита.

Основни фактори при избора на вентили за тръбопроводи са размерът на тръбите, преминаващият през тях флуид и работната среда. Спирателните вентили трябва да са с пълно пропускане, не само за да се минимизира загубата на налягане, но и за да се осигури възможност за преминаване на устройствата за почистване и инспекция на тръбите.

Независимо от вида на вентила обаче надеждността е от критично значение. Въпреки че тези вентили могат да се задвижват рядко, те могат да са необходими за отклоняване на потока, спиране или изолация и затова надеждността е жизненоважна. Например при спукване на тръбопровод изолиращите вентили ще изиграят важна роля за свеждане до минимум на щетите за околната среда като спрат потока.

В долната част на производствената верига съществуват множество среди с тежки условия, които изискват различни конструкционни решения. Рафинирането, и в частност процесът на забавено коксуване, поставя сериозни предизвикателства за оперативната цялост на вентилите.

Забавеното коксуване е топлинно интензивен процес, при който тежките фракции нефт претърпяват термичен крекинг за получаване на газьол и нефтен кокс. По време на процеса вентилите са подложени на температури над 483°C. В допълнение, при този процес вентилите се завъртат на всеки 12 до 16 часа.

Неизправност в само един от вентилите може да доведе до спиране на дейността на цялата рафинерия, което е свързано с огромни загуби на приходи. Високотемпературните приложения като забавеното коксуване се характеризират със значителни топлинни натоварвания върху всички компоненти на вентилите.

Освен екстремните температури, проблем са и фините коксови частици, които са силно абразивни и могат да повредят повърхностите на диска и леглото на вентила, както и уплътненията.

За да се избегне това, използваните в това приложение вентили се отличават с редица особености - оребрявания за разсейване на топлината, конструкционни материали, предназначени да издържат на високи температури и системи за дистанционно управление.

Специфични за индустрията вентили

В рафинериите вентили се използват при атмосферна дестилация, вакуум дестилация, хидротретиране, каталитичен реформинг, алкилиране, хидрокрекинг, забавено коксуване, възстановяване на сяра, висбрекинг, газификация и др.

Подходящите за тези приложения вентили се различават в значителна степен, но най-общо включват вентили с многократно завъртане, вентили за HF алкилиране, вентили със завъртане на четвърт оборот, и такива за предотвратяване обръщането на посоката на потока (възвратни).

Вентилите с многократно завъртане обикновено се предлагат в изпълнение от материали, позволяващи работа с различни флуиди. Конструкцията им осигурява минимална турбулентност, ограничава разяждането от абразивните флуиди и свежда до минимум пада на налягането.

В допълнение, тези вентили могат да бъдат оборудвани с уплътнителни пръстени, които да елиминират потенциалния риск от течове. При по-абразивни и високотемпературни приложения се използват специално разработени материали.

Вентилите за HF алкилиране се предлагат в няколко конструкционни варианта, например шибъри, сачмени или спирателни вентили и др. Те обикновено предлагат предимства като възможност за регистриране на течове, ниско корозиращи материали и уплътнителни системи, които редуцират риска от изпускане на емисии.

Вентилите със завъртане на четвърт оборот се отличават с най-голямо разнообразие. Четвърт оборотните вентили с метално легло са известни с възможността си за работа в процеси на рафиниране в гореща и замърсена среда, включително при забавено коксуване, етиленов крекинг, производство на асфалт и др.

Друг вид четвърт оборотни вентили осигуряват защита от разяждане на конструкционния материал и от образуването на твърди отлагания върху повърхността на уплътненията и в кухините.