Lidando com a erosão de areia em válvulas de controle e válvulas de aceleração

Lidando com a erosão de areia em válvulas de controle e válvulas de aceleração

A erosão de areia em válvulas de controle e válvulas de estrangulamento é uma consideração significativa no mar. A areia pode corroer o interior da válvula e os envelopes de pressão. Embora nada possa resistir totalmente à erosão da areia, válvulas e componentes internos cuidadosamente selecionados podem prolongar sua vida útil e maximizar os intervalos de manutenção.
Embora a areia possa estar presente em muitos sistemas offshore, a maioria dos problemas relacionados com a erosão da areia ocorre em torno da cabeça do poço ou dos sistemas separadores.

Válvulas de controle moduladas ou válvulas borboleta gerenciam a queda de pressão controlando a área interna da válvula. Quanto mais próximo o obturador estiver da sede da válvula, mais restritivas se tornam as partes internas da válvula, resultando numa maior velocidade do fluido que passa através da válvula. Em última análise, quanto maior a velocidade do fluido contendo areia, mais rápida será a erosão. Portanto, quando há areia, uma velocidade mais lenta do fluido é melhor.
A velocidade do fluido através da válvula pode ser simplesmente reduzida maximizando a passagem do fluxo. Válvulas de tamanho maior com aberturas maiores são normalmente preferidas, mas têm um custo mais elevado. O tamanho de válvula mais adequado deve ser escolhido considerando a queda de pressão e a velocidade do fluido.

Estilo do corpo da válvula
Na presença de areia, o estilo de corpo de válvula ideal é uma válvula angular, pois ela pode direcionar sólidos para a tubulação a jusante, reduzindo o impacto nas paredes do corpo da válvula.
Em alguns casos, válvulas angulares não podem ser usadas e, em vez disso, é especificada uma válvula globo. Ao utilizar uma válvula globo, o fluido deve sempre fluir acima do obturador da válvula, o que elimina o impacto direto nas paredes do corpo. Um difusor de sede pode fornecer proteção adicional, evitando que o fluido atinja diretamente a parte inferior da esfera quando o interior da válvula sofrer uma queda de pressão.

Design Interno
Projetos estilo gaiola de estágio único são altamente adequados para serviços contaminados. Primeiro, são projetos de recuperação de baixa pressão e, segundo, têm caminhos de fluxo simplificados.
O fluido flui de fora para dentro, o que significa que os jatos de fluido colidem no centro da gaiola, garantindo que a energia seja reduzida com contato mínimo com as superfícies metálicas.
Em serviços contaminados, o uso de válvulas internas de múltiplos estágios com curvas de 90 graus deve ser evitado sempre que possível, pois a areia pode ficar presa nas curvas de 90 graus. Dependendo da quantidade de areia, a válvula pode bloquear rapidamente.

Nos casos em que são necessárias válvulas internas de vários estágios, normalmente são especificadas válvulas para condições de serviço severas. Deve-se ter cuidado ao selecionar esses componentes internos, pois a maioria dos projetos depende de processos que envolvem curvas de 90 graus. É importante escolher componentes internos de vários estágios projetados especificamente para o manuseio de sólidos, que permitirão a passagem de detritos (como areia) sem causar bloqueios. As partes internas da válvula projetadas com um caminho de fluxo de entrada maior que o caminho de fluxo de saída são desencorajadas, pois podem entupir. Em vez disso, devem ser utilizados componentes internos com abertura mínima na entrada de fluido.

Carboneto de tungstênio
Como mencionado acima, a areia causa erosão ao impactar as superfícies dos materiais. Portanto, quanto mais dura for a superfície do material, menor será a taxa de erosão. O carboneto de tungstênio é comumente usado nesses casos devido à sua dureza relativa. As pastilhas sólidas de carboneto de tungstênio são usadas em áreas com maior potencial de corrosão, como gaiolas de válvulas, obturadores e sedes. Carboneto de tungstênio sólido pode ser usado, mas cargas de compressão dentro da válvula podem causar rachaduras.
Em alguns casos, materiais cerâmicos podem ser usados, mas a maioria das especificações na indústria de petróleo e gás exige carboneto de tungstênio.
Uma desvantagem significativa do carboneto de tungstênio é a sua fragilidade. É semelhante aos azulejos do banheiro: muito resistente à abrasão, mas sujeito a quebrar se cair. Portanto, incorporar o metal duro em um invólucro de aço é benéfico. Na gaiola da válvula, a gaiola externa de aço também atua como uma “barreira de tijolo”, evitando danos causados ​​por grandes detritos na tubulação.
Para evitar pontos de tensão que poderiam causar rachaduras e falhas nas porções de metal duro, o metal duro deve ser cuidadosamente projetado.
Ao usar carboneto de tungstênio, a cavitação deve ser evitada. A cavitação pode corroer o aglutinante que mantém as partículas de carboneto unidas. Também pode criar células de choque e causar vibração. Como o metal duro é muito frágil, a cavitação pode resultar em falhas catastróficas dos componentes.

O interior da válvula para serviços severos é baseado principalmente em metal para válvula borboleta de assento de metal a tecnologia de empilhamento de discos pode ser feita de carboneto de tungstênio sólido. No entanto, vários fatores de projeto devem ser considerados. Por exemplo, os discos das válvulas precisam ter aproximadamente 6 a 10 mm de espessura devido às características do metal duro durante o processo de fabricação. Se os discos das válvulas forem mais finos, é mais provável que rachem. Na maioria dos casos, os discos de válvula de carboneto de tungstênio devem ser empilhados (ligados) para aumentar a resistência.
A moderna tecnologia Computational Fluid Dynamics (CFD) pode ser usada para simular a erosão da areia e o rastreamento de partículas. Isto pode simular os padrões de fluxo dentro de uma válvula e, em seguida, rastrear as partículas de areia através do domínio de fluxo.
Na primeira Conferência Norte-Americana de Tecnologia Multifásica realizada em Banff, Canadá, em 1998, Det Norske Veritas forneceu uma equação de taxa de erosão para uma pequena partição no artigo "Predicting Sand Erosion in Process and Pipeline Components", que é derivada do impacto total de todas as partículas que atingem essa área definida. Este método pode ser usado para prever a vida útil dos componentes internos da válvula. Por exemplo, se um cliente estiver preocupado com a segurança de uma válvula durante um evento de vazamento e desejar instalar um restritor de fluxo, a taxa de corrosão do restritor poderá ser calculada para determinar o intervalo de manutenção.
As operações offshore apresentam muitos desafios, mas o controlo da erosão de areia e partículas garante a longevidade dos componentes e minimiza intervenções dispendiosas, garantindo assim a produção máxima de petróleo e gás.