探討石油和天然氣應(yīng)用中選擇聚合物彈簧蓄能密封圈的4個(gè)關(guān)鍵考慮因素

2019年09月11日

核心系統(tǒng)關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)的來(lái)源:
石油和天然氣產(chǎn)量正在處于上升時(shí)期。預(yù)計(jì)今年美國(guó)石油產(chǎn)量將達(dá)到歷史最高水平,歐洲海上鉆探繼續(xù)保持增長(zhǎng),英國(guó)和挪威大陸架產(chǎn)量也將非常強(qiáng)勁。同時(shí),俄羅斯、巴西和中東國(guó)家也在不斷生產(chǎn)。不斷增長(zhǎng)的需求促使石油和天然氣公司尋找和開發(fā)更復(fù)雜的新型井下儲(chǔ)備,但往往需要能夠承受高壓、高溫(HPHT)、低溫、酸性氣體、重油以及其他條件。安全和環(huán)境保護(hù)成為主要問(wèn)題。由于開發(fā)新設(shè)計(jì)的目的在于推動(dòng)技術(shù)極限,因此經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的設(shè)計(jì)和高性能解決方案越來(lái)越重要,聚合物彈簧蓄能密封圈解決方案就是其中之一。

密封圈在石油和天然氣工業(yè)中的重要性:
石油和天然氣應(yīng)用通常很多地方需要對(duì)介質(zhì)進(jìn)行控制或密封:
??海底-聯(lián)接器、球閥、閘閥和節(jié)流閥以及API 17D井口和圣誕樹設(shè)備均需要耐受極端壓力和溫度條件,這些條件均受更加復(fù)雜的油藏勘探和生產(chǎn)所推動(dòng)。
??浮式生產(chǎn)-配備大型復(fù)雜高壓和高溫轉(zhuǎn)塔式旋轉(zhuǎn)堆疊系統(tǒng)的浮式生產(chǎn)、儲(chǔ)存和卸載(FPSO)船舶,這些系統(tǒng)的使用不斷增加,并且往往需要在惡劣環(huán)境中堅(jiān)守崗位。
??地面-很多從低壓到20kpsi工作壓力的API 6A和API 6D閥門均需符合PR2測(cè)試程序。
??逸散排放閥-符合ISO 15848和SHELL MESC SPE77-312等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的高性能閥桿密封系統(tǒng)。
??低溫-存在于受嚴(yán)苛行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)并存在低泄漏挑戰(zhàn)性要求的球閥和蝶閥以及裝載臂中。??
圣戈班OmniSeal?彈簧蓄能密封圈可用于上述所有應(yīng)用,并能夠解決彈性密封圈局限性造成的可靠性和耐用性問(wèn)題。此類密封圈包括PTFE,PEEK或其他聚合物材料的夾套,以及金屬蓄能彈簧,并且通常與防擠出支撐環(huán)配合使用。最初用于低溫液體推進(jìn)劑,20世紀(jì)50年代火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中最具挑戰(zhàn)性的密封環(huán)境之一,OmniSeal?密封圈能夠在腐蝕性介質(zhì)、酸性氣體環(huán)境和極端操作條件下保持彈性和密封力,并能夠抵抗快速氣體減壓,非常適合石油和天然氣行業(yè)。

石油和天然氣應(yīng)用聚合物密封選型的重要注意事項(xiàng):
確定哪種密封適合特定應(yīng)用時(shí)往往要考慮諸多因素影響,其中包括:
1.應(yīng)用-閥門,裝卸臂,F(xiàn)PSO使用的轉(zhuǎn)塔或井下工具,重要因素包括諸如:
??尺寸/直徑-由于石油和天然氣領(lǐng)域的零件標(biāo)準(zhǔn)化程度較低,因此像Saint-Gobain Seals這樣的合作伙伴能夠滿足,諸如大直徑和定制尺寸等大量測(cè)量要求。
??位置-該密封圈可在應(yīng)用的各個(gè)部位使用,如閥桿、閥座或靜止部件。
??耐用性-減少維護(hù)和維修工作量并確保持久可靠性是合適密封解決方案的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。
2.工作條件-能夠耐受腐蝕性介質(zhì)以及其他苛刻條件,例如:
??高壓:為了改善過(guò)程控制和耐用性,OmniSeal?彈簧蓄能密封圈能夠提供高達(dá)2,068 bar或30,000 psi及以上的真空壓力。
??極端溫度:接觸低溫或高溫條件的可能性始終存在。例如,我們的密封圈能夠承受-253°C至+365°C(-424°F至+690°F)的溫度。
??強(qiáng)腐蝕性化學(xué)品和酸性氣體:由于石油和天然氣工業(yè)在復(fù)雜油藏中采油,酸性氣體(H2S,CO2)的百分比可能會(huì)很高,這就要求材料能夠承受25%及以上的更高濃度。
3.合規(guī)性和逸散性排放:隨著零泄漏要求的提升以及更嚴(yán)格法規(guī)的實(shí)施,密封不但要求合規(guī)還要確保對(duì)環(huán)境無(wú)害。Saint-Gobain Seals以ISO 15848-1和SHELL MESC SPE 77-312等最嚴(yán)格的開關(guān)閥逸散性排放標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和測(cè)試密封圈。此外,我們的所有聚合物材料均已通過(guò)API 6A附錄F和NORSOK M710認(rèn)證。
4.可靠設(shè)計(jì)需求:密封圈的可靠性對(duì)于石油和天然氣行業(yè)至關(guān)重要;因此,設(shè)計(jì)只有經(jīng)過(guò)驗(yàn)證之后才能用于現(xiàn)實(shí)環(huán)境。為確保最高水平的質(zhì)量和可靠性,我們的密封圈均經(jīng)過(guò)有限元分析(FEA),3D建模等特別測(cè)試平臺(tái)的預(yù)先驗(yàn)證及現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。

石油和天然氣應(yīng)用中聚合物密封的具體實(shí)例
自20世紀(jì)70年代以來(lái),OmniSeal?彈簧蓄能密封圈就已在石油和天然氣行業(yè)用于解決可靠性和耐用性要求。該密封圈早期曾在跨阿拉斯加輸油管道的極端溫度下經(jīng)受住過(guò)嚴(yán)峻考驗(yàn)。其他一些實(shí)例包括:
??低溫固定球閥- 圣戈班密封件事業(yè)部最近在德克薩斯舉辦的美國(guó)國(guó)際閥門世界展覽會(huì)上展示為低溫固定球閥開發(fā)的新一代閥座密封圈,其完全符合SHELL MESC SPE 77-300至2500級(jí)要求。
??低溫船用裝載臂-OmniSeal?PTFE唇形密封圈被應(yīng)用于裝載臂緊急分離系統(tǒng)的低溫旋轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)裝置,該裝置的作用是在-196°C的極低溫度下運(yùn)輸大量冷卻氣體。
??氣體壓縮系統(tǒng)中的軸向控制閥-預(yù)計(jì)應(yīng)用不斷增長(zhǎng),海底壓縮技術(shù)可提高氣體回收率,降低投資和運(yùn)營(yíng)成本,減少對(duì)環(huán)境的影響,并且在新平臺(tái)上可以實(shí)現(xiàn)更安全的操作。自2015年開始,我們的密封圈已在水下3,000米(9,842英尺)的挪威海世界首個(gè)海底天然氣壓縮站上使用。該密封圈為定制設(shè)計(jì)并采用獨(dú)有的Fluoroloy?材料混合物制造。其在API6A PR2測(cè)試中成功完成500,000次無(wú)泄漏壽命測(cè)試。
盡管彈簧蓄能密封圈在石油和天然氣行業(yè)得到廣泛應(yīng)用,但其他高性能聚合物材料也具有某些優(yōu)勢(shì)。Meldin?公差控制產(chǎn)品非常適合高壓和高溫Rulon? LR而Rulon?AR則是耐化學(xué)腐蝕、不生銹、低粘滑的材料。?

以上四個(gè)考慮因素對(duì)于滿足石油和天然氣客戶的要求以及確保持久信心至關(guān)重要。另外與石油和天然氣巨頭和EPC緊密合作,預(yù)測(cè)未來(lái)密封領(lǐng)域的挑戰(zhàn)也同樣重要。這類合作能夠幫助我們開發(fā)出不錯(cuò)的聚合物配方和設(shè)計(jì)。除了獨(dú)有的FEA仿真能力外,我們還建造了一系列測(cè)試臺(tái),以此確保對(duì)我們的密封解決方案進(jìn)行全面符合低溫、高達(dá)30,000 psi壓力以及逸散性排放行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)驗(yàn)證。
我們不斷致力于突破材料極限,并率先獲得NORSOK M710認(rèn)證,目前持有2%H2S、15%H2S和25%H2S認(rèn)證以及API 6A附錄F1.13.5.2液體HH浸入式測(cè)試認(rèn)證。由于擁有這些成功案例以及專業(yè)技術(shù)知識(shí),美國(guó)一家大型石油和天然氣客戶要求我們?yōu)锳PI 6D隔離閥聚合物唇形密封的選型開發(fā)一本技術(shù)工程手冊(cè)。該技術(shù)文件得到廣泛傳播,其目的在于提高人們對(duì)密封圈在惡劣的工作環(huán)境中對(duì)密封圈重要性的認(rèn)識(shí)。我們的設(shè)計(jì)工程和研發(fā)團(tuán)隊(duì)始終致力于展現(xiàn)正確的密封解決方案對(duì)于石油和天然氣核心系統(tǒng)所起到的重要作用。
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