- Determinação do nível de pressão da tubulação Na engenharia, os parâmetros de operação do processo não devem ser usados diretamente como condições de projeto para tubulações de pressão. Fatores como flutuações na operação do processo, a influência do equipamento conectado e a influência do ambiente devem ser considerados, e uma certa margem de segurança deve ser dada como uma condição de projeto com base nos parâmetros de operação do processo. As condições de projeto mencionadas aqui referem-se principalmente à pressão de projeto e à temperatura de projeto.
- 1.1 Determinação da pressão de projeto
- A pressão de projeto da tubulação: não deve ser inferior à pressão sob as condições mais exigentes, composta de pressão interna (ou pressão externa) e temperatura durante a operação normal. Condições mais exigentes: referem-se às condições que levam à espessura máxima da parede ou ao nível mais alto de pressão nominal dos componentes da tubulação e da tubulação. Considerando a influência de fatores como a pressão da coluna hidrostática do meio, a pressão de projeto deve ser geralmente ligeiramente superior à pressão de trabalho mais alta sob as condições mais exigentes compostas de (ou) pressão externa e temperatura. A pressão de projeto do pipeline deve levar em conta os fatores de pressão e temperatura interna e externa sob as condições mais exigentes. Por razões de segurança, a pressão de projeto é geralmente um pouco maior do que a pressão máxima de trabalho. Ao determinar a pressão de projeto, podemos nos referir à prática de vasos de pressão e usar o método de aumento do coeficiente de margem para garantir uma operação conveniente e segura. a. Geralmente, a pressão de projeto dos componentes do pipeline é determinada. Geralmente, um coeficiente de margem é adicionado com base na pressão de trabalho correspondente. Geralmente, a pressão de projeto dos componentes do pipeline é determinada. A pressão de projeto de todas as tubulações conectadas a equipamentos ou vasos de pressão não deve ser inferior à pressão de projeto do equipamento ou recipiente e atender aos seguintes requisitos: b. Quando há um dispositivo de alívio de pressão de segurança na tubulação, isso indica que a tubulação pode exceder sua pressão operacional normal durante a operação. O objetivo de configurar um dispositivo de alívio de pressão de segurança (como uma válvula de segurança, disco de ruptura, etc.) é liberar automaticamente a pressão quando o sistema excede sua pressão operacional normal, para que o hardware do sistema, como equipamentos e tubulações, possa ser protegido. Neste momento, a pressão de projeto da tubulação não deve ser menor do que a soma da pressão de alívio de segurança e da pressão estática da coluna de líquido. Quando nenhum dispositivo de alívio de pressão de segurança estiver configurado, sua pressão de projeto não deve ser menor que a soma da pressão máxima que a fonte de pressão pode atingir e a pressão estática da coluna de líquido. A pressão de projeto da tubulação de saída de uma bomba centrífuga sem um dispositivo de alívio de pressão de segurança deve assumir o maior dos dois valores a seguir: (1) A pressão de sucção normal da bomba centrífuga mais 1,2 vezes a diferença de pressão nominal da saída da bomba. (2) A pressão máxima de sucção da bomba centrífuga mais a diferença de pressão de saída da bomba c. Bombas com alta altura manométrica na tubulação, especialmente bombas alternativas, frequentemente geram uma pressão de vedação mais alta na tubulação e na bomba antes da primeira válvula de fechamento dentro de um curto período de tempo após a partida. Às vezes, essa pressão de vedação pode atingir um valor muito grande. Neste momento, a pressão de projeto da tubulação de saída da bomba deve assumir o valor máximo de pressão de vedação da bomba. d. A pressão na tubulação do sistema de vácuo é a pressão atmosférica externa, portanto sua pressão de projeto deve ser de 0,1 MPa de pressão externa; e. A pressão de projeto do oleoduto conectado a equipamentos como torres ou contêineres não deve ser menor que a pressão de projeto do equipamento conectado. Quando há uma coluna de líquido alta no oleoduto, a influência da cabeça de pressão estática do líquido também deve ser considerada. Na verdade, para o oleoduto, sua força é mais complicada do que a do equipamento. Isso ocorre porque, além da carga média, ele é frequentemente submetido à força do sistema de tubulação gerada pela expansão e contração térmica do oleoduto. Portanto, a pressão de projeto do oleoduto geralmente não deve ser menor do que a pressão de projeto do equipamento.
-
2. Fatores que afetam a determinação do nível de pressão da tubulação
- Além da temperatura de projeto e pressão de projeto mencionadas acima, que são os parâmetros básicos para determinar o nível de pressão do oleoduto, há alguns outros fatores que afetam a determinação do nível de pressão do oleoduto. Entre eles, o sistema padrão de aplicação, materiais, mídia e condições operacionais são todos fatores importantes.
-
2.1 Seleção do sistema padrão de aplicação
- Devido às diferentes séries de níveis nominais de pressão sob diferentes sistemas padrão, os medidores de temperatura-pressão correspondentes também são diferentes. Portanto, mesmo sob as mesmas condições de projeto, se diferentes padrões de aplicação forem selecionados, o nível de pressão nominal pode ser diferente. Portanto, antes de determinar o nível de pressão nominal da tubulação, é necessário primeiro esclarecer o sistema padrão de aplicação usado.
-
2.2 Materiais utilizados no sistema de tubulação
- As propriedades mecânicas de diferentes materiais são diferentes, então seus valores correspondentes no medidor de temperatura-pressão padrão também serão diferentes. Antes de determinar a pressão nominal da tubulação, é necessário dar prioridade à seleção do material da tubulação e seus componentes, porque a seleção de materiais deve ser baseada na temperatura de projeto, pressão de projeto e meio operacional. Em circunstâncias normais, os padrões de materiais usados para diferentes componentes do pipeline também são diferentes. Por exemplo, tubos são geralmente feitos de tubos, flanges são feitos principalmente de forjados e válvulas são feitas principalmente de peças fundidas. Independentemente dos padrões de materiais utilizados, eles devem ter o mesmo nível de propriedades do material, ou seja, devem se adaptar às mesmas condições de operação e ter a mesma resistência; além disso, deve-se prestar atenção à correspondência entre tubos, chapas, barras e peças fundidas. O nível de pressão-temperatura do flange se refere à pressão de trabalho sem impacto mais alta ou à pressão de trabalho máxima permitida que o flange pode suportar em diferentes temperaturas de operação. Está intimamente relacionado a fatores como o material do flange e suas propriedades mecânicas de alta temperatura, o método de cálculo usado pelo flange, etc. De acordo com a pressão de trabalho sem impacto mais alta do flange em diferentes temperaturas de trabalho, a pressão nominal do flange e dos acessórios do flange deve ser razoavelmente selecionada para obter coordenação com os acessórios para garantir que os acessórios da tubulação possam operar com segurança e confiabilidade no dispositivo da tubulação. Se os parafusos e juntas da junta do flange atenderem às condições limitantes relevantes, e o alinhamento e a montagem da junta do flange atenderem às boas práticas, tal junta do flange pode ser aplicada à classificação de pressão-temperatura. Se o valor nominal for usado para uma junta do flange que não atenda a essas condições limitantes, é de responsabilidade do usuário. A temperatura nominal correspondente à pressão nominal refere-se à temperatura do invólucro do recipiente de pressão do flange e dos encaixes do flange. Em geral, essa temperatura é a mesma que a temperatura do fluido armazenado. O usuário é responsável por não selecionar a classificação de pressão de acordo com a temperatura do fluido de armazenamento. Quando a temperatura estiver abaixo de -29℃ (-20℉), a classificação de pressão selecionada não deve ser maior que o valor nominal em -29℃ (-20℉). As classificações de pressão-temperatura de vários materiais fornecidas na tabela de seleção de pressão-temperatura referem-se à pressão máxima de trabalho sem choque (em pressão manométrica) na temperatura de trabalho indicada; para pressões em temperaturas intermediárias, a interpolação linear é permitida. A temperatura de trabalho refere-se à temperatura do metal do flange sob pressão. Quando a temperatura de trabalho estiver abaixo de 20℃, o valor máximo de pressão de trabalho sem choque do flange é o mesmo que o de 20℃. Para aço ferrítico, o valor máximo de pressão de trabalho sem choque a 100℃ pode ser usado até 120℃; para aço inoxidável austenítico, o valor máximo de pressão de trabalho sem choque a 20℃ pode ser usado até 50℃. Quando a classificação de pressão-temperatura é usada para conexão de flange, o risco de vazamento causado pelas forças e momentos gerados na conexão da tubulação deve ser considerado. Portanto, é recomendado não usar flanges roscados quando a temperatura for superior a 260°C sob condições de mudanças rápidas de temperatura e ciclos térmicos.
-
3. Principais padrões de projeto para revestimento e tubulação de poços
- Para garantir que os sistemas de revestimento e tubulação funcionem de forma ideal sob condições de pressão variáveis, padrões de projeto específicos devem ser seguidos. Esses padrões são determinados por organizações internacionais, como o American Petroleum Institute (API), e são essenciais para garantir a segurança e a funcionalidade. Alguns dos principais padrões de projeto incluem: API 5CT Casing Specifications: Este padrão rege o projeto e as especificações de tubos de revestimento usados na indústria de petróleo e gás. Ele especifica graus de material, dimensões e processos de fabricação que são adequados para diferentes condições de pressão e ambientais. Especificações de tubulação API 5L: API 5L especifica os requisitos para tubulação, garantindo que a resistência do material seja suficiente para lidar com pressões internas da tubulação. Inclui detalhes sobre os graus de material, como X42, X52 e X60, que oferecem vários níveis de resistência à pressão. Classificação de pressão e resistência do material: A seleção de materiais de revestimento e tubulação, conforme os padrões API, é amplamente baseada na pressão máxima que o sistema deve suportar. Por exemplo, materiais como revestimento de aço J55 são escolhidos para aplicações de pressão moderada, enquanto materiais como N80Q são usados em cenários de pressão mais alta.
-
4. Como os níveis de pressão do oleoduto afetam as escolhas de projeto
- Os níveis de pressão do oleoduto afetam diretamente o projeto dos sistemas de revestimento e tubulação. Esses sistemas são projetados para suportar faixas de pressão específicas, e exceder essas pressões pode resultar em falha ou dano catastrófico. A determinação da pressão envolve considerar fatores como: Pressão de Formação: A pressão exercida pelos fluidos no reservatório que poderia ser exercida no revestimento do poço. Essa pressão deve ser medida com precisão para garantir que o revestimento possa suportá-la sem deformação ou ruptura. Pressão externa: A pressão exercida no revestimento pelas formações terrestres e fluidos circundantes. Em certos ambientes, as pressões externas podem exceder as pressões internas, tornando crucial a seleção de tubos de aço de alta resistência. Pressão da Cabeça do Poço: A pressão na superfície do poço, frequentemente influenciada pela profundidade do poço e pelas características do fluido dentro do reservatório. Essa pressão deve ser monitorada de perto para selecionar a tubulação apropriada para evitar falhas durante a extração.
-
5. Seleção de materiais com base nos níveis de pressão
- Um dos aspectos mais críticos do projeto de poço é escolher os materiais corretos para revestimento e tubulação com base nos níveis de pressão do oleoduto. Os seguintes materiais são comumente usados em várias aplicações de poços, cada um oferecendo diferentes características de desempenho: Revestimento J55: Este é comumente usado em cenários de baixa pressão devido à sua força moderada e resistência à corrosão. É tipicamente usado em poços rasos onde a pressão é menos intensa. Revestimento N80Q: Um aço de qualidade superior, o N80Q é projetado para suportar pressões mais altas, especialmente em ambientes mais desafiadores, como poços profundos e zonas de alta temperatura. Materiais de tubulação premium: para condições de pressão extrema, materiais premium como CrMo ou ligas resistentes à corrosão são usados para garantir desempenho ideal sem comprometer a integridade do poço.
-
6. Padrões comuns de projeto para equipamentos de tubulação de pressão
- 1) GB50316-2008 Especificações de projeto de dutos de metal industrial ; 2) GB50251-2015 Especificações de projeto de engenharia de dutos de gás; 3) GB50253-2014 Especificações de projeto de engenharia de dutos de óleo ; 4) GB50028-2016 Especificações de projeto de gás urbano; 5) GB50030-2013 Especificações de projeto de estação de oxigênio; 6) SH3059-2012 Regras gerais para a seleção de equipamentos de projeto de dutos petroquímicos; 7) SH3064-2003 Seleção, inspeção e aceitação de válvulas gerais de aço petroquímico; 8) HG/T20646 Regulamentos de projeto de materiais de dutos de equipamentos químicos. Perguntas frequentes 1. Por que a pressão do tubo de revestimento é importante? A pressão do tubo de revestimento é vital para manter a integridade estrutural do poço e garantir a extração segura de petróleo ou gás. 2. Qual é o papel da tubulação no projeto de poços? A tubulação transporta o petróleo e o gás extraídos do reservatório até a superfície e deve ser forte o suficiente para suportar as pressões dentro do oleoduto. 3. Quais são os melhores materiais para poços de alta pressão? Materiais como revestimento N80Q e tubos de liga premium são ideais para poços de alta pressão, oferecendo durabilidade e resistência à corrosão. 4. Como são determinados os níveis de pressão da tubulação? Os níveis de pressão do oleoduto são determinados por meio de medições cuidadosas das pressões de formação, pressões externas e pressões da cabeça do poço, garantindo que o revestimento e a tubulação selecionados possam suportar essas forças.