การปฏิวัติวัสดุของวาล์วผีเสื้อภายใต้การกัดกร่อนสูงและสภาพการสึกหรอที่แข็งแกร่ง - การถอดรหัสวาล์วผีเสื้อ DM ในสถานการณ์การสกัดน้ำมัน

บนแพลตฟอร์มการขุดเจาะทะเลลึกหรือไซต์สกัดก๊าซจากชั้นหินความล้มเหลวของก วาล์วผีเสื้อ DM ด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 30 ซม. อาจส่งผลให้เกิดการสูญเสียการผลิตหลายล้านดอลลาร์และความเสี่ยงด้านความปลอดภัยที่ร้ายแรง สภาพการทำงานที่รุนแรงของอุตสาหกรรมการสกัดน้ำมัน - อุณหภูมิสูงและแรงดันสูงสื่อกัดกร่อนที่มีไฮโดรเจนซัลไฟด์และทรายและรอยขีดข่วน - จงทำให้ข้อกำหนดเกือบจะเรียกร้องให้มีประสิทธิภาพของวัสดุวาล์ว ความก้าวหน้าของวัสดุด้านวัสดุในสาขานี้คือการผลักดันการก้าวกระโดดของเทคโนโลยีวาล์วผีเสื้อจาก "การตอบสนองความต้องการขั้นพื้นฐาน" ถึง "ความน่าเชื่อถือของวงจรชีวิตเต็มรูปแบบ"
1. "วัสดุนักฆ่า" ของการสกัดน้ำมัน: ช่องเก็บของสี่เหลี่ยมจัตุรัสสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่ต้องเผชิญกับวาล์วผีเสื้อ
ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงของการสกัดน้ำมันและก๊าซวัสดุวาล์วผีเสื้อจะต้องต้านทานกองกำลังทำลายล้างสี่ตัวพร้อมกัน:
การกัดกร่อนทางเคมี: ความเข้มข้นสูงของH₂s (ไฮโดรเจนซัลไฟด์) และCO₂ทำให้เกิดการร้าวการกัดกร่อนของความเครียดและอัตราการเจาะของสแตนเลส 316L ในสื่อที่มีCL⁻สามารถเข้าถึงได้ 0.5 มม./ปี
การกัดเซาะการกัดกร่อน: การไหลของสื่อที่มีปริมาณทรายมากกว่า 5% สร้างผลกระทบขนาดเล็กและอัตราการสึกหรอของพื้นผิวของเหล็กคาร์บอนแบบดั้งเดิมเกิน 0.3 มม./พันชั่วโมงชั่วโมง
การคืบอุณหภูมิสูง: อุณหภูมิการทำงานของหลุมลึกถึง 200-350 ℃และความแข็งแรงของผลผลิตของวัสดุโลหะลดลง 30%-50%
ความเครียดสลับกัน: ความเสียหายจากความเหนื่อยล้าที่เกิดจากการเปิดและปิดการดำเนินงานบ่อยครั้งช่วยเร่งกระบวนการของความล้มเหลวของวัสดุ
ข้อมูลจากสมาคมวิศวกรการกัดกร่อนแห่งชาติ (NACE) แสดงให้เห็นว่าในแหล่งน้ำมันและก๊าซเปรี้ยวอัตราความล้มเหลวของวาล์วที่มีการเลือกวัสดุที่ไม่เหมาะสมคือ 7.2 เท่าของสภาพการทำงานปกติซึ่งหมายความว่าการเลือกวัสดุโดยตรงจะกำหนดต้นทุนวัฏจักรชีวิตของอุปกรณ์
2. วัสดุพีระมิด: การสร้างระบบป้องกันที่ดีที่สุดของวาล์วผีเสื้อ DM
1. การอัพเกรดวัสดุร่างกายวาล์วปฏิวัติ
Super Duplex Steel UNS S32750: ค่า pren (เทียบเท่ากับหลุมความต้านทาน) ≥42ซึ่งเป็น 3 เท่าของสแตนเลส 304 และยังคงรักษาความเสถียรของฟิล์ม passivation ในสื่อที่มีCL⁻ 100,000 ppm เนื้อหาเฟสσของมันถูกควบคุมต่ำกว่า 0.5%ซึ่งแก้ปัญหาความเสี่ยงของการแตกร้าวที่เกิดจากไฮโดรเจนในสภาพแวดล้อมH₂Sอย่างสมบูรณ์แบบ
Hastelloy C-276: สำหรับสภาพการทำงานที่รุนแรงด้วยปริมาณกำมะถัน> 5%เนื้อหา MO ของมันถึง 15-17%และอัตราการกัดกร่อนคือ <0.025mm/a ในสื่อที่เป็นกรดที่ 150 ℃และ pH = 2 กลายเป็นทางออกที่ดีที่สุดสำหรับการขุดลึก
วัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์โลหะเซรามิก: อนุภาคเซรามิกAl₂o₃-tic (ความแข็ง> 2000hv) ถูกฝังลงในเมทริกซ์อัลลอยด์ผ่านกระบวนการสะโพก
2. นวัตกรรมระดับโมเลกุลของระบบการปิดผนึก
การเสริมแรง PTFE คาร์บอนไฟเบอร์ PTFE: รักษาเสถียรภาพการปิดผนึกในช่วง -50 ℃ ~ 260 ℃ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานลดลงเป็น 0.05 อายุการใช้งานเกิน 100,000 รอบการเปิดและปิดรอบ
เทคโนโลยีการเคลือบซีลโลหะแข็ง: การเคลือบ WC-10CO-4CR จัดทำขึ้นโดยการฉีดพ่นเปลวไฟเหนือเสียง (HVOF) โดยมีความพรุน <0.8%, ไมโครฮาร์ดส์สูงถึง 1300HV และระดับการรั่วไหลของศูนย์ (API 598 Standard)
iii. ความสมดุลสูงสุดของเศรษฐศาสตร์วัสดุ: รูปแบบต้นทุนวงจรชีวิต
ในทางปฏิบัติของทุ่งน้ำมันน้ำลึกในทะเลเหนือวาล์วผีเสื้อ DM ที่มี UNS S32750 Valve Body การเคลือบ HVOF แม้ว่าค่าจัดซื้อเริ่มต้นคือ 2.3 เท่าของวัสดุธรรมดาวงจรการบำรุงรักษาจะขยายออกไปจาก 3 เดือนถึง 5 ปีและค่าใช้จ่ายที่ครอบคลุมลดลง 61% สิ่งนี้เป็นการยืนยันถึงข้อสรุปของสมาคมวิศวกรเครื่องกลแห่งอเมริกา (ASME): ภายใต้สภาพการทำงานที่รุนแรงทุกการลงทุนการอัพเกรดวัสดุเพิ่มอีก $ 1 สามารถหลีกเลี่ยงการสูญเสียการหยุดการผลิตได้ $ 7.5
iv. แผนงานวัสดุในอนาคต: จากห้องปฏิบัติการจนถึงแหล่งน้ำมันและก๊าซ
วัสดุชายแดนกำลังเขียนกฎอุตสาหกรรมใหม่:
โลหะผสมนิกเกิลที่เพิ่มขึ้นของกราฟีน: ความต้านทานแรงดึงเกิน 1500MPa ความต้านทานการกัดกร่อนH₂Sเพิ่มขึ้น 400%
วัสดุอัจฉริยะการพิมพ์ 4D: สามารถรับรู้ถึงพื้นที่ความเข้มข้นของความเครียดและเสริมสร้างโครงสร้างผลึกอย่างอิสระ
พื้นผิวอสมมาตร Bionic: การออกแบบช่องสัญญาณการไหลที่เลียนแบบโครงสร้างจุลภาคของผิวหนังฉลามลดการสึกหรอของการกัดเซาะลง 90%