L’industria del petrolio e del gas fa affidamento su sistemi elettrici e di comunicazione in quasi tutte le fasi di esplorazione, perforazione, produzione, lavorazione e trasporto. Dietro questi sistemi c'è un'ampia gamma di cavi specializzati progettati per fornire energia, trasmettere segnali, apparecchiature di controllo e supportare la comunicazione.
A differenza dei cavi utilizzati nei normali ambienti commerciali o dell'industria leggera-, i cavi per petrolio e gas potrebbero dover funzionare in presenza di petrolio, idrocarburi, sostanze chimiche, umidità, acqua salata, calore, vibrazioni, luce solare e stress meccanico.
Scegliere il cavo giusto non è quindi semplicemente questione di selezionare la dimensione corretta del conduttore. È necessario considerare la struttura del cavo, l'isolamento, la guaina, la schermatura, la protezione meccanica, la temperatura nominale e l'ambiente di applicazione.
Cosa sono i cavi per petrolio e gas?
I cavi per petrolio e gas sono cavi progettati per sistemi di alimentazione elettrica, controllo, strumentazione o comunicazione utilizzati negli impianti petroliferi e del gas.
A seconda dell'applicazione, possono essere installati in:
- Impianti di trivellazione di petrolio e gas
- Impianti di produzione onshore
- Piattaforme offshore
- Raffinerie
- Impianti petrolchimici
- Sistemi di condutture
- Stazioni di pompaggio
- Bene sistemi di registrazione
- Sistemi di pompaggio sommersi
- Impianti di lavorazione del petrolio e del gas
Non esiste un unico design di cavo adatto a ogni applicazione di petrolio e gas. Un cavo utilizzato su una piattaforma offshore può avere requisiti molto diversi da un cavo installato all'interno di un impianto di lavorazione onshore o utilizzato in un pozzo petrolifero.
Tipi comuni di cavi utilizzati nell'industria petrolifera e del gas
1. Cavi di alimentazione
I cavi di alimentazione vengono utilizzati per distribuire energia elettrica a motori, pompe, compressori, sistemi di controllo, illuminazione e altre apparecchiature.
A seconda del sistema elettrico, gli impianti petroliferi e del gas possono utilizzare cavi di alimentazione a bassa-, media- o alta-tensione.
Le considerazioni tipiche includono:
- Valutazione della tensione
- Dimensione del conduttore
- Valutazione della temperatura
- Materiale isolante
- Resistenza alla fiamma
- Resistenza agli oli e agli agenti chimici
- Protezione meccanica
- Ambiente di installazione
È possibile selezionare cavi di alimentazione armati laddove è richiesta una protezione meccanica aggiuntiva.
2. Cavi di controllo
I cavi di controllo trasmettono segnali elettrici utilizzati per azionare e monitorare apparecchiature industriali.
Si possono trovare nei sistemi che controllano:
- Motori
- Pompe
- Valvole
- Quadro elettrico
- Attrezzature di processo
- Macchinari industriali
Poiché i sistemi di controllo possono contenere più circuiti all'interno dello stesso cavo, sono comuni le costruzioni multi-core.
A seconda dell'ambiente di installazione, i cavi di controllo possono essere schermati, armati, resistenti all'olio, ritardanti di fiamma o progettati per uso esterno.
3. Cavi per strumentazione
I cavi per strumentazione vengono utilizzati per trasmettere segnali di basso-livello tra strumenti sul campo e sistemi di controllo.
Ad esempio, possono connettersi:
- Sensori di pressione
- Sensori di temperatura
- Misuratori di portata
- Strumenti di livello
- Trasmettitori
- Apparecchiature per il monitoraggio del processo
L'integrità del segnale è particolarmente importante per i sistemi di strumentazione. Le strutture schermate e a doppino intrecciato-sono comunemente utilizzate per ridurre le interferenze elettromagnetiche e l'accoppiamento indesiderato del segnale.
I cavi per strumentazione possono anche essere progettati con schermatura a coppia singola, schermatura complessiva o entrambe, a seconda dell'applicazione.
4. Cavi VFD
I cavi per azionamenti a frequenza variabile (VFD) vengono utilizzati tra azionamenti a frequenza variabile e motori.
I sistemi VFD possono generare rumore elettrico ad alta-frequenza e interferenze elettromagnetiche. Per questo motivo, i cavi utilizzati in questi sistemi incorporano comunemente schermature e sistemi di messa a terra attentamente progettati.
Le caratteristiche tipiche del cavo VFD possono includere:
- Conduttori multipli
- Conduttori simmetrici o di terra
- Schermatura generale
- Costruzione flessibile
- Giacca-resistente all'olio
- Compatibilità elettromagnetica migliorata
Questi cavi sono ampiamente utilizzati per pompe, compressori, ventole e altre apparecchiature-azionate a motore.
5. Cavi di alimentazione portatili e flessibili
Le operazioni nel settore petrolifero e del gas spesso coinvolgono apparecchiature che devono essere spostate, installate temporaneamente o collegate in ambienti esterni impegnativi.
I cavi di alimentazione portatili vengono quindi utilizzati per applicazioni quali:
- Attrezzature di perforazione
- Sistemi energetici temporanei
- Macchinari industriali
- Pompe
- Attrezzatura portatile
Potrebbe essere necessario che questi cavi resistano a piegature ripetute, all'abrasione, all'esposizione all'olio, alla luce solare, all'umidità e a condizioni atmosferiche avverse.
La flessibilità e la durata meccanica possono essere importanti tanto quanto le prestazioni elettriche.
6. Cavi offshore e marittimi
Gli impianti offshore di petrolio e gas introducono un’altra serie di sfide.
I cavi installati su piattaforme offshore, navi di perforazione e altre strutture marine possono essere esposti a:
- Acqua salata
- Alta umidità
- Radiazione UV
- Vento e tempo
- Petrolio e prodotti chimici
- Sollecitazione meccanica
- Vibrazione
- Pericoli di incendio
I cavi marini e offshore sono quindi spesso progettati con requisiti aggiuntivi in termini di prestazioni alla fiamma, bassa produzione di fumi, resistenza alla corrosione, protezione meccanica e durabilità ambientale.
Alcune applicazioni potrebbero richiedere anche armature specializzate o costruzioni-resistenti all'acqua.
7. Cavi della pompa sommergibile
I cavi per pompe sommerse vengono utilizzati per fornire energia alle pompe installate in pozzi o altri ambienti sommersi.
Questi cavi funzionano in condizioni molto diverse dalle tradizionali installazioni fuori terra-.
A seconda dell'applicazione, potrebbe essere necessario resistere a:
- Esposizione continua ai fluidi
- Temperature elevate
- Pressione
- Petrolio e idrocarburi
- Sollecitazione meccanica
- Immersione a lungo-termine
La struttura del cavo deve quindi essere scelta in base al sistema di pompa, alla profondità di installazione, alla temperatura, alla composizione del fluido e ai requisiti elettrici.
8. Cavi di comunicazione
I moderni impianti petroliferi e di gas dipendono fortemente dalle reti di comunicazione per il monitoraggio, l’automazione, la trasmissione dei dati e il controllo remoto.
I sistemi di comunicazione possono utilizzare:
- Cavi di comunicazione in rame
- Cavi coassiali
- Cavi Ethernet industriali
- Cavi in fibra ottica
I cavi in fibra ottica sono particolarmente utili laddove sono importanti lunghe distanze di trasmissione, elevata larghezza di banda o immunità alle interferenze elettromagnetiche.
Anche i cavi di comunicazione utilizzati negli impianti industriali possono richiedere una maggiore protezione meccanica e ambientale.
Perché le applicazioni petrolifere e del gas richiedono cavi speciali?
L’ambiente operativo è uno dei motivi principali.
Un cavo installato in un impianto petrolifero e del gas può essere esposto a diversi stress ambientali contemporaneamente.
Esposizione a petrolio e idrocarburi
Petrolio, carburante, idrocarburi e sostanze a base di petrolio-possono intaccare alcuni materiali isolanti e di rivestimento.
Il rivestimento esterno deve pertanto essere compatibile con i prodotti chimici e i fluidi previsti.
Esposizione chimica
Gli impianti petroliferi e di gas possono contenere acidi, solventi, prodotti chimici corrosivi e altre sostanze aggressive.
I materiali dei cavi dovrebbero essere selezionati in base all'ambiente chimico reale piuttosto che fare affidamento su una classificazione "industriale" generale.
Alte e basse temperature
I cavi possono essere esposti a temperature operative elevate, apparecchiature calde, luce solare o basse temperature ambientali.
Sia l'isolamento che il rivestimento devono mantenere le proprietà meccaniche ed elettriche richieste entro l'intervallo di temperature previsto.
Acqua e acqua salata
Le strutture offshore possono esporre i cavi a umidità continua, pioggia, spruzzi e acqua salata.
L'impermeabilità e la resistenza alla corrosione diventano particolarmente importanti negli ambienti marini.
Sollecitazione meccanica
I cavi possono sperimentare:
- Forze di trazione
- Piegatura
- Vibrazione
- Abrasione
- Impatto
- Frantumazione
A seconda delle condizioni di installazione è possibile utilizzare armature, trecce, rivestimenti speciali e costruzioni flessibili.
Fuoco e fumo
La sicurezza antincendio è un'altra considerazione importante negli impianti petroliferi e del gas.
A seconda dei requisiti del progetto, i cavi potrebbero dover garantire proprietà ritardanti di fiamma, resistenza al fuoco, bassa emissione di fumi o caratteristiche ridotte di alogeni.
I requisiti esatti dipendono dagli standard applicabili, dalle specifiche del progetto e dall'ambiente di installazione.
Dove vengono utilizzati i cavi per petrolio e gas?
I cavi per petrolio e gas possono essere trovati in tutto il settore.
Sistemi di perforazione
Le piattaforme di perforazione utilizzano cavi di alimentazione, controllo, strumentazione, comunicazione e flessibili per azionare e monitorare le attrezzature di perforazione.
Pozzi petroliferi e sistemi di fondo pozzo
Le applicazioni downhole possono richiedere cavi specializzati in grado di funzionare ad alta temperatura, pressione ed esposizione ai fluidi dei pozzi.
Piattaforme offshore
Le strutture offshore richiedono cavi in grado di gestire ambienti marini, inclusi acqua salata, umidità, esposizione ai raggi UV, vibrazioni e requisiti relativi al fuoco-.
Raffinerie e impianti petrolchimici
Le raffinerie contengono un gran numero di motori, pompe, valvole, sensori, sistemi di controllo e reti di comunicazione.
Sono quindi ampiamente utilizzati cavi di alimentazione, controllo, strumentazione e comunicazioni industriali.
Condotte e stazioni di pompaggio
I sistemi di condotte utilizzano infrastrutture elettriche e di comunicazione per sistemi di pompaggio, monitoraggio, strumentazione, controllo e sicurezza.
Come scegliere il cavo per petrolio e gas giusto?
Il cavo corretto dovrebbe essere selezionato in base all'applicazione effettiva anziché scegliere semplicemente un cavo etichettato "petrolio e gas".
I fattori importanti includono:
1. Applicazione
Determinare se il cavo verrà utilizzato per alimentazione, controllo, strumentazione, comunicazione, perforazione, pompaggio o per altri scopi.
2. Requisiti elettrici e di tensione
Considerare la tensione nominale, la capacità di corrente, le dimensioni del conduttore, la frequenza e i requisiti di messa a terra.
3. Ambiente di installazione
Identificare se il cavo verrà installato all'interno, all'esterno, nel sottosuolo, in mare aperto, sott'acqua, in un'area pericolosa o in un pozzo.
4. Temperatura
Controllare sia la temperatura minima che quella massima di esercizio.
5. Esposizione chimica
Identificare oli, idrocarburi, sostanze chimiche e altre sostanze che potrebbero entrare in contatto con il cavo.
6. Requisiti meccanici
Considerare flessione, vibrazione, trazione, schiacciamento, impatto e abrasione.
7. Schermatura e messa a terra
Per la strumentazione, le comunicazioni e le applicazioni VFD, la schermatura e la messa a terra possono essere fondamentali per mantenere la qualità del segnale e controllare le interferenze elettromagnetiche.
8. Prestazioni al fuoco
A seconda del progetto, potrebbe essere necessario considerare i requisiti relativi al ritardo di fiamma, alla resistenza al fuoco, all'emissione di fumo e agli alogeni.
9. Standard applicabili
I requisiti dei cavi possono variare in base al paese, al settore, al metodo di installazione e alle specifiche del progetto. I requisiti IEC, UL, NEC, IEEE, API, marini o altri requisiti specifici-di progetto applicabili devono essere confermati prima di selezionare il cavo.