Typy pohonov pre regulačné ventily: Ako si vybrať ten správny pre servis ropy a plynu

Na mieste zlomeniny je posledná vec, ktorú posádka chce, je ventil, ktorý sa nepohne, keď je tlak na úpravu 15 000 psi. Ovládač je rozhraním medzi operátorom a tesniacim prvkom ventilu a určuje, či sa ventil otvorí do troch sekúnd alebo či si vyžaduje celú minútu otáčania ručného kolesa. Výber typu pohonu pre regulačný ventil v prevádzke ropy a zemného plynu závisí od štyroch faktorov: požiadavka na krútiaci moment, rýchlosť odozvy, bezpečné správanie pri poruche a zdroj energie dostupný na ústí vrtu.

Prečo výber pohonu začína ventilom

Ovládač ovládacieho ventilu premieňa energiu zo zdroja energie na mechanický pohyb potrebný na pohyb uzatváracieho prvku ventilu. V oblasti ústia vrtu a štiepenia je týmto prvkom zvyčajne brána alebo zátka vo vnútri telesa s hodnotením API 6A. Samotný ventil definuje požiadavky na pohon: či sa vreteno pohybuje lineárne alebo rotuje, aký veľký krútiaci moment je potrebný na pretrhnutie tesnenia sedla a ako sa ventil správa pri maximálnom menovitom diferenčnom tlaku.

Vezmite typický posúvač API 6A. Stúpajúca tyč musí zatlačiť bránu do sedla, aby sa dosiahlo vypnutie. Pretože diferenčný tlak naprieč bránou môže byť veľmi vysoký, moment odtrhnutia je často oveľa väčší ako moment pohybu. Aktuátor dimenzovaný len na krútiaci moment sa môže počas otváracieho zdvihu zastaviť alebo úplne nedosadnúť, keď je vedenie pod tlakom. Preto prvým krokom pri výbere pohonu je poznať momentový profil ventilu, nie porovnávať modely pohonov vedľa seba. Geometria sedadla Štandardné posúvače API 6A zohráva veľkú úlohu pri nastavovaní tohto profilu.

Rozhranie sedadla tiež ovplyvňuje krútiaci moment. Na tvrdo utesnených posúvačoch vytvára kontakt kov na kov dostatočnú silu na udržanie tlaku a táto sila vytvára trenie, ktoré musí pohon prekonať. Rovnaká pozornosť na tolerancie opracovania sa vzťahuje na vreteno a upchávku. The výrobný proces určuje, ako presne je vreteno sústružené a leštené, a drsný povrch vretena zvyšuje krútiaci moment, ktorý musí pohon dodať. Pohon, ktorý vyzerá na papieri so správnou veľkosťou, môže byť poddimenzovaný na ventile, ktorý nebol opracovaný podľa rovnakého štandardu.

Hlavné typy pohonov pre regulačné ventily

Obsluhe olejových a plynových ventilov dominuje päť typov pohonov: ručné, pneumatické, hydraulické, elektrické a elektrohydraulické. Každý má jasné miesto.

Ručné pohony

Ručný pohon používa ručné koleso alebo ručnú páku na otáčanie vretena. Je to najjednoduchšia a najmenej nákladná možnosť a stále sa objavuje na mnohých ventiloch ústia vrtu. Manuálne ovládanie má zmysel, keď je ventil ovládaný zriedkavo, keď nie je k dispozícii žiadny zdroj energie a keď je prevádzkový krútiaci moment dostatočne nízky na to, aby ho osoba ovládala. Obmedzením je krútiaci moment. Na posúvači s veľkým priemerom môže ručné koleso vyžadovať vstupnú námahu niekoľko stoviek newtonmetrov, čo je pre jedného operátora náročné. Prevodovka znásobuje vstupnú silu, ale tiež zvyšuje počet otáčok potrebných na zdvih ventilu.

Pneumatickéké pohony

Pneumatický pohon používa stlačený vzduch na pohyb membrány alebo piestu, čím sa vytvára lineárny alebo rotačný výstup. Pneumatické jednotky sú bežné v procesných zariadeniach, pretože je zvyčajne k dispozícii vzduch, odozva je rýchla a konštrukcia s vratnou pružinou môže zlyhať pri otvorení alebo pri zatvorení. V ropnom poli je však stlačený vzduch často vzácny a výstupná sila je obmedzená prívodným tlakom. Typický tlak vzduchu v závode je 6 až 8 barov, takže pneumatický valec musí byť dosť veľký, aby mohol pohybovať vysokotlakovým posúvačom.

Hydraulickéké pohony

Hydraulickéké pohony vytvárajú oveľa vyššiu hustotu sily ako pneumatické jednotky. Poháňaním piestu hydraulickou kvapalinou pri tlaku 100 bar alebo viac môže kompaktný valec dodať krútiaci moment potrebný pre veľké posúvače, ventily frac a škrtiace ventily. To je dôvod, prečo je hydraulické ovládanie štandardné na podmorských vrtoch a zariadeniach Frac, kde je priestor obmedzený a ventil sa musí pohybovať proti plnému tlakovému rozdielu. Kompromisom je zložitosť systému: potrebujete hydraulickú pohonnú jednotku, smerové regulačné ventily a čistú kvapalinu s dobrou filtráciou.

Elektrické pohony

Elektrický pohon pozostáva z motora, prevodovky a ovládacieho rozhrania. Potrebuje iba elektrické napájanie a môže poskytnúť spätnú väzbu o polohe, obmedzenie krútiaceho momentu a miestne alebo diaľkové ovládanie. Elektrické pohony sú vhodné pre automatizovaný bezobslužný servis. Ich slabinou sú otáčky a krútiaci moment v extrémoch. Bežný motor sa nemôže vyrovnať okamžitému krútiacemu momentu hydraulického valca a núdzové vypnutie, ktoré musí zatvoriť ventil v priebehu niekoľkých sekúnd, môže presiahnuť schopnosť pohonu.

Elektrohydraulické pohony

Elektrohydraulický pohon kombinuje elektrický motor s malým hydraulickým čerpadlom a valcom. Poskytuje hustotu krútiaceho momentu hydraulického výkonu, pričom vyžaduje iba elektrický zdroj. To z neho robí dobré riešenie pre vzdialené miesta ústia vrtu, kde je centrálna hydraulická pohonná jednotka nepraktická. Nevýhodou je pridaná zložitosť: viac komponentov, viac potenciálnych bodov zlyhania a vyššie obstarávacie náklady.

Porovnanie typov pohonov

Nižšie uvedená tabuľka zužuje pole. Pred dokončením špecifikácie si overte podrobnosti u výrobcu ventilu.

Všimnite si, že žiadny riadok nepredstavuje definitívnu odpoveď. Správna voľba závisí od konkrétneho krútiaceho momentu ventilu, požadovanej rýchlosti zdvihu, polohy poruchy, ktorú potrebujete, a dostupného zdroja energie.

Úvahy o pohone pre vrtné a zlomové ventily

Bezpečnosť a výber pohonu pohonu na ochranu kmeňa pre ventily ústia vrtu a lomu. Na vianočnom stromčeku sú hlavný ventil a krídlové ventily často manuálne, pretože sa často necyklujú. Ale pri práci Frac, hlava Frac a vysokotlakové rozdeľovače spájajú ústie vrtu s čerpadlami, ktoré dodávajú 10 000 až 20 000 psi. Operátor musí umiestniť blokové ventily rýchlo a pozitívne. Hydraulické alebo elektrohydraulické ovládanie je štandardným riešením, pretože posádka môže cyklovať ventil pod plným tlakom bez toho, aby stála priamo za ním.

Pri posúvačoch API 6A, ktoré musia zabezpečiť pozitívne uzatvorenie, musí byť pohon prispôsobený zdvihu posúvača. Uzatvárací ventil FC je jeden dizajn API 6A používaný v prevádzke ústia vrtu a potrubia a môže byť spárovaný s manuálnym, hydraulickým alebo elektrickým ovládaním. Pri spárovaní s pohonom je potrebné starostlivo skontrolovať zarovnanie vretena. Nesprávne nastavený ovládač môže spôsobiť bočné zaťaženie vretena, čo deformuje povrch tesnenia a spôsobuje netesnosti.

Ventil FC pre službu API 6A vrtu a potrubia Ventil FC spĺňa normy API 6A s telom z kovanej legovanej ocele a tvrdými tesniacimi plochami. Jeho spoľahlivý výkon ho predurčuje na kontrolu vrtnej kvapaliny v potrubí zabíjania, sýtiča a bahna. Zobraziť produkt →

Rozťahovací posúvač používa mechanizmus, ktorý posúva posúvač predtým, ako sa roztiahne do sedla, čím sa vytvorí tesnenie kov na kov. Krok expanzie pridáva k momentu odtrhnutia, takže pohon musí byť dimenzovaný pre úplne roztiahnutú polohu. Ak je ventil automatizovaný, skrinka koncového spínača by mala zobrazovať skutočnú polohu brány, nielen otáčanie výstupného hriadeľa pohonu.

Rozšírovací uzatvárací ventil WKM s tesnením kov na kov Tento rozťahovací posúvač ponúka nízky prevádzkový krútiaci moment a dizajn kovového tesnenia, ktorý je k dispozícii s prírubovými alebo závitovými koncami. Vyhovuje vysokotlakovému prostrediu a zaisťuje tesnú prevádzku. Zobraziť produkt →

Tam, kde stlačený vzduch nie je k dispozícii na vzdialenom ústí vrtu, automatické ovládanie potrebuje buď elektrickú energiu, alebo hydraulické čerpadlo. Na mieste Frac už obsahuje lyžina čerpadla hydraulickú silu, takže hydraulické ovládanie sa integruje jednoduchšie ako pneumatické. Elektrické pohony zostávajú dobrou voľbou pre výrobné linky, kde operátor požaduje miestne alebo kontrolné ovládanie.

Praktické kroky na špecifikáciu pohonu

Tento šesťstupňový proces platí bez ohľadu na to, či špecifikujete ventil pre nové ústie vrtu alebo vymieňate pohon na existujúcom ventile.

1. Definujte krútiaci moment ventilu pri najhoršom prípade rozdielového tlaku. Odtrhový krútiaci moment je vyšší ako prevádzkový krútiaci moment a určuje veľkosť pohonu.
2. Zvoľte požadovaný čas ťahania. Ak sa ventil musí zatvoriť do piatich sekúnd, eliminuje to niektoré elektrické pohony.
3. Rozhodnite o polohe zlyhania. To určuje, či pohon používa vratnú pružinu, akumulátor alebo záložnú batériu.
4. Skontrolujte zdroj napájania. Je k dispozícii stlačený vzduch alebo len elektrina? Má stavenisko hydraulickú pohonnú jednotku?
5. Skontrolujte pripojenie stonky. Výstupná spojka pohonu musí lícovať s driekom ventilu bez bočného zaťaženia a strmeň musí lícovať s upchávkou.
6. Potvrďte ochranu životného prostredia. Pre prevádzku na ústí vrtu by mal byť pohon dimenzovaný na okolitú teplotu, vlhkosť a korozívny plyn.

Pre výrobnú službu s nižším krútiacim momentom môže výber konštrukcie posúvača ovplyvniť balík pohonu. Šoupátka API 6A sú dostupné v niekoľkých konštrukčných konfiguráciách a zvolená konštrukcia ovplyvňuje krútiaci moment, ktorý musí pohon prekonať. Uzatvárací ventil FLS je dizajn API 6A používaný v oblasti ústia vrtu a potrubia.

Uzatvárací ventil FLS s tesnením zadného sedadla a kovaným telom Uzatvárací ventil FLS je vybavený tesnením tela kov na kov a konštrukciou zadného sedadla, čo uľahčuje výmenu tesnenia pod tlakom. Jeho telo z kovanej legovanej ocele odoláva korózii a opotrebovaniu pre dlhotrvajúcu prevádzku. Zobraziť produkt →

Záverečné úvahy

Správny typ pohonu pre regulačný ventil je kompromisom medzi dostupným výkonom, krútiacim momentom, rýchlosťou odozvy a bezpečným správaním. Ručné ovládanie je praktické pri zriedkavých servisoch s nízkym krútiacim momentom; pneumatické a elektrické pohony vhodné pre automatizované výrobné potrubia; a hydraulické alebo elektrohydraulické systémy sú tou správnou voľbou pre vysokotlakové, veľkovrtové a štiepne ventily. Začnite s profilom krútiaceho momentu ventilu, definujte režim poruchy a potom priraďte pohon k servisu.

Tento prístup sa vyhýba dvom najbežnejším chybám: predimenzovanie pohonu pre ventil, ktorý nikdy nepotrebuje toľko krútiaceho momentu, a poddimenzovanie pre ventil, ktorý ho potrebuje.