Типы приводов для регулирующих клапанов: как правильно выбрать привод для нефтегазовой отрасли

На месте разрыва последнее, что нужно бригаде, — это клапан, который не будет двигаться, когда давление обработки достигнет 15 000 фунтов на квадратный дюйм. Привод является интерфейсом между оператором и уплотнительным элементом клапана и определяет, откроется клапан за три секунды или потребуется целая минута вращения маховика. Выбор типа привода для регулирующего клапана в нефтегазовой отрасли сводится к четырем факторам: требуемый крутящий момент, скорость срабатывания, отказоустойчивость и источник питания, доступный на устье скважины.

Почему выбор привода начинается с клапана

Привод регулирующего клапана преобразует энергию источника питания в механическое движение, необходимое для перемещения запорного элемента клапана. В сфере устья скважин и гидроразрыва пласта этим элементом обычно является затвор или заглушка внутри корпуса, отвечающего требованиям API 6A. Сам клапан определяет требования к приводу: движется ли шток линейно или вращается, какой крутящий момент необходим для разрушения уплотнения седла и как клапан ведет себя при максимальном номинальном перепаде давления.

Возьмем типичную задвижку API 6A. Поднимающийся шток должен вдавить заслонку в седло, чтобы обеспечить перекрытие. Поскольку перепад давления на затворе может быть очень высоким, момент отрыва часто намного превышает рабочий момент. Привод, рассчитанный только на рабочий крутящий момент, может заглохнуть во время хода открытия или не сесть полностью, когда линия находится под давлением. Вот почему первым шагом при выборе привода является знание профиля крутящего момента клапана, а не сравнение моделей привода рядом. Геометрия сиденья Задвижки стандарта API 6A играет большую роль в настройке этого профиля.

Интерфейс седла также влияет на крутящий момент. На задвижках с жестким уплотнением контакт металла с металлом создает достаточную силу, чтобы удерживать давление, и эта сила создает трение, которое привод должен преодолеть. Такое же внимание к допускам обработки относится к штоку и сальнику. производственный процесс определяет, насколько точно шток повернут и отполирован, а шероховатая поверхность штока увеличивает крутящий момент, который должен обеспечить привод. Привод, размер которого на бумаге выглядит правильным, может иметь заниженный размер на клапане, который не был обработан по тому же стандарту.

Основные типы приводов для регулирующих клапанов

В обслуживании нефтегазовых клапанов преобладают пять типов приводов: ручной, пневматический, гидравлический, электрический и электрогидравлический. У каждого есть четкая ниша.

Ручные приводы

Ручной привод использует маховик или ручной рычаг для вращения штока. Это самый простой и дешевый вариант, и он до сих пор используется на многих устьевых клапанах. Ручное приведение в действие имеет смысл, когда клапан используется нечасто, когда нет источника питания и когда рабочий крутящий момент достаточно мал, чтобы с ним мог справиться человек. Ограничением является крутящий момент. На задвижке большого диаметра маховику может потребоваться входное усилие в несколько сотен ньютон-метров, что становится затруднительным для одного оператора. Редуктор увеличивает входную силу, но также увеличивает количество оборотов, необходимых для хода клапана.

Пневматические приводы

Пневматический привод использует сжатый воздух для перемещения диафрагмы или поршня, создавая линейный или вращательный выходной сигнал. Пневматические агрегаты широко распространены на технологических предприятиях, потому что заводской воздух обычно доступен, реакция быстрая, а конструкция с пружинным возвратом может выйти из строя при открытии или закрытии. Однако на нефтяных месторождениях сжатого воздуха часто не хватает, а выходная сила ограничивается давлением подачи. Типичное давление заводского воздуха составляет от 6 до 8 бар, поэтому пневматический цилиндр должен быть достаточно большим, чтобы перемещать задвижку высокого давления.

Гидравлические приводы

Гидравлические приводы создают гораздо более высокую плотность силы, чем пневматические. Приводя поршень в движение гидравлической жидкостью под давлением 100 бар и более, компактный цилиндр может обеспечить крутящий момент, необходимый для больших задвижек, клапанов разрыва пласта и дроссельных клапанов. Вот почему гидравлический привод является стандартным для подводных устьевых скважин и оборудования для гидроразрыва, где пространство ограничено и клапан должен двигаться против полного перепада давления. Компромисс – сложность системы: вам нужен гидравлический силовой агрегат, гидрораспределители и чистая жидкость с хорошей фильтрацией.

Электрические приводы

Электрический привод состоит из двигателя, редуктора и интерфейса управления. Ему требуется только электропитание, и он может обеспечивать обратную связь по положению, ограничение крутящего момента, а также местное или дистанционное управление. Электрические приводы идеально подходят для автоматизированного обслуживания без участия оператора. Их слабость — экстремальная скорость и крутящий момент. Обычный двигатель не может соответствовать мгновенному крутящему моменту гидравлического цилиндра, а аварийное отключение, которое должно закрыть клапан в течение нескольких секунд, может превысить возможности привода.

Электрогидравлические приводы

Электрогидравлический привод сочетает в себе электродвигатель с небольшим гидравлическим насосом и цилиндром. Он обеспечивает плотность крутящего момента гидравлической мощности, требуя при этом только электрического источника. Это делает его хорошим решением для удаленных участков устья скважин, где центральная гидравлическая силовая установка нецелесообразна. Дополнительная сложность — это обратная сторона: больше компонентов, больше потенциальных точек отказа и более высокая стоимость покупки.

Сравнение типов приводов

Таблица ниже сужает поле. Прежде чем окончательно утвердить спецификацию, согласуйте детали с производителем клапана.

Обратите внимание, что ни одна строка не представляет собой окончательный ответ. Правильный выбор зависит от конкретного крутящего момента клапана, требуемой скорости хода, необходимого положения отказа и доступного источника питания.

Рекомендации по приводам для устьевых клапанов и клапанов гидроразрыва

Выбор привода привода безопасности и защиты штока для устьевых клапанов и клапанов гидроразрыва. На рождественской елке главный клапан и крыльевые клапаны часто работают вручную, потому что они не часто включаются в цикл. Но при гидроразрыве головка гидроразрыва и манифольды высокого давления соединяют устье скважины с насосами, которые подают давление от 10 000 до 20 000 фунтов на квадратный дюйм. Оператору необходимо быстро и точно расположить запорные клапаны. Гидравлический или электрогидравлический привод является стандартным решением, поскольку экипаж может управлять клапаном под полным давлением, не стоя непосредственно за ним.

Для задвижек API 6A, которые должны обеспечивать принудительное закрытие, привод должен быть согласован с ходом затвора. Задвижка FC представляет собой конструкцию API 6A, используемую при обслуживании устьев скважин и манифольдов, и ее можно использовать в сочетании с ручным, гидравлическим или электрическим приводом. При использовании привода необходимо тщательно проверить соосность штока. Несоосный привод может вызвать боковую нагрузку на шток, что приведет к деформации поверхностей уплотнения и возникновению утечек.

Задвижка FC для обслуживания устья скважины и манифольда API 6A Задвижка FC соответствует стандартам API 6A, имеет корпус из кованой легированной стали и уплотнительные поверхности с твердым покрытием. Его надежная работа делает его подходящим для контроля бурового раствора в коллекторах для глушения, штуцеров и буровых растворов. Просмотреть продукт →

В расширяющейся задвижке используется механизм, который перемещает задвижку до того, как она расширится до седла, создавая уплотнение металл-металл. Ступень расширения увеличивает момент трогания с места, поэтому размер привода должен быть рассчитан на полностью выдвинутое положение. Если клапан автоматизирован, блок концевых выключателей должен показывать фактическое положение ворот, а не только вращение выходного вала привода.

Расширяющаяся задвижка WKM с уплотнением «металл по металлу» Эта расширяющаяся задвижка имеет низкий рабочий крутящий момент и конструкцию металлического уплотнения, доступную с фланцевыми или резьбовыми концами. Он подходит для сред с высоким давлением и обеспечивает работу без утечек. Просмотреть продукт →

Если сжатый воздух недоступен на удаленном устье скважины, для автоматического приведения в действие требуется либо электроэнергия, либо гидравлический насос. На месте разрыва насосная установка уже оснащена гидравлическим приводом, поэтому гидравлический привод проще интегрировать, чем пневматический. Электрические приводы по-прежнему хорошо подходят для производственных линий, где оператору требуется местный или диспетчерский контроль.

Практические шаги по выбору привода

Этот шестиэтапный процесс применим независимо от того, выбираете ли вы клапан для нового устья скважины или заменяете привод на существующем клапане.

1. Определите крутящий момент клапана при наихудшем перепаде давления. Крутящий момент срыва выше рабочего крутящего момента и определяет размер привода.
2. Выберите необходимое время поглаживания. Если клапан должен закрыться в течение пяти секунд, это исключает использование электрических приводов.
3. Определите место отказа. Это определяет, использует ли привод пружинный возврат, аккумулятор или резервную батарею.
4. Проверьте источник питания. Есть ли сжатый воздух или есть только электричество? Есть ли на объекте гидростанция?
5. Проверьте соединение штока. Выходная муфта привода должна соответствовать штоку клапана без боковой нагрузки, а вилка должна совпадать с сальником.
6. Подтвердите защиту окружающей среды. Для эксплуатации на устье скважины привод должен быть рассчитан на температуру окружающей среды, влажность и агрессивный газ.

Для производственных услуг с меньшим крутящим моментом выбор конструкции задвижки может повлиять на комплектацию привода. Задвижки API 6A доступны в нескольких конструктивных конфигурациях, и выбранная конструкция влияет на крутящий момент, который должен преодолеть привод. Задвижка FLS представляет собой конструкцию API 6A, используемую при обслуживании устьев скважин и манифольдов.

Задвижка FLS с уплотнением заднего седла и кованым корпусом Задвижка FLS имеет уплотнение корпуса «металл по металлу» и конструкцию заднего седла, что облегчает замену уплотнения под давлением. Его кованый корпус из легированной стали устойчив к коррозии и износу, обеспечивая длительный срок службы. Просмотреть продукт →

Заключительные соображения

Правильный тип привода для регулирующего клапана — это компромисс между доступной мощностью, требуемым крутящим моментом, скоростью срабатывания и отказоустойчивостью. Ручное приведение в действие практично при нечастом обслуживании с низким крутящим моментом; пневматические и электрические приводы подходят к автоматизированным производственным трубопроводам; Гидравлические или электрогидравлические системы являются правильным выбором для устьевых клапанов высокого давления, большого диаметра и клапанов гидроразрыва. Начните с профиля крутящего момента клапана, определите режим отказа, затем адаптируйте привод к условиям эксплуатации.

Такой подход позволяет избежать двух наиболее распространенных ошибок: завышения размера привода для клапана, которому никогда не требуется такой большой крутящий момент, и недостаточного размера для клапана, которому он нужен.