Typy pohonů pro regulační ventily: Jak vybrat ten správný pro servis oleje a plynu

Na místě lomu je to poslední, co posádka chce, je ventil, který se nepohne, když je ošetřovací tlak 15 000 psi. Pohon je rozhraním mezi obsluhou a těsnicím prvkem ventilu a určuje, zda se ventil otevře za tři sekundy nebo vyžaduje celou minutu otáčení ručního kola. Výběr typu pohonu pro regulační ventil v ropném a plynárenském provozu závisí na čtyřech faktorech: požadavek na točivý moment, rychlost odezvy, bezpečné chování a zdroj energie dostupný v ústí vrtu.

Proč výběr pohonu začíná u ventilu

Pohon regulačního ventilu přeměňuje energii ze zdroje energie na mechanický pohyb potřebný k pohybu uzavíracího prvku ventilu. V oblasti ústí vrtu a štěpení je tímto prvkem obvykle brána nebo zátka uvnitř těla s hodnocením API 6A. Samotný ventil definuje požadavky na pohon: zda se vřeteno pohybuje lineárně nebo se otáčí, jak velký krouticí moment je potřeba k porušení těsnění sedla a jak se ventil chová při maximálním jmenovitém diferenčním tlaku.

Vezměte si typický šoupátko API 6A. Stoupající vřeteno musí zatlačit bránu do sedla, aby se dosáhlo vypnutí. Protože diferenční tlak na vratech může být velmi vysoký, je moment odtržení často mnohem větší než moment chodu. Pohon dimenzovaný pouze na krouticí moment se může během otevíracího zdvihu zastavit nebo zcela nedosednout, když je potrubí pod tlakem. Proto je prvním krokem při výběru pohonu znát momentový profil ventilu, nikoli porovnávat modely pohonů vedle sebe. Geometrie sedadla Standardní šoupátka API 6A hraje velkou roli při nastavení tohoto profilu.

Rozhraní sedadla také ovlivňuje točivý moment. Na tvrdě utěsněných šoupátcích vytváří kontakt kov na kov dostatečnou sílu k udržení tlaku a tato síla vytváří tření, které musí pohon překonat. Stejná pozornost věnovaná tolerancím obrábění se vztahuje na dřík a ucpávku. The výrobního procesu určuje, jak přesně je vřeteno soustruženo a leštěno, a hrubý povrch dříku zvyšuje krouticí moment, který musí pohon dodat. Pohon, který vypadá na papíře správně dimenzovaný, může být poddimenzován na ventilu, který nebyl obroben podle stejného standardu.

Hlavní typy pohonů pro regulační ventily

Provozu olejových a plynových ventilů dominuje pět typů pohonů: ruční, pneumatický, hydraulický, elektrický a elektrohydraulický. Každý má jasné místo.

Ruční pohony

Ruční pohon používá k otáčení vřetene ruční kolo nebo ruční páku. Je to nejjednodušší a nejméně nákladná možnost a stále se objevuje na mnoha ventilech ústí vrtu. Ruční ovládání má smysl, když je ventil obsluhován zřídka, když není k dispozici žádný zdroj energie a když je provozní krouticí moment dostatečně nízký, aby ho osoba mohla ovládat. Omezení je točivý moment. U šoupátka s velkým průměrem může ruční kolo vyžadovat vstupní úsilí několik stovek newtonmetrů, což je pro jednoho operátora obtížné. Převodovka znásobuje vstupní sílu, ale také zvyšuje počet otáček potřebných k zdvihu ventilu.

Pneumatickéké pohony

Pneumatický pohon používá stlačený vzduch k pohybu membrány nebo pístu a vytváří lineární nebo rotační výstup. Pneumatické jednotky jsou běžné v procesních závodech, protože je obvykle k dispozici vzduch v závodě, odezva je rychlá a konstrukce s vratnou pružinou může selhat při otevření nebo zavření. V ropném poli je však stlačený vzduch často vzácný a výstupní síla je omezena napájecím tlakem. Typický tlak vzduchu v zařízení je 6 až 8 barů, takže pneumatický válec musí být poměrně velký, aby mohl pohybovat vysokotlakým šoupátkem.

Hydraulickéké pohony

Hydraulickéké pohony generují mnohem vyšší hustotu síly než pneumatické jednotky. Poháněním pístu hydraulickou kapalinou při tlaku 100 bar nebo více může kompaktní válec dodávat krouticí moment potřebný pro velká šoupátka, ventily Frac a škrticí ventily. To je důvod, proč je hydraulické ovládání standardní u podmořských ústí vrtů a zařízení Frac, kde je omezený prostor a ventil se musí pohybovat proti plnému tlakovému rozdílu. Kompromisem je složitost systému: potřebujete hydraulickou pohonnou jednotku, směrové regulační ventily a čistou kapalinu s dobrou filtrací.

Elektrické pohony

Elektrický pohon se skládá z motoru, převodovky a ovládacího rozhraní. Potřebuje pouze elektrické napájení a může poskytovat zpětnou vazbu o poloze, omezování točivého momentu a místní nebo dálkové ovládání. Elektrické pohony jsou vhodné pro automatizovaný bezobslužný servis. Jejich slabinou jsou otáčky a točivý moment v extrémech. Běžný motor se nemůže vyrovnat okamžitému točivému momentu hydraulického válce a nouzové vypnutí, které musí uzavřít ventil během několika sekund, může překročit schopnost pohonu.

Elektrohydraulické pohony

Elektrohydraulický pohon kombinuje elektromotor s malým hydraulickým čerpadlem a válcem. Poskytuje hustotu točivého momentu hydraulického výkonu, přičemž vyžaduje pouze elektrický zdroj. Díky tomu je dobrým řešením pro odlehlá místa ústí vrtu, kde je centrální hydraulická pohonná jednotka nepraktická. Další složitost je nevýhodou: více komponent, více potenciálních poruchových bodů a vyšší pořizovací náklady.

Porovnání typů pohonů

Níže uvedená tabulka zužuje pole. Před dokončením specifikace si ověřte podrobnosti u výrobce ventilu.

Všimněte si, že žádný řádek nepředstavuje definitivní odpověď. Správná volba závisí na konkrétním momentu ventilu, požadované rychlosti zdvihu, poloze poruchy, kterou potřebujete, a dostupném zdroji energie.

Úvahy o pohonu pro vrtací a zlomové ventily

Výběr pohonu pohonu pro bezpečnost a ochranu vřetene pro ventily ústí vrtu a lomové ventily. Na vánočním stromku jsou hlavní ventily a křídlové ventily často ruční, protože se často necyklují. Ale při práci Frac, hlava Frac a vysokotlaké potrubí spojují ústí vrtu s čerpadly, která dodávají 10 000 až 20 000 psi. Obsluha potřebuje umístit blokové ventily rychle a pozitivně. Standardním řešením je hydraulické nebo elektrohydraulické ovládání, protože posádka může točit ventilem pod plným tlakem, aniž by stála přímo za ním.

U šoupátek API 6A, které musí zajistit pozitivní uzavření, musí být pohon přizpůsoben zdvihu šoupátka. Šoupátko FC je jeden design API 6A používaný v provozu vrtu a potrubí a může být spárován s ručním, hydraulickým nebo elektrickým ovládáním. Při spárování s pohonem je třeba pečlivě zkontrolovat vyrovnání vřetene. Nevyrovnaný pohon může způsobit boční zatížení vřetene, což deformuje povrch těsnění a způsobuje netěsnosti.

Ventil FC pro službu API 6A vrtu a potrubí Šoupátko FC splňuje standardy API 6A s tělem z kované legované oceli a tvrdými těsnicími plochami. Jeho spolehlivý výkon jej předurčuje k ovládání vrtné kapaliny v potrubích pro vrtání, sytiče a bahna. Zobrazit produkt →

Roztahovací šoupátko používá mechanismus, který pohybuje šoupátkem předtím, než se roztáhne do sedla, čímž se vytvoří těsnění kov na kov. Krok roztažení zvyšuje moment odlomení, takže pohon musí být dimenzován pro plně roztaženou polohu. Pokud je ventil automatizovaný, měla by skříňka koncového spínače ukazovat skutečnou polohu brány, nikoli pouze otáčení výstupního hřídele pohonu.

Rozšiřovací šoupátko WKM s těsněním kov na kov Toto rozšiřující šoupátko nabízí nízký provozní krouticí moment a provedení kovového těsnění, dostupné s přírubovými nebo závitovými konci. Vyhovuje vysokotlakému prostředí a zajišťuje provoz bez úniků. Zobrazit produkt →

Tam, kde není na vzdáleném ústí vrtu k dispozici stlačený vzduch, vyžaduje automatické ovládání buď elektrickou energii, nebo hydraulické čerpadlo. Na místě Frac je skluz čerpadla již vybaven hydraulickým pohonem, takže hydraulické ovládání je jednodušší na integraci než pneumatické. Elektrické servopohony zůstávají dobrou volbou pro výrobní linky, kde operátor požaduje místní nebo dohledové ovládání.

Praktické kroky pro specifikaci aktuátoru

Tento šestistupňový proces platí, ať už specifikujete ventil pro nové ústí vrtu nebo vyměňujete pohon na stávajícím ventilu.

1. Definujte moment ventilu v nejhorším případě rozdílového tlaku. Zlomový moment je vyšší než provozní moment a určuje velikost pohonu.
2. Vyberte požadovanou dobu hlazení. Pokud se ventil musí zavřít do pěti sekund, eliminuje to některé elektrické pohony.
3. Rozhodněte o poloze selhání. To určuje, zda akční člen používá vratnou pružinu, akumulátor nebo záložní baterii.
4. Zkontrolujte zdroj napájení. Je k dispozici stlačený vzduch, nebo pouze elektřina? Má staveniště hydraulickou pohonnou jednotku?
5. Ověřte připojení stonku. Výstupní spojka pohonu musí lícovat s dříkem ventilu bez bočního zatížení a třmen musí lícovat s ucpávkou.
6. Potvrďte ochranu životního prostředí. Pro provoz na ústí vrtu by měl být pohon dimenzován na okolní teplotu, vlhkost a korozivní plyny.

U výrobních služeb s nižším točivým momentem může výběr konstrukce šoupátka ovlivnit sadu pohonu. Šoupátka API 6A jsou k dispozici v několika konstrukčních konfiguracích a zvolená konstrukce ovlivňuje krouticí moment, který musí pohon překonat. Šoupátko FLS je konstrukce API 6A používaná při provozu vrtu a potrubí.

Šoupátko FLS s těsněním zadního sedla a kovaným tělem Šoupátko FLS je vybaveno těsněním těla kov na kov a konstrukcí zadního sedadla, což usnadňuje výměnu ucpávky pod tlakem. Jeho tělo z kované legované oceli odolává korozi a opotřebení pro dlouhodobý provoz. Zobrazit produkt →

Závěrečné úvahy

Správný typ pohonu pro regulační ventil je kompromisem mezi dostupným výkonem, požadovaným momentem, rychlostí odezvy a bezpečným chováním. Ruční ovládání je praktické pro občasnou údržbu s nízkým točivým momentem; pneumatické a elektrické pohony vhodné pro automatizovaná výrobní potrubí; a hydraulické nebo elektrohydraulické systémy jsou správnou volbou pro vysokotlaké ventily s velkým vrtáním v ústí vrtů a lomové ventily. Začněte s profilem krouticího momentu ventilu, definujte režim poruchy a poté připojte pohon k provozu.

Tento přístup se vyhýbá dvěma nejčastějším chybám: předimenzování pohonu u ventilu, který nikdy nepotřebuje tolik krouticího momentu, a poddimenzování u ventilu, který ho potřebuje.