Vrste aktuatora za regulacijske ventile: Kako odabrati pravi za usluge nafte i plina

Na mjestu lomljenja posljednja stvar koju posada želi je ventil koji se neće pomicati kada je tlak obrade 15.000 psi. Pokretač je sučelje između operatera i brtvenog elementa ventila i on određuje hoće li se ventil otvoriti za tri sekunde ili zahtijeva punu minutu okretanja ručnog kotača. Odabir vrste aktuatora za regulacijski ventil u naftnim i plinskim uslugama svodi se na četiri faktora: zahtjev za okretnim momentom, brzinu odziva, sigurno ponašanje i izvor energije dostupan na ušću bušotine.

Zašto odabir aktuatora počinje s ventilom

Pogon kontrolnog ventila pretvara energiju iz izvora energije u mehaničko gibanje potrebno za pomicanje elementa za zatvaranje ventila. U ušću bušotine i uslugama frakturiranja, taj element je obično vrata ili čep unutar tijela s oznakom API 6A. Sam ventil definira zahtjeve pokretača: pomiče li se vreteno linearno ili rotira, koliki moment je potreban da se razbije brtva sjedišta i kako se ventil ponaša pri maksimalnom nazivnom diferencijalnom tlaku.

Uzmimo tipični API 6A zasun. Stablo koje se diže mora gurnuti zasun u sjedište kako bi se postiglo zatvaranje. Budući da diferencijalni tlak preko vrata može biti vrlo visok, okretni moment okretanja često je daleko veći od momenta rada. Pokretač dimenzioniran samo za radni zakretni moment može zastati tijekom takta otvaranja ili ne uspjeti potpuno sjednuti kada je cjevovod pod tlakom. Zato je prvi korak u odabiru aktuatora poznavanje profila zakretnog momenta ventila, a ne usporedba modela aktuatora jedan pored drugog. Geometrija sjedala Standardni zasuni API 6A igra veliku ulogu u postavljanju tog profila.

Sučelje sjedala također utječe na okretni moment. Na tvrdo zabrtvljenim zasunima, kontakt metal-metal stvara dovoljno sile da održi pritisak, a ta sila stvara trenje koje aktuator mora nadvladati. Ista pozornost na tolerancije strojne obrade odnosi se na vreteno i kutiju za brtvljenje. The proces proizvodnje određuje koliko je precizno vreteno tokareno i polirano, a hrapava površina vretena povećava okretni moment koji aktuator mora isporučiti. Pokretač koji na papiru izgleda odgovarajuće veličine može biti premali na ventilu koji nije strojno obrađen prema istom standardu.

Tipovi glavnih pokretača za regulacijske ventile

Pet tipova aktuatora dominira servisom ventila za ulje i plin: ručni, pneumatski, hidraulički, električni i elektrohidraulički. Svaki ima jasnu nišu.

Ručni aktuatori

Ručni aktuator koristi ručni kotač ili ručnu polugu za okretanje vretena. To je najjednostavnija i najjeftinija opcija i još uvijek se pojavljuje na mnogim ventilima na glavi bušotine. Ručno aktiviranje ima smisla kada se ventilom rijetko upravlja, kada nije dostupan izvor energije i kada je radni moment dovoljno nizak da ga osoba može nositi. Ograničenje je okretni moment. Na zasunu velikog promjera, ručnom kotaču može biti potrebno nekoliko stotina newton-metara ulaznog napora, što postaje teško za jednog operatera. Mjenjač višestruko povećava ulaznu silu, ali također povećava broj okretaja potrebnih za hod ventila.

Pneumatski aktuatori

Pneumatski aktuator koristi komprimirani zrak za pomicanje dijafragme ili klipa, proizvodeći linearni ili rotacijski izlaz. Pneumatske jedinice uobičajene su u procesnim postrojenjima jer je zrak iz postrojenja obično dostupan, odziv je brz, a konstrukcija s povratnom oprugom može se ne otvoriti ili zatvoriti. U naftnim poljima, međutim, komprimirani zrak je često rijedak, a izlazna sila ograničena je dovodnim tlakom. Uobičajeni tlak zraka u postrojenju je 6 do 8 bara, tako da pneumatski cilindar mora biti prilično velik da bi pomicao visokotlačni zasun.

Hidraulički aktuatori

Hidraulički aktuatori stvaraju mnogo veću gustoću sile od pneumatskih jedinica. Pokretanjem klipa s hidrauličkom tekućinom na 100 bara ili više, kompaktni cilindar može isporučiti okretni moment potreban za velike zasune, frak ventile i prigušne ventile. Zbog toga je hidrauličko aktiviranje standardno na podmorskim ustima bušotina i opremi za frakaciju, gdje je prostor ograničen i ventil se mora pomicati protiv pune razlike tlaka. Kompromis je složenost sustava: potrebna vam je hidraulička pogonska jedinica, upravljački ventili i čista tekućina s dobrom filtracijom.

Električni aktuatori

Električni aktuator sastoji se od motora, mjenjača i upravljačkog sučelja. Potrebno mu je samo električno napajanje, a može pružiti povratnu informaciju o položaju, ograničenje momenta i lokalno ili daljinsko upravljanje. Električni aktuatori dobro odgovaraju automatiziranom servisu bez nadzora. Njihova slabost su brzina i okretni moment u ekstremima. Konvencionalni motor ne može se mjeriti s trenutnim okretnim momentom hidrauličkog cilindra, a isključivanje u nuždi koje mora zatvoriti ventil unutar nekoliko sekundi može premašiti sposobnost aktuatora.

Elektrohidraulički aktuatori

Elektrohidraulički aktuator kombinira električni motor s malom hidrauličkom pumpom i cilindrom. Isporučuje gustoću okretnog momenta hidrauličke snage dok zahtijeva samo električni izvor. To ga čini dobrim rješenjem za udaljena mjesta ušća bušotina gdje je centralna hidraulička jedinica nepraktična. Dodatna složenost je loša strana: više komponenti, više potencijalnih točaka kvara i viši trošak nabave.

Usporedba tipova aktuatora

Tablica u nastavku sužava polje. Potvrdite detalje kod proizvođača ventila prije dovršetka specifikacije.

Primijetite da niti jedan red ne predstavlja konačan odgovor. Pravi izbor ovisi o specifičnom zakretnom momentu ventila, potrebnoj brzini hoda, položaju kvara koji vam je potreban i dostupnom izvoru energije.

Razmatranja pokretača za ventile na glavi bušotine i frakturne ventile

Odabir pogonskog aktuatora za sigurnost i zaštitu stabla za ventile na ušću bušotine i frakturne ventile. Na božićnom drvcu, glavni ventil i krilni ventili često su ručni jer se ne mijenjaju često. Ali kod frac posla, frac glava i visokotlačni razvodnici povezuju ušće bušotine s pumpama koje daju 10.000 do 20.000 psi. Operater mora brzo i pravilno postaviti blok ventile. Hidrauličko ili elektrohidrauličko pokretanje je standardno rješenje, jer posada može pokretati ventil pod punim pritiskom bez da stoji izravno iza njega.

Za API 6A zasune koji moraju osigurati pozitivno zatvaranje, aktuator mora biti usklađen s hodom zasuna. FC zasun je jedan API 6A dizajn koji se koristi u opsluživanju ušća i razvodnika, a može se upariti s ručnim, hidrauličkim ili električnim pokretanjem. Kada je uparen s aktuatorom, mora se pažljivo provjeriti poravnanje vretena. Neusmjereni aktuator može izazvati bočno opterećenje na vretenu, što deformira površine brtve i uzrokuje curenje.

FC Zasun za API 6A Ušće bušotine i servis razdjelnika Zasun FC zadovoljava standarde API 6A s kućištem od kovanog legiranog čelika i tvrdim površinama za brtvljenje. Njegove pouzdane performanse čine ga prikladnim za kontrolu tekućine za bušenje u kolektorima za ubijanje, prigušivanje i isplaku. Pogledajte proizvod →

Zasun koji se širi koristi mehanizam koji pomiče zasun prije nego što se proširi u sjedište, stvarajući brtvu metal na metal. Korak ekspanzije povećava okretni moment, tako da aktuator mora biti dimenzioniran za potpuno rašireni položaj. Ako je ventil automatiziran, granična sklopka treba pokazivati ​​stvarni položaj vrata, a ne samo rotaciju izlazne osovine aktuatora.

WKM ekspandirajući zasun s brtvom metal-metal Ovaj ekspandirajući zasun nudi nizak radni moment i dizajn metalne brtve, dostupan u krajevima s prirubnicom ili navojem. Odgovara visokotlačnim okruženjima i osigurava rad bez curenja. Pogledajte proizvod →

Tamo gdje komprimirani zrak nije dostupan na udaljenom ušću bušotine, automatizirano pokretanje zahtijeva ili električnu energiju ili hidrauličku pumpu. Na mjestu frakiranja, sklop pumpe već uključuje hidrauličku snagu, tako da je hidrauličko aktiviranje jednostavnije integrirati nego pneumatsko. Električni aktuatori ostaju dobar izbor za proizvodne linije gdje operater želi lokalnu ili nadzornu kontrolu.

Praktični koraci za određivanje aktuatora

Ovaj postupak u šest koraka primjenjuje se bilo da specificirate ventil za novo ušće bušotine ili zamjenjujete aktuator na postojećem ventilu.

1. Definirajte zakretni moment ventila pri najgorem slučaju diferencijalnog tlaka. Okretni moment je veći od momenta pokretanja i određuje veličinu aktuatora.
2. Odaberite potrebno vrijeme glađenja. Ako se ventil mora zatvoriti unutar pet sekundi, to eliminira neke električne pokretače.
3. Odlučite o položaju kvara. Ovo određuje hoće li aktuator koristiti povratnu oprugu, akumulator ili pomoćnu bateriju.
4. Provjerite izvor napajanja. Je li dostupan komprimirani zrak ili postoji samo struja? Ima li mjesto hidraulični agregat?
5. Provjerite vezu vretena. Izlazna spojka aktuatora mora odgovarati stablu ventila bez bočnog opterećenja, a jaram mora biti poravnat s kutijom za brtvljenje.
6. Potvrdite zaštitu okoliša. Za rad na ušću bušotine, aktuator treba biti ocijenjen za temperaturu okoline, vlagu i korozivni plin.

Za uslugu proizvodnje s nižim momentom, izbor dizajna zasuna može utjecati na sklop aktuatora. API 6A zasuni dostupni su u nekoliko strukturnih konfiguracija, a odabrani dizajn utječe na okretni moment koji aktuator mora savladati. Zasun FLS je dizajn API 6A koji se koristi u opsluživanju ušća bušotine i razvodnika.

FLS zasun s brtvljenjem stražnjeg sjedala i kovanim tijelom Zasun FLS ima brtvu tijela metal-na-metal i strukturu stražnjeg sjedala, što olakšava zamjenu brtve pod pritiskom. Njegovo kućište od kovanog legiranog čelika otporno je na koroziju i habanje za dugotrajnu upotrebu. Pogledajte proizvod →

Završna razmatranja

Pravi tip aktuatora za regulacijski ventil je kompromis između raspoložive snage, zahtjeva za okretnim momentom, brzine odziva i ponašanja sigurnog od kvara. Ručno aktiviranje je praktično za rijetke servise niskog momenta; pneumatski i električni aktuatori odgovaraju automatiziranim proizvodnim cjevovodima; a hidraulički ili elektrohidraulički sustavi pravi su izbor za visokotlačne, velike bušotine i ventile za frakturiranje. Počnite s profilom zakretnog momenta ventila, definirajte način kvara, zatim uskladite aktuator sa servisom.

Tim pristupom izbjegavaju se dvije najčešće pogreške: predimenzioniranje aktuatora za ventil koji nikada ne treba toliko zakretnog momenta i podimenzioniranje za ventil koji treba.