Các loại thiết bị truyền động cho van điều khiển: Cách chọn loại phù hợp cho dịch vụ dầu khí

Tại địa điểm nứt gãy, điều cuối cùng mà đội thợ mong muốn là một chiếc van không chuyển động khi áp suất xử lý là 15.000 psi. Bộ truyền động là giao diện giữa người vận hành và bộ phận bịt kín của van và nó xác định xem van sẽ mở trong ba giây hay yêu cầu quay tay quay cả phút. Việc chọn loại thiết bị truyền động cho van điều khiển trong dịch vụ dầu khí phụ thuộc vào bốn yếu tố: nhu cầu mô-men xoắn, tốc độ phản hồi, hành vi không an toàn và nguồn điện có sẵn ở đầu giếng.

Tại sao việc lựa chọn bộ truyền động bắt đầu bằng van

Bộ truyền động van điều khiển chuyển đổi năng lượng từ nguồn điện thành chuyển động cơ học cần thiết để di chuyển bộ phận đóng của van. Trong dịch vụ đầu giếng và bẻ gãy, phần tử đó thường là cổng hoặc nút chặn bên trong thân được xếp hạng API 6A. Bản thân van xác định các yêu cầu của bộ truyền động: thân van di chuyển tuyến tính hay quay, cần bao nhiêu mô-men xoắn để phá vỡ đệm kín và cách van hoạt động ở áp suất chênh lệch định mức tối đa.

Lấy một van cổng API 6A điển hình. Thân nâng phải đẩy cổng vào yên để tắt. Bởi vì chênh lệch áp suất qua cổng có thể rất cao nên mô men xoắn thường lớn hơn nhiều so với mômen hoạt động. Một bộ truyền động có kích thước chỉ dành cho mô-men xoắn đang chạy có thể bị dừng trong hành trình mở hoặc không thể ngồi hoàn toàn khi đường dây được điều áp. Đó là lý do tại sao bước đầu tiên trong việc lựa chọn bộ truyền động là phải biết đặc tính mô-men xoắn của van chứ không phải so sánh các mô hình bộ truyền động cạnh nhau. Hình học chỗ ngồi của Van cổng tiêu chuẩn API 6A đóng vai trò lớn trong việc thiết lập hồ sơ đó.

Giao diện ghế cũng ảnh hưởng đến mô-men xoắn. Trên các van cổng kín cứng, tiếp xúc giữa kim loại với kim loại tạo ra lực đủ để giữ áp suất và lực đó tạo ra ma sát mà bộ truyền động phải vượt qua. Sự chú ý tương tự đến dung sai gia công cũng áp dụng cho thân và hộp nhồi. các quá trình sản xuất xác định độ chính xác của trục quay và đánh bóng, đồng thời bề mặt trục nhám làm tăng mô-men xoắn mà bộ truyền động phải cung cấp. Một bộ truyền động có kích thước chính xác trên giấy có thể bị thu nhỏ trên một van chưa được gia công theo cùng tiêu chuẩn.

Các loại thiết bị truyền động chính cho van điều khiển

Năm loại thiết bị truyền động chiếm ưu thế trong dịch vụ van dầu và khí: thủ công, khí nén, thủy lực, điện và điện thủy lực. Mỗi người có một niche rõ ràng.

Thiết bị truyền động bằng tay

Bộ truyền động bằng tay sử dụng tay quay hoặc cần gạt để xoay thân. Đây là lựa chọn đơn giản và ít tốn kém nhất và vẫn xuất hiện trên nhiều van đầu giếng. Hoạt động bằng tay có ý nghĩa khi van được vận hành không thường xuyên, khi không có nguồn điện và khi mô-men xoắn vận hành đủ thấp để một người có thể xử lý. Giới hạn là mô-men xoắn. Trên van cổng có lỗ khoan lớn, tay quay có thể cần lực đầu vào vài trăm newton, điều này trở nên khó khăn đối với một người vận hành. Hộp số nhân lực đầu vào nhưng nó cũng làm tăng số vòng quay cần thiết để điều khiển van.

Thiết bị truyền động khí nén

Bộ truyền động khí nén sử dụng khí nén để di chuyển màng ngăn hoặc piston, tạo ra đầu ra tuyến tính hoặc quay. Các thiết bị khí nén rất phổ biến trong các nhà máy chế biến vì không khí trong nhà máy thường có sẵn, phản ứng nhanh và thiết kế hồi xuân có thể không mở được hoặc không đóng được. Tuy nhiên, trong lĩnh vực dầu mỏ, khí nén thường khan hiếm và lực đầu ra bị giới hạn bởi áp suất cung cấp. Không khí thông thường trong nhà máy là 6 đến 8 bar, do đó xi lanh khí nén phải khá lớn để di chuyển van cổng cao áp.

Thiết bị truyền động thủy lực

Bộ truyền động thủy lực tạo ra mật độ lực cao hơn nhiều so với bộ truyền động khí nén. Bằng cách dẫn động một piston với chất lỏng thủy lực ở áp suất 100 bar trở lên, một xi lanh nhỏ gọn có thể cung cấp mô-men xoắn cần thiết cho các van cổng lớn, van frac và van cuộn cảm. Đó là lý do tại sao dẫn động thủy lực là tiêu chuẩn trên các đầu giếng dưới biển và thiết bị frac, nơi không gian bị hạn chế và van phải di chuyển theo sự chênh lệch áp suất hoàn toàn. Sự đánh đổi là độ phức tạp của hệ thống: bạn cần một bộ nguồn thủy lực, van điều khiển hướng và chất lỏng sạch có khả năng lọc tốt.

Thiết bị truyền động điện

Thiết bị truyền động điện bao gồm động cơ, hộp số và giao diện điều khiển. Nó chỉ cần nguồn điện và có thể cung cấp phản hồi vị trí, giới hạn mô-men xoắn và điều khiển cục bộ hoặc từ xa. Thiết bị truyền động điện rất phù hợp cho dịch vụ tự động, không cần giám sát. Điểm yếu của họ là tốc độ và mô-men xoắn ở mức cực đại. Một động cơ thông thường không thể phù hợp với mô-men xoắn tức thời của xi lanh thủy lực và việc tắt khẩn cấp phải đóng van trong vòng vài giây có thể vượt quá khả năng của bộ truyền động.

Thiết bị truyền động điện thủy lực

Thiết bị truyền động điện-thủy lực kết hợp động cơ điện với bơm thủy lực nhỏ và xi lanh. Nó cung cấp mật độ mô-men xoắn của năng lượng thủy lực trong khi chỉ cần nguồn điện. Điều này làm cho nó trở thành một giải pháp tốt cho các vị trí đầu giếng ở xa nơi mà bộ nguồn thủy lực trung tâm là không thực tế. Nhược điểm càng phức tạp hơn: nhiều thành phần hơn, nhiều điểm hỏng hóc tiềm ẩn hơn và chi phí mua cao hơn.

So sánh các loại thiết bị truyền động

Bảng dưới đây thu hẹp phạm vi. Xác nhận các chi tiết với nhà sản xuất van trước khi hoàn thiện thông số kỹ thuật.

Lưu ý rằng không có hàng nào đại diện cho câu trả lời dứt khoát. Sự lựa chọn đúng đắn phụ thuộc vào mô-men xoắn cụ thể của van, tốc độ vuốt cần thiết, vị trí hỏng hóc bạn cần và nguồn điện sẵn có.

Những cân nhắc về thiết bị truyền động cho đầu giếng và van gãy

Lựa chọn bộ truyền động truyền động an toàn và bảo vệ thân cho van đầu giếng và van gãy. Trên cây thông Noel, van chính và van cánh thường được làm thủ công vì chúng không được luân chuyển thường xuyên. Nhưng trong công việc phân đoạn, đầu phân đoạn và các ống góp áp suất cao kết nối đầu giếng với máy bơm cung cấp áp suất 10.000 đến 20.000 psi. Người vận hành cần định vị các van chặn một cách nhanh chóng và chính xác. Dẫn động thủy lực hoặc điện-thủy lực là giải pháp tiêu chuẩn, bởi vì người vận hành có thể xoay van dưới áp suất tối đa mà không cần đứng trực tiếp phía sau nó.

Đối với các van cổng API 6A phải cung cấp khả năng ngắt tích cực, bộ truyền động phải phù hợp với hành trình của cổng. Van cổng FC là một thiết kế API 6A được sử dụng trong dịch vụ đầu giếng và ống góp, đồng thời nó có thể được ghép nối với cơ cấu truyền động bằng tay, thủy lực hoặc điện. Khi ghép nối với bộ truyền động, việc căn chỉnh thân van phải được kiểm tra cẩn thận. Một bộ truyền động không thẳng hàng có thể tác dụng tải trọng bên lên thân, làm biến dạng các bề mặt bịt kín và tạo ra rò rỉ.

Van cổng FC cho dịch vụ đầu giếng và ống góp API 6A Van cổng FC đáp ứng tiêu chuẩn API 6A với thân bằng thép hợp kim rèn và bề mặt bịt kín cứng. Hiệu suất đáng tin cậy của nó làm cho nó phù hợp để kiểm soát chất lỏng khoan trong các ống góp tiêu diệt, nghẹt thở và bùn. Xem sản phẩm →

Van cổng mở rộng sử dụng cơ chế di chuyển cổng trước khi nó mở rộng vào chỗ ngồi, tạo ra một lớp đệm kim loại với kim loại. Bước mở rộng sẽ bổ sung thêm mô-men xoắn, do đó bộ truyền động phải có kích thước phù hợp với vị trí được mở rộng hoàn toàn. Nếu van được tự động hóa, hộp công tắc giới hạn sẽ hiển thị vị trí thực tế của cổng chứ không chỉ chuyển động quay của trục đầu ra của bộ truyền động.

Van cổng mở rộng WKM có con dấu kim loại với kim loại Van cổng mở rộng này cung cấp mô-men xoắn hoạt động thấp và thiết kế con dấu kim loại, có sẵn ở đầu mặt bích hoặc ren. Nó phù hợp với môi trường áp suất cao và đảm bảo hoạt động không bị rò rỉ. Xem sản phẩm →

Khi không có khí nén ở đầu giếng từ xa, hệ thống truyền động tự động cần có nguồn điện hoặc bơm thủy lực. Tại một địa điểm phân đoạn, khung trượt máy bơm đã có sẵn nguồn thủy lực, do đó, việc tích hợp dẫn động thủy lực đơn giản hơn so với khí nén. Thiết bị truyền động điện vẫn là lựa chọn phù hợp cho các dây chuyền sản xuất nơi người vận hành muốn kiểm soát cục bộ hoặc giám sát.

Các bước thực tế để xác định bộ truyền động

Quy trình sáu bước này áp dụng cho dù bạn đang chỉ định van cho đầu giếng mới hay thay thế bộ truyền động trên van hiện có.

1. Xác định mô men xoắn của van ở áp suất chênh lệch trong trường hợp xấu nhất. Mô-men xoắn ngắt quãng cao hơn mô-men xoắn chạy và xác định kích thước bộ truyền động.
2. Chọn thời gian vuốt ve cần thiết. Nếu van phải đóng trong vòng năm giây, điều đó sẽ loại bỏ một số bộ truyền động điện.
3. Quyết định vị trí thất bại. Điều này xác định xem bộ truyền động sử dụng lò xo hồi lưu, bộ tích lũy hay pin dự phòng.
4. Kiểm tra nguồn điện. Có khí nén không, hay chỉ có điện? Địa điểm này có bộ nguồn thủy lực không?
5. Xác minh kết nối gốc. Khớp nối đầu ra của bộ truyền động phải vừa với thân van không có tải trọng bên và ách phải thẳng hàng với hộp nhồi.
6. Xác nhận bảo vệ môi trường. Đối với dịch vụ đầu giếng, bộ truyền động phải được đánh giá về nhiệt độ môi trường, độ ẩm và khí ăn mòn.

Đối với dịch vụ sản xuất có mô-men xoắn thấp hơn, việc lựa chọn thiết kế van cổng có thể ảnh hưởng đến gói thiết bị truyền động. Van cổng API 6A có sẵn ở một số cấu hình kết cấu và thiết kế được chọn sẽ ảnh hưởng đến mô-men xoắn mà bộ truyền động phải khắc phục. Van cổng FLS là thiết kế API 6A được sử dụng trong dịch vụ đầu giếng và ống góp.

Van cổng FLS có đệm kín ghế sau và thân rèn Van cổng FLS có vòng đệm thân bằng kim loại với kim loại và cấu trúc ghế sau, tạo điều kiện thay thế đóng gói dưới áp suất. Thân bằng thép hợp kim rèn của nó chống ăn mòn và mài mòn để sử dụng lâu dài. Xem sản phẩm →

Cân nhắc cuối cùng

Loại thiết bị truyền động phù hợp cho van điều khiển là sự dung hòa giữa công suất sẵn có, nhu cầu mô-men xoắn, tốc độ phản hồi và hành vi không an toàn. Truyền động bằng tay rất thiết thực đối với dịch vụ mô-men xoắn thấp không thường xuyên; thiết bị truyền động bằng khí nén và điện phù hợp với đường ống sản xuất tự động; và hệ thống thủy lực hoặc điện-thủy lực là sự lựa chọn phù hợp cho các van nứt và đầu giếng có lỗ khoan lớn, áp suất cao. Bắt đầu với cấu hình mô-men xoắn của van, xác định chế độ lỗi, sau đó khớp bộ truyền động với dịch vụ.

Cách tiếp cận đó tránh được hai lỗi phổ biến nhất: định cỡ quá lớn bộ truyền động cho một van không bao giờ cần nhiều mô-men xoắn như vậy và định cỡ quá thấp cho một van cần đến.