Những điều cần thiết về thiết kế van bi: Nổi và Trunnion, Phớt và Tiêu chuẩn

Một ống phun nước sản xuất tại cơ sở lưu vực Permian có van bi 4 inch không đạt yêu cầu kiểm tra khả năng ngắt sau 90 ngày. Ghế PTFE có dòng chảy lạnh xung quanh quả bóng và thiết kế quả bóng nổi đã truyền toàn bộ áp suất ngược dòng vào ghế phía dưới, làm tăng tốc độ mài mòn của ghế không bao giờ dành cho tải trọng đó. Thông số kỹ thuật dịch vụ yêu cầu dòng chảy không liên tục với chất rắn và áp suất vừa phải, nhưng không có gì trong bảng dữ liệu sản phẩm cho biết bên trong có những lựa chọn thiết kế nào. Van phải được kéo và thay thế bằng van bi gắn trên trục có đế kim loại và hệ thống phun keo.

Bài học từ thất bại đó áp dụng cho mọi lần mua van bi: thiết kế van bi không phải là một quyết định về một sản phẩm mà là một tập hợp các lựa chọn, bao gồm giá đỡ bi, vật liệu mặt ngồi, khả năng giữ thân van, xếp hạng thân máy và các tính năng phụ phải phù hợp với dịch vụ. Hãy đọc sớm những lựa chọn đó và có thể tách van bền, ít bảo trì khỏi sự cố tái diễn.

Bóng nổi và bóng Trunnion: Quyết định thiết kế đầu tiên

Sự lựa chọn cơ bản nhất trong thiết kế van bi là cách bóng được hỗ trợ. Trong van bi nổi, quả bóng không được cố định vào trục; nó nằm giữa hai ghế, và áp lực của đường đẩy quả bóng vào ghế phía dưới để tạo ra một lớp bịt kín. Việc xây dựng đó đơn giản, tiết kiệm và phù hợp với quy mô nhỏ và các loại áp suất thấp đến trung bình. Điểm yếu của nó là tải trọng bịt kín phụ thuộc vào áp suất: khi áp suất tăng, tải trọng ghế cũng tăng theo, làm tăng mô-men xoắn vận hành và làm tăng tốc độ mòn ghế.

Trong van bi gắn trục, bi bị giữ bởi trục trên và trục dưới nên không thể đẩy xuống hạ lưu. Ghế, thường được cung cấp năng lượng bằng lò xo, được đặt vào quả bóng. Áp suất không làm tăng tải trọng ghế theo cách tương tự, do đó mô-men xoắn vẫn ở mức thấp và có thể dự đoán được ngay cả ở áp suất cao. Thiết kế Trunnion cũng cho phép khả năng chặn và xả kép cũng như giảm áp lực khoang thân, khiến chúng trở thành lựa chọn mặc định cho dịch vụ sản xuất, phun và bẻ gãy dầu khí.

Ý nghĩa trực tiếp đối với người mua là: nếu dịch vụ ở trên khoảng Class 600, kích thước đường truyền trên 4 inch hoặc phương tiện chứa chất rắn, hãy chọn thiết kế gắn trên trục. Thiết kế nổi có thể hoạt động ở mức chấp nhận được với chi phí ban đầu thấp hơn, nhưng chỉ khi hoạt động ổn định và mức áp suất ở mức khiêm tốn.

Vật liệu ghế và cách van thực sự bịt kín

Yên xe là bộ phận đầu tiên bị mòn và là bộ phận xác định cấp độ ngắt. Ghế mềm làm bằng PTFE giúp ngăn chặn bong bóng và xử lý chất lỏng sạch ở nhiệt độ dưới khoảng 230°C (450°F). Tuy nhiên, PTFE dễ bị chảy lạnh và đùn dưới tải trọng cao. Ghế PEEK mở rộng giới hạn nhiệt độ lên khoảng 260°C và chống biến dạng tốt hơn, đó là lý do tại sao van bi cao áp thường sử dụng PEEK thay vì PTFE.

Ghế kim loại và các lớp rò rỉ

Đối với các phương tiện mài mòn, nhiệt độ cao hoặc yêu cầu an toàn cháy nổ thì cần có ghế kim loại. Van bi mặt tựa bằng kim loại được đánh giá là có mức rò rỉ mặt tựa theo ANSI/FCI 70-2 hoặc ISO 5208; van sản xuất tiêu chuẩn thường đạt được Loại II hoặc III, các ghế có nắp đạt đến Loại IV và thiết kế được bơm chất bịt kín có thể đạt đến Loại V hoặc VI. Nếu ứng dụng cần đóng kín bằng kim loại kín bong bóng, thiết kế phải bổ sung thêm cơ chế bịt kín thứ cấp.

Tiêm keo

Nhiều van bi trục và van phích cắm được trang bị hệ thống phun chất bịt kín: các kênh được khoan chạy từ thân đến khu vực mặt tựa và hợp chất bịt kín được bơm dưới áp lực để phục hồi vòng đệm trên mặt tựa bị trầy xước hoặc mòn mà không cần tháo van ra khỏi đường dây. Tính năng này giúp kéo dài tuổi thọ sử dụng đáng kể đối với chất lỏng chứa chất rắn và là một trong những chi tiết thiết thực nhất cần xác minh khi xem xét thiết kế van.

Cấu trúc quay một phần tư tương tự xuất hiện trong các van cắm, trong đó một phích cắm côn quay bên trong thân xe dựa vào ghế và sử dụng khái niệm bịt ​​kín được hỗ trợ bằng chất bịt kín tương tự. Logic thiết kế đủ chặt chẽ để các đội bảo trì cảm thấy thoải mái với van cắm thích ứng nhanh với van bi trục và ngược lại. Cách thiết kế van cắm giảm thiểu rò rỉ được giải thích trong một bài viết liên quan trên trang này.

Giữ thân cây, thiết kế an toàn chống cháy và bảo vệ chống tĩnh điện

Thân van bi là bộ phận duy nhất xuyên qua ranh giới áp suất dưới tải trọng động, vì vậy các chi tiết thiết kế ở phía đó là rất quan trọng. Thân chống nổ được giữ lại bằng vai hoặc vòng giữ bên trong thân để áp suất bên trong không bao giờ có thể đẩy thân ra nếu tuyến đệm hoặc mặt bích bị hỏng. Đây là một đặc điểm không thể thương lượng đối với dịch vụ hydrocarbon dễ cháy và nhiều nhà khai thác sẽ không chấp nhận một thiết kế không có nó.

Thiết kế an toàn cháy nổ cũng quan trọng không kém. Van đạt tiêu chuẩn API 607 ​​hoặc ISO 10497 được thử nghiệm qua lửa, được phép đốt cháy đế mềm và vẫn phải bịt kín vào đế kim loại. Cấu trúc thường bao gồm một đế mềm chính cộng với một đế phụ bằng kim loại được đặt sao cho sự phá hủy nhiệt của các bộ phận mềm không làm mở đường dẫn dòng chảy. Yêu cầu chứng nhận kiểm tra an toàn cháy nổ và xác nhận áp suất kiểm tra, nhiệt độ, thời gian cháy và giới hạn rò rỉ.

Tính năng chống tĩnh điện giữ cho bi, thân van và thân van liên tục về điện thông qua các lò xo nối đất, ngăn ngừa sự tích tụ điện tích tĩnh bên trong lỗ van. Trong dịch vụ gas, đặc biệt là với khí khô và ghế không dẫn điện, sự phóng tĩnh điện có thể đốt cháy môi chất đang chảy.

Lựa chọn đóng gói xác định mức độ đáp ứng các giới hạn phát thải nhất thời của van. Vật liệu đóng gói trực tiếp, thường là vòng đệm lò xo Belleville được nén sẵn trên bộ đệm kín bằng PTFE hoặc than chì, duy trì tải trọng bịt kín khi lớp đệm bị mòn. Các thiết kế được thử nghiệm theo ISO 15848-1 hoặc API 641 có phân loại phát thải khí mê-tan có thể đo lường được; khi dự án có nghĩa vụ báo cáo về môi trường, hãy chỉ định rõ ràng một trong các phân loại đó.

Vật liệu, xếp hạng áp suất và tiêu chuẩn quản lý

Thiết kế van bi chỉ tốt khi có đặc tính vật liệu của nó. ASME B16.34 thiết lập các mức xếp hạng áp suất-nhiệt độ cho các vật liệu thân thông thường: thép carbon WCB cho dịch vụ ngọt nói chung, thép không gỉ CF8M cho khả năng chống ăn mòn, LCC cho dịch vụ ở nhiệt độ thấp và song công hoặc siêu song công cho môi trường khí chua và clorua cao. Khi chất lỏng được sản xuất có chứa hydro sunfua, NACE MR0175 / ISO 15156 hạn chế độ cứng của vật liệu ướt để ngăn ngừa hiện tượng nứt do ứng suất sunfua. Xác nhận loại vật liệu, yêu cầu kiểm tra độ va đập và giới hạn độ cứng trong thông số kỹ thuật mua hàng.

Tiêu chuẩn sản phẩm cũng có vấn đề. API 6D bao gồm các van bi đường ống và đường ống, bao gồm cả các loại trục và thường được yêu cầu cho dịch vụ truyền tải; API 608 đề cập đến van bi kim loại loại 150 và 300; ISO 17292 bao gồm các loại van bi đa năng dùng cho dịch vụ dầu khí và hóa dầu.

Về phía đầu giếng, một tiêu chuẩn khác chi phối các thiết bị điều khiển chính. API 6A là thông số kỹ thuật được chấp nhận cho thiết bị đầu giếng và cây Giáng sinh, đồng thời nhiều cây bề mặt sử dụng van cổng mở rộng để có đặc tính bịt kín tích cực trong môi trường nhiệt độ thấp và chứa nhiều chất rắn. Do đó, việc đánh giá thiết kế cho van gắn trên cây khác với đánh giá van bi đường ống, mặc dù cả hai đều có chung nguyên tắc ranh giới áp suất. Van cổng mở rộng của YUXOIL được chế tạo cho nhiệm vụ phục vụ cây xanh này, cùng với các cấu hình van cổng API 6A khác.

Van cổng mở rộng API 6A cho dịch vụ đầu giếng và cây thông Noel Van cổng mở rộng này được chế tạo cho nhiệm vụ gắn trên cây, đáp ứng các tiêu chuẩn API 6A với các đầu có mặt bích hoặc ren. Thân được rèn hoặc đúc, mô-men xoắn vận hành thấp và vòng đệm bằng kim loại phù hợp với môi trường chứa nhiều chất rắn, nhiệt độ thấp. Xem sản phẩm →

Biến kiến thức thiết kế thành việc mua hàng thông minh hơn

Khi bạn chỉ định một van bi, hãy đặt thông tin thiết kế lên bàn trước khi so sánh giá cả. Tối thiểu, tài liệu phải trả lời những câu hỏi sau:

• Quả bóng nổi hay được gắn trên trục? Bản vẽ có thể hiện chính xác cấu hình ghế không?
• Vật liệu đế và vòng đệm, phạm vi nhiệt độ và cấp độ rò rỉ ngắt theo ANSI/FCI 70-2 hoặc ISO 5208 là gì?
• Thân cây có được giữ lại về mặt cơ học để chống nổ không?
• Van có chứng chỉ an toàn cháy nổ API 607 ​​hoặc ISO 10497 không?
• Van có chống tĩnh điện không và nó có loại bao bì cũng như phân loại khí thải nhất thời nào?
• Các báo cáo thử nghiệm vật liệu và hồ sơ xác định vật liệu dương tính có sẵn cho thân và đồ trang trí không?

Kiểm tra cũng quan trọng như bản vẽ. Van bi tiêu chuẩn được thử nghiệm vỏ thủy tĩnh ở mức 1,5 lần áp suất định mức và thử nghiệm chỗ ngồi theo tiêu chí API 598 hoặc MSS SP-61. Xác nhận rằng chứng chỉ hiển thị áp suất áp dụng và thời gian giữ chứ không chỉ là điểm đạt.

Chất lượng sản xuất cũng thể hiện ở tính nhất quán trong thiết kế. Một nhà sản xuất có cơ chế đúc, gia công và kiểm tra nội bộ có thể kiểm soát độ chính xác về kích thước và chất lượng bề mặt bịt kín tốt hơn nhiều so với một thương nhân phân chia hoạt động sản xuất giữa các nhà thầu phụ. Nhà máy của YUXOIL điều hành một nhà máy sản xuất van và một nhà máy đúc cạnh nhau, và trang khả năng sản xuất mô tả các bước gia công và kiểm tra áp dụng cho từng đơn hàng.

Đối với công việc kích thích giếng và nứt gãy, thiết kế van bi là một phần của đường bao áp suất lớn hơn bao gồm ống góp xử lý và đầu giếng. Đầu frac là giao diện cấu trúc kết nối các đường xử lý với đầu ống vách và các van phía dòng vào phải phù hợp với mức áp suất, kích thước lỗ khoan và loại kết nối của nó. Hãy ghi nhớ toàn bộ phong bì trong quá trình xem xét thiết kế.

Bộ chuyển đổi đầu Frac với nhiều đầu ra để kích thích áp suất cao Bộ chuyển đổi đầu frac này phù hợp với phạm vi áp suất của việc xử lý các ống góp và đầu giếng, cung cấp bốn đến sáu đầu ra và kết nối tương thích với API. Kích thước của nó dao động từ 1-13/16 đến 7-1/16 inch phù hợp với nhiều hoạt động bẻ gãy khác nhau. Xem sản phẩm →

Giá trị của việc xem xét thiết kế van bi ở giai đoạn đặc điểm kỹ thuật là các đặc điểm hoạt động chính có thể nhìn thấy được trước khi lắp đặt. Hỗ trợ bóng, vật liệu mặt ngồi, thân được giữ lại, kết cấu an toàn chống cháy và các thử nghiệm được chứng nhận kể một câu chuyện nhất quán về cách hoạt động của van trong dịch vụ của bạn. Đọc sớm những chi tiết đó là điều giúp phân biệt việc lắp đặt bề mặt đáng tin cậy với chi phí bảo trì định kỳ.