انواع محرک برای شیرهای کنترل: نحوه انتخاب مناسب برای خدمات نفت و گاز

در محل شکستگی، آخرین چیزی که خدمه می خواهند، دریچه ای است که وقتی فشار درمان 15000 psi است حرکت نکند. محرک رابط بین اپراتور و عنصر آب بندی شیر است و تعیین می کند که آیا شیر در سه ثانیه باز می شود یا به یک دقیقه کامل چرخش چرخ دستی نیاز دارد. انتخاب نوع محرک برای شیر کنترل در سرویس نفت و گاز به چهار عامل بستگی دارد: تقاضای گشتاور، سرعت پاسخ، رفتار ایمن در برابر خرابی، و منبع برق موجود در سرچاه.

چرا انتخاب محرک با شیر شروع می شود؟

یک محرک شیر کنترل، انرژی منبع نیرو را به حرکت مکانیکی مورد نیاز برای حرکت عنصر بسته شدن شیر تبدیل می کند. در سرویس سرچاهی و شکستگی، آن عنصر معمولاً یک دروازه یا دوشاخه در داخل بدنه دارای رتبه API 6A است. خود سوپاپ الزامات محرک را تعریف می کند: اینکه آیا میل به صورت خطی حرکت می کند یا می چرخد، چه مقدار گشتاور برای شکستن مهر و موم صندلی لازم است، و چگونه سوپاپ در حداکثر فشار دیفرانسیل نامی رفتار می کند.

یک شیر ورودی معمولی API 6A را انتخاب کنید. ساقه بالارونده باید دروازه را به داخل صندلی فشار دهد تا خاموش شود. از آنجا که فشار دیفرانسیل در سراسر دروازه می تواند بسیار زیاد باشد، گشتاور گسست اغلب بسیار بیشتر از گشتاور در حال اجرا است. محرکی که فقط برای گشتاور در حال اجرا اندازه می‌شود، می‌تواند در حین بازشدن از کار بیفتد یا وقتی خط تحت فشار است، به طور کامل قرار نگیرد. به همین دلیل است که اولین قدم در انتخاب محرک، دانستن مشخصات گشتاور سوپاپ است، نه مقایسه مدل های محرک در کنار هم. هندسه صندلی از شیرهای دروازه استاندارد API 6A نقش مهمی در تنظیم آن نمایه دارد.

رابط صندلی نیز بر گشتاور تأثیر می گذارد. در شیرهای دروازه ای مهر و موم شده سخت، تماس فلز به فلز نیروی کافی برای نگه داشتن فشار ایجاد می کند و این نیرو اصطکاک ایجاد می کند که محرک باید بر آن غلبه کند. همین توجه به تلورانس های ماشینکاری در مورد ساقه و جعبه پر کردن نیز اعمال می شود. را فرآیند تولید تعیین می کند که ساقه با چه دقتی چرخانده شده و صیقل داده شده است، و سطح ناهموار ساقه، گشتاوری را که محرک باید تامین کند، افزایش می دهد. محرکی که بر روی کاغذ با اندازه مناسب به نظر می رسد را می توان روی شیری که با همان استاندارد ماشین کاری نشده است، کوچکتر کرد.

انواع اصلی محرک برای شیرهای کنترل

پنج نوع محرک بر خدمات شیر نفت و گاز غالب هستند: دستی، پنوماتیک، هیدرولیک، الکتریکی و الکترو هیدرولیک. هر کدام یک طاقچه واضح دارند.

محرک های دستی

یک محرک دستی از یک چرخ دستی یا اهرم دستی برای چرخاندن ساقه استفاده می کند. این ساده ترین و کم هزینه ترین گزینه است و هنوز در بسیاری از شیرهای سرچاهی دیده می شود. زمانی که سوپاپ به ندرت کار می کند، زمانی که هیچ منبع تغذیه ای در دسترس نیست، و زمانی که گشتاور عملیاتی به اندازه کافی کم است که فرد بتواند آن را اداره کند، فعال سازی دستی منطقی است. محدودیت گشتاور است. در یک شیر دروازه ای با سوراخ بزرگ، چرخ دستی ممکن است به چند صد نیوتن متر تلاش ورودی نیاز داشته باشد، که برای یک اپراتور مشکل می شود. گیربکس نیروی ورودی را چند برابر می کند، اما تعداد دورهای لازم برای ضربه زدن به شیر را نیز افزایش می دهد.

محرک های پنوماتیکی

یک محرک پنوماتیک از هوای فشرده برای حرکت دیافراگم یا پیستون استفاده می کند و خروجی خطی یا چرخشی تولید می کند. واحدهای پنوماتیکی در کارخانه‌های فرآیندی رایج هستند زیرا هوای کارخانه معمولاً در دسترس است، پاسخ سریع است و طراحی فنر برگشتی می‌تواند باز یا بسته شود. با این حال، در میدان نفتی، هوای فشرده اغلب کمیاب است و نیروی خروجی توسط فشار عرضه محدود می‌شود. هوای معمولی کارخانه 6 تا 8 بار است، بنابراین یک سیلندر پنوماتیک باید کاملاً بزرگ باشد تا یک شیر دروازه فشار بالا را حرکت دهد.

محرک های هیدرولیک

محرک های هیدرولیک چگالی نیروی بسیار بالاتری نسبت به واحدهای پنوماتیک ایجاد می کنند. با به حرکت درآوردن یک پیستون با سیال هیدرولیک در 100 بار یا بیشتر، یک سیلندر فشرده می تواند گشتاور مورد نیاز برای دریچه های دروازه ای بزرگ، سوپاپ های فرک و سوپاپ های خفه کننده را تامین کند. به همین دلیل است که فعال سازی هیدرولیک در سرچاه های زیر دریا و تجهیزات فرک استاندارد است، جایی که فضا محدود است و شیر باید برخلاف اختلاف فشار کامل حرکت کند. مبادله پیچیدگی سیستم است: شما به یک واحد قدرت هیدرولیک، شیرهای کنترل جهت و مایع تمیز با فیلتراسیون خوب نیاز دارید.

محرک های الکتریکی

یک محرک الکتریکی از یک موتور، یک گیربکس و یک رابط کنترل تشکیل شده است. فقط به منبع برق نیاز دارد و می تواند بازخورد موقعیت، محدود کردن گشتاور و کنترل محلی یا از راه دور را ارائه دهد. محرک های الکتریکی برای سرویس های خودکار و بدون مراقبت مناسب هستند. نقطه ضعف آنها سرعت و گشتاور در نهایت است. یک موتور معمولی نمی تواند با گشتاور لحظه ای سیلندر هیدرولیک مطابقت داشته باشد و یک خاموشی اضطراری که باید یک سوپاپ را در عرض چند ثانیه ببندد ممکن است از توانایی محرک فراتر رود.

محرک های الکترو هیدرولیک

یک محرک الکترو هیدرولیک یک موتور الکتریکی را با یک پمپ هیدرولیک کوچک و سیلندر ترکیب می کند. چگالی گشتاور نیروی هیدرولیک را ارائه می کند در حالی که فقط به یک منبع الکتریکی نیاز دارد. این باعث می شود که آن را به یک راه حل خوب برای مکان های دور چاه که در آن واحد نیرو هیدرولیک مرکزی غیرعملی است تبدیل کند. پیچیدگی اضافه شده جنبه منفی دارد: قطعات بیشتر، نقاط خرابی احتمالی بیشتر و هزینه خرید بالاتر.

مقایسه انواع محرک

جدول زیر زمینه را باریک می کند. قبل از نهایی کردن مشخصات، جزئیات را با سازنده شیر تأیید کنید.

توجه داشته باشید که هیچ ردیفی پاسخ قطعی را نشان نمی دهد. انتخاب مناسب به گشتاور خاص سوپاپ، سرعت حرکت مورد نیاز، موقعیت خرابی مورد نیاز و منبع برق موجود بستگی دارد.

ملاحظات محرک برای دریچه های سرچاهی و شکستگی

انتخاب محرک درایو ایمنی و حفاظت ساقه برای دریچه های سر چاه و شکست. در درخت کریسمس، شیر اصلی و شیرهای بال اغلب دستی هستند، زیرا اغلب چرخه نمی شوند. اما در یک کار فرک، هد فرک و منیفولدهای فشار بالا سر چاه را به پمپ‌هایی متصل می‌کنند که 10000 تا 20000 psi تولید می‌کنند. اپراتور باید شیرهای بلوک را به سرعت و به صورت مثبت قرار دهد. فعال سازی هیدرولیک یا الکتروهیدرولیک راه حل استاندارد است، زیرا خدمه می توانند یک شیر را تحت فشار کامل بدون اینکه مستقیماً پشت آن بایستند چرخه بزنند.

برای شیرهای دروازه ای API 6A که باید خاموشی مثبت داشته باشند، محرک باید با سکته گیت مطابقت داشته باشد. شیر دروازه FC یکی از طرح های API 6A است که در سرویس دهی و منیفولد استفاده می شود و می توان آن را با تحریک دستی، هیدرولیک یا الکتریکی جفت کرد. هنگام جفت شدن با یک محرک، تراز ساقه باید به دقت بررسی شود. یک محرک نامناسب می تواند بار جانبی را بر روی ساقه تحمیل کند که سطوح مهر و موم را منحرف می کند و نشتی ایجاد می کند.

FC Gate Valve برای سرویس سرچاه و منیفولد API 6A شیر دروازه FC با بدنه فولادی آلیاژی آهنگری و سطوح آب بندی سخت با استانداردهای API 6A مطابقت دارد. عملکرد قابل اعتماد آن آن را برای کنترل سیال حفاری در منیفولدهای کشتن، خفه کردن و گل مناسب می کند. مشاهده محصول →

دریچه دروازه انبساط کننده از مکانیزمی استفاده می کند که دروازه را قبل از انبساط به داخل صندلی حرکت می دهد و یک مهر و موم فلز به فلز ایجاد می کند. مرحله انبساط به گشتاور گسست اضافه می کند، بنابراین محرک باید برای موقعیت کاملاً منبسط شده اندازه شود. اگر شیر خودکار باشد، یک جعبه سوئیچ محدود باید موقعیت واقعی دروازه را نشان دهد، نه فقط چرخش شفت خروجی محرک را.

شیر گیت گسترش WKM با مهر و موم فلز به فلز این دریچه گیت انبساط، گشتاور عملیاتی کم و طراحی مهر و موم فلزی را ارائه می دهد که در انتهای فلنجی یا رزوه ای موجود است. برای محیط های پرفشار مناسب است و عملکرد بدون نشتی را تضمین می کند. مشاهده محصول →

در جایی که هوای فشرده در سر چاه راه دور در دسترس نیست، فعال سازی خودکار به نیروی الکتریکی یا پمپ هیدرولیک نیاز دارد. در یک سایت frac، لغزش پمپ از قبل دارای نیروی هیدرولیک است، بنابراین تحریک هیدرولیک ساده تر از پنوماتیک است. محرک های الکتریکی برای خطوط تولید که در آن اپراتور کنترل محلی یا نظارتی را می خواهد، یک بازی خوب باقی می ماند.

مراحل عملی برای تعیین یک محرک

این فرآیند شش مرحله‌ای اعمال می‌شود، چه در حال تعیین یک دریچه برای سر چاه جدید یا جایگزینی یک محرک در یک شیر موجود باشید.

1. گشتاور سوپاپ را در بدترین فشار دیفرانسیل تعریف کنید. گشتاور شکاف بالاتر از گشتاور در حال اجرا است و اندازه محرک را تعیین می کند.
2. زمان نوازش مورد نیاز را انتخاب کنید. اگر شیر باید در عرض پنج ثانیه بسته شود، برخی از محرک های الکتریکی حذف می شوند.
3. موقعیت شکست را تعیین کنید. این تعیین می‌کند که آیا محرک از بازگشت فنر، انباشته‌کننده یا باتری پشتیبان استفاده می‌کند.
4. منبع تغذیه را بررسی کنید. آیا هوای فشرده در دسترس است یا فقط برق وجود دارد؟ آیا سایت دارای واحد برق هیدرولیک است؟
5. اتصال ساقه را بررسی کنید. کوپلینگ خروجی محرک باید بدون بار جانبی با میل سوپاپ مطابقت داشته باشد و یوک باید با جعبه پرکننده همراستا باشد.
6. حفاظت از محیط زیست را تایید کنید. برای سرویس دهی چاه، محرک باید از نظر دمای محیط، رطوبت و گاز خورنده درجه بندی شود.

برای خدمات تولید با گشتاور کمتر، انتخاب طراحی شیر دروازه می تواند بر بسته محرک تأثیر بگذارد. شیرهای دروازه ای API 6A در چندین پیکربندی ساختاری موجود هستند و طراحی انتخاب شده بر گشتاوری که محرک باید بر آن غلبه کند تأثیر می گذارد. شیر دروازه ای FLS یک طرح API 6A است که در سرویس دهی و منیفولد استفاده می شود.

شیر دروازه FLS با آب بندی صندلی عقب و بدنه فورج شیر دروازه FLS دارای بدنه مهر و موم فلز به فلز و ساختار صندلی عقب است که جایگزینی بسته بندی تحت فشار را تسهیل می کند. بدنه فولادی آلیاژی آهنگری آن در برابر خوردگی و سایش برای خدمات طولانی مدت مقاوم است. مشاهده محصول →

ملاحظات نهایی

نوع محرک مناسب برای شیر کنترل، مصالحه ای بین توان موجود، تقاضای گشتاور، سرعت پاسخگویی و رفتار ایمن در برابر خرابی است. فعال سازی دستی برای خدمات نادر با گشتاور کم عملی است. محرک های پنوماتیکی و الکتریکی متناسب با خطوط لوله تولید خودکار؛ و سیستم های هیدرولیک یا الکتروهیدرولیک انتخاب مناسبی برای شیرهای با فشار بالا، سر چاه بزرگ و شکستگی هستند. با مشخصات گشتاور سوپاپ شروع کنید، حالت خرابی را تعریف کنید، سپس محرک را با سرویس مطابقت دهید.

این رویکرد از دو اشتباه رایج جلوگیری می کند: بزرگ کردن محرک برای دریچه ای که هرگز به این مقدار گشتاور نیاز ندارد، و کوچک کردن اندازه آن برای دریچه ای که نیاز به آن دارد.