Для обеспечения безопасной и надежной работы предприятий нефтегазового комплекса используют различные виды трубопроводной арматуры. Особое внимание уделяется трубопроводной арматуре из износостойких материалов, которая обеспечивает надежное и безаварийное функционирование всех узлов и систем при транспортировке агрессивной и неагрессивной рабочей среды.
Типы трубопроводной арматуры
Арматура, предназначенная для нефтегазовой промышленности, подразделяется на следующие типы:
Она предназначенные для полного перекрытия потока рабочей среды (задвижки, запорные клапаны и т. п.). Запорные устройства также герметично перекрывают проходное сечение и останавливают поток нефти, нефтепродуктов или газа.
Данный вид трубопроводной арматуры управляет потоками нефтепродуктов и газа. Регулирующая арматура позволяет регулировать размер проходного отверстия для снижения давления в системе трубопроводов и контролировать другие характеристики потока рабочей среды, такие как температура, давление, количество и скорость перемещаемых нефтепродуктов и т.п.
Они отвечают за своевременный сброс или изменение движения потока рабочей среды при чрезмерном повышении давления в системе трубопроводов. Сброс среды будет продолжаться до тех пор, пока значения давления не придут в норму и не опустятся до допустимых показателей.
Эти изделия трубопроводной арматуры предназначены для контроля за характеристиками рабочей среды в данный момент времени.
При устройстве трубопроводных нефтегазовых систем, предназначенных для транспортировки нефтепродуктов, запорно-регулирующая арматура играет самую важную роль. Присоединяется арматура к трубопроводу с помощью фланцевого соединения или приварным способом.
Требования к нефтегазовой трубопроводной арматуре
К трубопроводной арматуре, используемой в трубопроводах, транспортирующих нефть, нефтепродукты и газ, предъявляются особые требования:
Трубопроводная арматура должна отлично противостоять механическим повреждениям и нагрузкам. Также она не должна подвергаться деформациям. Стойкость к механическим воздействиям обеспечивает долговечность изделия.
Устойчивость к коррозионному поражению и температурным перепадам.
Стойкость к воздействию химически активных сред увеличивает срок службы трубопроводной арматуры.
Высокий класс герметичности.
Арматура ни в коем случае не должна допускать протечек нефтепродуктов и газа во внешнюю среду. Это внешняя герметичность. Другой параметр герметичности – это внутренняя герметичность относительно внутреннего объема, который показывает возможность вывода среды вне указанных параметров системы. В нефтегазовой промышленности очень важны оба параметра, как внешняя, так и внутренняя герметичность.
Точность регулировки и четкая работа запорно-регулирующей арматуры при конкретно заданных параметрах.
Арматура обязана работать точно, бесперебойно и не отклоняться от заданных характеристик.
Длительный срок эксплуатации.
Трубопроводная арматура для нефтегазовой промышленности должна исправно эксплуатироваться довольно долгий период времени без необходимости частого обслуживания и ремонта. Поэтому она изготавливается из износостойких материалов, отличающихся высокой стойкостью к химическому и механическому износу.
Особенности нефтегазовой трубопроводной арматуры
Нефтепродукты, находящихся в жидком или газообразном состоянии, транспортируются по системе нефтегазовых трубопроводов при высоком давлении. В зависимости от рабочей среды, рабочего давления и температуры транспортируемой среды, трубопроводную арматуру изготовляют из различных материалов: чугун, легированная сталь, коррозионно-стойкая сталь. При давлении свыше 1 МПа используется стальная арматура. Это обусловлено тем, что сталь в условиях абразивно-жидкостного износа гораздо эффективней.
Назначение трубопроводной арматуры, используемой в нефтегазовой отрасли:
Полное перекрытие движения потока нефти, нефтепродуктов и газа.
Регулировка объема рабочей среды, проходящей через устройство, а именно: контроль скорости потока и рабочего давления в системе трубопроводов.
Изменение направления потока рабочей среды.
Контроль и защита от избыточного давления или противодавления.
Фильтрация частиц мусора и примесей в трубопроводе для защиты от преждевременного износа и повреждения оборудования.
Монтаж запорно-регулирующей арматуры на трубопроводе возможен в любом положении (если требования не регламентированы заводом-изготовителем).
Типы управления запорно-регулирующей арматурой для нефтегазовой отрасли
Трубопроводная арматура имеет различные типы управления. В случае с арматурой для нефтегазовой отрасли применяются устройства с ручным управлением (маховиком, штурвалом) или с электроприводом. Запорно-регулирующая арматура оснащенными электроприводом, управляется с помощью пульта ДУ или кнопочного поста, который установлен рядом с управляемым устройством.
Также присутствует возможность полной автоматизации управления эксплуатации запорно-регулирующей арматуры. Для этого применяется автоматизированная система управления технологическими процессами, оборудованная множеством специальных датчиков. Они отслеживают любое изменение характеристик в процессе транспортировки нефтепродуктов и газа в трубопроводной системе и немедленно реагируют, перекрывая, открывая или регулируя параметры потока рабочей среды в зависимости от типа и назначения устройства.
Требования к изготовлению трубопроводной запорно-регулирующей арматуры, используемой в нефтегазовой промышленности, изложены в следующей нормативной документации: ГОСТ 34029-2016, ГОСТ Р 55020-2012.
Источник
Виды запорной арматуры, ее назначение и конструкция
Федеральное агентсво по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего
«Уфимский государственный нефтяной технический университет»
Кафеда: «Транспорт и хранение нефти и газа»
на тему: «Виды запорной арматуры, ее назначение и конструкция»
Выполнил: студент группы ГРз-07-02
Запорная арматура — предназначена для полного перекрытия потока рабочей среды в трубопроводе и пуска среды в зависимости от требований технологического процесса (цикл «открыто-закрыто»). Сюда относятся задвижки, краны, запорные клапаны, поворотные затворы. Основное назначение запорно-регулирующей арматуры – перекрывать поток рабочей среды по трубопроводу и снова пускать среду, а также обеспечивать необходимую герметичность. Завод трубопроводной арматуры следит за качеством выпускаемой продукции. Устанавливается арматура на трубопроводах высокого и низкого давления, агрегатах и сосудах. Предназначена запорная арматура для управления: водяной, газообразной, парообразной, газожидкостной массой, путем изменения площади диаметра проходного сечения отверстия. Она должна обеспечивать надежное и полное перекрытие проходного сечения. Принципиально она должна обеспечивать всего два состояния — открыта или закрыта — и может быть не предназначена для эксплуатации в промежуточном положении рабочего органа.
По функциональному назначению трубопроводная арматура подразделяется на следующие основные классы:
— запорная — предназначена для перекрытия потока рабочей среды с определенной герметичностью;
— регулирующая — предназначена для регулирования расхода путем изменения количества протекающей по трубопроводу рабочей среды. Регулирующая арматура управляется от постороннего источника энергии;
— распределительная — предназначена для распределения потока рабочей среды по определенным направлениям или для смешивания потоков;
— предохранительная — предназначенная для автоматической защиты оборудования и трубопроводов от недопустимого превышения давления посредством сброса избытка рабочей среды., защитная (отсечная) предназначенная для автоматической защиты оборудования и трубопроводов от недопустимых или непредусмотренных технологическим процессом изменений параметров или направления потока рабочей среды, а также для отключения потока.
— фазоразделительная — предназначена для автоматического разделения рабочих сред в зависимости от их фазы и состояния. Сюда относятся конденсатоотводчики, воздухоотводчики и маслоотделители.
Задвижка – одно из устройств запорной арматуры. Здесь, в отличие от кранов, запорный элемент совершает не вращательное движение, а возвратно-поступательное. Передвижение запорного элемента происходит перпендикулярно движению жидкости.
Хронологически задвижки появились одними из первых из устройств перекрытия водного потока. Это связано с их достаточной простотой и неприхотливостью в эксплуатации и ремонте. В настоящее же время в связи с бурным развитием техники и технологических процессов задвижки все чаще вытесняются при прокладке трубопроводов устройствами перекрытия воды с круговым движением исполнительного элемента. Задвижки, как и запорные краны, используются в основном в двух режимах: открыто и закрыто, т. е. когда запорный элемент находится в крайних положениях. При использовании задвижки в промежуточном положении происходит разрушение ее рабочей поверхности из-за вибрации, вызванной высокочастотным перемещением исполнительного органа вдоль и поперек протекания жидкости при ее движении по трубопроводу. Расшатываются также и элементы крепления исполнительного элемента. Как результат – выход задвижки из строя раньше установленного срока.
Задвижки разделяют на несколько видов. Клиновые, параллельные, с выдвижным и не выдвижным штоком. Применяются при давлениях от 2 до 200 атмосфер. Условный диаметр от 8 мм до 2 м.
Рисунок 1 Задвижка ЗМС-65-14 К1 ХЛ (Бакинская)
Таблица 1 Технические характеристики задвижки ЗМС-65-14 К1 ХЛ
1. Рабочее давление, МПа (кг/см 2 )
14 (140)
2.Условный проход, мм
65
3.Температура рабочей среды не более К (С 0 )
393 (120)
4. Исполнение задвижки
К1
5. Задвижка
Корпус литой
6. Установленный срок службы ЗМС
Не менее 12-15 лет
7. Конструкция задвижки
Невыдвижной шпиндель
8. Замена манжет
Под давлением
Фонтанная арматура предназначена для герметизации устья скважин, контроля и регулирования режима их эксплуатации, а также для проведения различных технологических операций в умеренном и холодном макроклиматических районах для сред, содержащих СО2, Н2S, и пластовую воду. Собирается по схемам тройникового и крестового типов согласно ГОСТ 13846 – 84.
В шифре фонтанной арматуры приняты следующие обозначения: АФ – арматура фонтанная; конструктивное исполнение по схемам ГОСТ 13846 – 84; а – двухрядная концентричная подвеска подъёмных труб; К – подвеска подъёмной колонны на резьбе переводника трубной головки (на муфтовой подвеске буква не пишется); Э – для эксплуатации скважин с ЭЦН; В – способ управления задвижками (дистанционный и автоматический); первое число – диаметр условного прохода по стволу и боковым струнам в мм; второе число – рабочее давление; ХЛ – климатическое исполнение для холодного района; исполнение по коррозионной стойкости: К1 – для сред, содержащих СО2 до 6 %; К2 – для сред, содержащих СО2 до 6 %; К3 – то же, Н2S и СО2 до 25 %; К2И – для фонтанной арматуры, изготовленной из малолегированной и низкоуглеродистой стали, с применением ингибитора в скважине.
Арматура включает трубную головку, фонтанную ёлку, запорные устройства с ручным и пневматическим управлением, дроссели.
Трубная головка предназначена для подвески одного или двух рядов НКТ, их герметизации, а также для выполнения технологических операций при освоении, эксплуатации и ремонте скважины.
Колонны подъёмных труб подвешивают на резьбе и на муфтовой подвеске.
Подвешивание колонн на резьбе осуществляется: при однорядном лифте – на резьбе стволовой катушки; при двухрядном лифте: внутренняя колонна – на резьбе стволовой катушки, наружная – на резьбе тройника (крестовины) трубной головки.
Подвешивание колонн на муфтовой подвеске осуществляется: при однорядном лифте – на муфте в крестовине трубной головки; при двухрядном лифте: внутренняя – на муфте в тройнике трубной головки, наружная – на муфте в крестовине.
Рисунок 2 Арматура фонтанная АФК 1 Э65х21М К1 ХЛ
(для УЭЦН, ППД и фонтанных скважин)
Ёлка предназначена для направления продукции скважины в выкидную линию регулирования режима эксплуатации, для установки специальных устройств, при спуске скважинных приборов или скребков для очистки труб от парафина, замера давления и температуры среды, а также для проведения некоторых технологических операций.
В качестве запорных устройств фонтанной арматуры применяют проходные пробковые краны и прямоточные задвижки с принудительной или автоматической подачей смазки. Они предназначены для перекрытия проходных отверстий в фонтанной арматуре и устьевом оборудовании.
Для регулирования режима эксплуатации на боковых струнах ёлки установлены регулируемые или нерегулируемые дроссели со сменной втулкой из износостойкого материала.
Фонтанные арматуры классифицируют по конструктивным и прочностным характеристикам:
— рабочему давлению (7, 14, 21, 35, 70, 105 МПа);
— схеме исполнения (6 схем);
— числу спускаемых в скважину рядов труб;
— конструкции запорных устройств;
— размерам проходного сечения по стволу скважины (50-150 мм) и боковым отводам (50-100 мм).
Все фонтанные арматуры применяются с колонными головками ООК1 10» ´ 9 5/8 ´ 6 5/8 – 210 или колонная головка конструкции ЦНИЛ » ГАНГ ».
Колонные головки, как и обсадные трубы, являются неотъемлемой частью конструкции скважины как инженерного сооружения. Они предназначены для подвески очередной обсадной колонны, герметизации и контроля давления в кольцевом пространстве между соседними колоннами труб.
Рисунок 3 Обвязка колонная головка ОКК1-35 К1 ХЛ
Конструкция колонной головки, фонтанной арматуры, схемы их обвязки должна обеспечивать оптимальные режимы работы скважины, герметизацию трубного, затрубного и межтрубного пространства, возможность технологических операций на скважине, глубинных исследований, отбора проб и контроля устьевого давления и температуры.
Условия работы колонной головки достаточно сложны: нагрузка от веса обсадных колонн может превышать в глубоких скважинах несколько сот килоньютонов. Элементы колонной головки воспринимают также давление среды, контактирующей с ними. Нарушение надежности колонной головки неизбежно ведет к серьезным авариям, нанесению ущерба окружающей среде, а в отдельных случаях может быть причиной возникновения пожаров, взрывов, несчастных случаев.
Рисунок 4 Затвор поворотный
Затвор – элемент трубопроводной запорной арматуры, где регулирующий (запорный) орган поворачивается вокруг оси, которая не является его собственной осью. Наиболее распространенной разновидностью этого типа трубопроводной арматуры является дисковый затвор, у которого регулирующий элемент сделан в виде диска.
По виду обеспечения герметичности перекрытия потока жидкости дисковые затворы могут быть с уплотнением металл-металл, с мягким седловым уплотнением, с тефлоновым покрытием перекрывающих частей затвора. По типу присоединения его с системе водо- (трубо) провода затворы бывают с фланцами под сварку и под резьбовое соединение.
Управление затвором, в зависимости от усилия, необходимого для приведения его движущейся части с рабочее положение, может быть при помощи просто рукоятки, через редуктор, посредством пневматического привода или электрического. Материал и конструкция затвора должны быть таковы, чтобы он мог положенный срок работать не только на открытие-закрытие проходящей через него субстанции, но и регулировать проходящий объем. Для этого рукоятка затвора чаще всего выполняется с фиксатором, который позволяет стопорить рукоятку в различных угловых положениях.
Такие эксплуатационные свойства затворов, как удобство и простота их монтажа и замены уплотняющих элементов, достаточная долговечность (до 100 тысяч открытий-закрытий), относительно низкая стоимость привели к их широкому применению в трубопроводной отрасли.
Рисунок 5 Кран запорный
Кран запорный — один из видов запорной аппаратуры. Может быть выполнен из различных материалов: сталь, латунь, какой-либо пластик и др. Но устройство у них у всех одно и то же – корпус и запорный элемент. Запорный элемент может быть выполнен в виде цилиндра (цилиндрический кран) или в виде шара (шаровой). Реже в быту можно встретить кран с коническим запорным устройством.
По производительности краны запорные могут быть полнопроходным или полупроходными. Полупроходной кран – если перекрываемое отверстие по диаметру меньше диаметра подсоединяемых на вход и выход труб. И соответственно полнопроходной — когда оно такое же.
Основная задача запорного крана – перекрывать поток жидкости, проходящей через него. Т. е. у него два рабочих положения – открыто и закрыто. Понятно, что если ручку крана повернуть не на 90 градусов, а, скажем, на 45, то поток проходящей жидкости можно уменьшить грубо говоря в 2 раза. Таким образом, плавно меняя угол поворота ручки, можно плавно менять проходящий поток. Однако этого делать не рекомендуется, т. к. в зависимости от давления и состава жидкости кран запорный может повредиться, особо это касается острых кромок конструкции крана, которые могут сточиться, результатом чего при полном перекрытии жидкость может на выходе крана продолжать сочиться.
Запорные краны применяются как в промышленности (для транспортировки воды, нефтепродуктов, газа), так и в быту, для перекрытия в случае необходимости различных частей водопровода.
Рисунок 6 Вентиль
Вентили. Это еще один класс устройств запорной арматуры. Здесь запорный элемент находится на шпинделе. Вращательное движения в ту или иную сторону шпинделя (с помощью простого маховика или каких-либо приспособлений) преобразуется в возвратно-поступательное движение запорного элемента, который регулирует поток проходящей через него жидкости. Вращение шпинделя осуществляется или вручную (если усилие невелико) или с помощью какого-либо электрического (гидравлического) двигателя.
Массовый потребитель наиболее хорошо знаком именно с этим видом запорной арматуры в быту, т. к. различные модификации вентилей можно встретить в любой квартире, на загородном участке, в различного рода общественных помещениях и т. п.
Наиболее распространенный вид вентиля – это проходной вентиль, который устанавливается на прямолинейных участках трубопровода. Основной недостаток – достаточно высокое гидросопротивление и как следствие – наличие зоны застоя жидкости в районе установки такого вентиля. Этого недостатка лишен прямоточный вентиль, используемый в тех местах трубопровода, где не допускается снижения потока жидкости на выходе вентиля.
Также к наиболее распространенным типам вентилей относятся угловые (соединяет две взаимно перпендикулярные части трубопровода) и смесительные (смешивают два потока жидкости с целью, например, поддержания заданной температуры).
Рисунок 7 Клапан комбинированный многофункциональный типа ККМ
Клапан комбинированный многофункциональный ККМ-89х21 предназначен для установки вместо обратного клапана в компоновке колонны НКТ при добыче нефти электроцентробежными насосами (ЭЦН)
Таблица 3 Технические характеристики ККМ
Технические характеристики
ККМ-89х21
Рабочая производительность ЭЦН для работы клапана, м 3 /сут
80…800
Наружный диаметр, мм
89
Длина, мм, не более
370
Скорость подъема колонны, не более, м/с
0,3
Условный диаметр проходного отверстия, мм
32
Присоединительная резьба по ГОСТ 633-80
гладкая НКТ 73
Масса, кг, не более
10
Рабочее давление, МПа
21
Клапаны выполняют в трубопроводной арматуре роль своего рода датчиков, совмещенных с исполнительным устройством.
Основным типом являются предохранительные клапаны, которые осуществляют автоматический выпуск (в атмосферу или в специальные емкости) избытка жидкости или газа (пара) из трубопровода при образовании в нем давления, превышающего допустимое техническими параметрами, тем самым предотвращая аварию трубопровода. По типу исполнительного механизма они могут быть пружинными и рычажно-грузовыми.
Применяются также регулирующие, перепускные, распределительные, смесительные, отключающие клапаны, назначение которых несложно определить из их названия.
Отключающие клапаны осуществляют прекращение подачи жидкости или газа в трубопровод, начиная с его какого-то участка, при ее недопустимом расходе (например, при разрыве трубы).
Перепускной клапан поддерживает заданное давление в определенном участке цепи трубопровода путем частичного открывания и перепуска избытка жидкости или газа в другую ветвь трубопровода.
Распределительные клапаны (трехходовые или многоходовые) распределяют потоки рабочей среды в различные участки трубопровода, чаще с пульта управления, в связи с чем они часто имеют электромагнитный привод.
Смесительные клапаны используются, если необходимо смешивать различные среды, имеющие как различную температуру, так и различный состав. К таким клапанам предъявляются требования поддержания постоянного состава или температуры (или того и другого).
Регулирующие клапаны. Их задача регулировать расход протекающей по трубопроводу среды (жидкость, газ). Управляются они чаще всего от внешнего источника энергии.
Список используемой литературы
1. Справочник инженера по добыче нефти
2. Шуров В.А. ”Техника и технология добычи нефти» М.Недра,1983г
3. Бойко В.С. “Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений” М.Недра,1990г.
4. Каталоги заводов изготовителей нефтедобывающего оборудования
