2763.Эксплуатация и обслуживание объектов добычи нефти и газа

рабочих давлениях до 2500 атм и температурах сред от –200 до +450 оС, т.е. в тех случаях, когда к надежности и герметичности перекрытия прохода предъявляются высокие требования.

Рис. 5.19. Запорный проходной вентиль высокого давления: 1 – шпиндель; 2 – полукольцо; 3 – основной клапан (тарелка); 4 – корпус; 5 – седло; 6 – разгрузочная тарелка; 7 – коническая часть

шпинделя; 8 – втулка

По конструкции корпуса вентили разделяются:

на проходные;

угловые;

прямоточные;

смесительные.

Существенно важной является классификация вентилей по назначению:

запорные; по конструкции затворов:

o тарельчатые; o диафрагменные;

по способу уплотнения шпинделя: o сальниковые;

o сильфонные;

запорно-регулирующие;

91

o с профилированными золотниками;

o игольчатые;

специальные.

Проходные вентили предназначены для установки в прямолинейных трубопроводах. Недостатки: относительно высокое гидравлическое сопротивление; наличие зоны застоя; большие строительные размеры; сложность конструкции корпуса и относительно большой вес.

Угловые вентили предназначены для соединения двух частей трубопровода, расположенных перпендикулярно друг другу, или для монтажа на повороте. Работают при давлениях рабочей среды меньше 64 атм и при невысоких температурах.

Прямоточные вентили. Преимущества: относительно малое гидравлическое сопротивление; компактность конструкции; отсутствие зон застоя. Недостатки: большая длина и относительно большой вес.

Смесительные вентили служат для смешивания двух потоков жидкой среды с целью стабилизации её температуры, концентрации реагентов, разжижения основной среды, поддержания качества и т.д. Более простое решение схемы смешивания получается при использовании смесительных вентилей, в которых два потока смешиваются непосредственно в корпусе одного вентиля. Их применение дает высокий экономический эффект за счет того, что вместо вентилей и специального смесителя применяется только один вентиль.

Диафрагмовые вентили (мембранные) предназначены для перекрывания потоков сред при невысоких температурах (до 100–1500 оС) и отсутствии сальника; зон застоя и карманов; невысокого гидравлического сопротивления; небольших габаритных размеров и веса. Основной недостаток – относительно небольшой срок службы мембраны.

Сильфонные вентили предназначены для работы в средах, утечка которых в окружающую атмосферу недопустима из-за высокой стоимости, агрессивности, токсичности, взрывоили пожароопасности, ядовитости и др. Преимущества: полное исключение утечкирабочейсредыинадежностьуплотнительногоэлемента.

92

Запорно-регулирующие вентили обеспечивают возмож-

ность ручного или дистанционного управления расходом среды путем изменения гидравлического сопротивления дроссельной пары с надёжным фиксированием промежуточных положений даже при авариях в линии питания привода или при затруднительном доступе к вентилю, а также достаточно надёжно перекрывают трубопровод.

Игольчатые вентили могут быть как запорными, так и регулирующими. Они нашли широкое применение в регулировании и дросселировании малых потоков газов при больших величинах перепадов давлений на дроссельном устройстве.

Вентили высокого давления изготавливают с диаметрами условных проходов от 3 до 125 мм. Существуют вентили на рабочие давления до 2500 атм.

Вентили для сред высоких температур рассчитаны для работы при температурах рабочей среды более 200 оС. Эти вентили широко используются в процессах синтеза. Вентиль предназначен для работы при давлениях больше 200 атм.

Вентили для коррозионных сред предназначены одно-

временно для работы при высоких давлениях и температурах рабочей среды, превышающих 150 оС. При давлениях рабочих сред меньше 25 атм и интервале температур от +30 до +150 оС применяют футерованные или гуммированные вентили.

Для открытия вентилей и задвижек высокого давления необходимо преодолевать большие усилия, так как при начальном положении существует большой перепад давлений по обе стороны клапана. Ранее для облегчения открытия применяли обводные трубки малого диаметра с вентилем на них, открыв его, выравнивали давление по обе стороны клапана, а затем уже поднимали его. Однако при этом создавались дополнительные участки высокого давления и увеличивалось количество арматуры. В современных конструкциях (см. рис. 5.19) применяют метод внутренней разгрузки. Вначале поднимается разгрузочный клапан 6 малого диаметра, открывая доступ среде по обеим сторонам основного клапана 3. Подъем клапана 6

93

идет до упора его в полукольцо 2, в связи с чем начинается уже подъем основного клапана. Для уменьшения возможных утечек воды через сальник на шпинделе 1 имеется коническая поверхность, упирающаяся во втулку крышки при полном открытии вентиля.

При открытом положении вентилей протекающая среда воздействует на клапан (в отличие от задвижек, создающих вместе с седлом плотное соединение). Поэтому в связи с возможным эрозионным воздействием потока на клапан плотность вентилей обычно нарушается быстрее, чем плотность задвижек. В вентилях возможна подача среды или только под клапан, или только на клапан. На трубопроводах вентили следует располагать в соответствии с указателем направления движения среды (стрелки), чтобы не создавать на шпинделе нерасчетных усилий. Запорная арматура (запорные задвижки и клапаны) должна быть или полностью открыта, или полностью закрыта. Использование ее как регулировочной арматуры приводит к повышенному эрозионному износу деталей и нарушению основного соединения, а в результате – к протечкам. Для регулирования расхода или давления существует специальная арматура.

5.1.6. Предохранительные мембраны

Мембранное предохранительное устройство (МПУ), (рис. 5.20) относится к предохранительной трубопроводной арматуре и состоит из разрывной предохранительной мембраны (одной или нескольких) и узла ее крепления (зажимающих элементов) в сборе с другими элементами, обеспечивает необходимый сброс массы парогазовой смеси при определенном давлении срабатывания. МПУ применяются для защиты объектов технологического оборудования, сосудов и трубопроводов от опасных перегрузок избыточным и (или) вакуумметрическим давлением, создаваемых рабочими средами, и устанавливаются на патрубках или трубопроводах, непосредственно присоединенных к оборудованию.

94

команде от датчиков, фиксирующих параметры среды в трубопроводе. Используются электрические, пневматические, гидравлические и электромагнитные приводы для регулирующих клапанов.

Проходной запорно-регулирую- щий клапан с электрическим при-

водом. С помощью этих устройств осуществляется как регулирование по заданной характеристике, так и уплотнение затвора по нормам герметичности для запорной арматуры, что обес-

печивается специальной конструкцией плунжера, имеющего профильную часть для регулирования, а также уплотнительную поверхность для плотного контакта с седлом в положении «за-

крыто» (рис. 5.21).

Для присоединения регулирующих клапанов к трубопроводам применяются все известные способы (фланцевый, муфтовый, штуцерный, цапковый, приваркой), однако приварка к трубопроводу используется только для клапанов, изготовленных из сталей.

Большинство из регулирующих клапанов весьма схожи по конструкции с запорными клапанами, но есть и свои специфические виды.

По направлению потока рабочей среды регулирующие клапаны делятся:

•на проходные – устанавливаются на прямых участках трубопровода, в них направление потока рабочей среды не изменяется;

•угловые – меняют направление потока на 90°;

•трехходовые (смесительные) – имеют три патрубка для присоединения к трубопроводу (два входных и один выходной) для смешивания двух потоков сред с различными параметрами в один. В сантехнике такое устройство имеет название смеситель.

96

5.1.8. Регулятор давления

Регулятор давления (рис. 5.22) – разновидность регулирующей арматуры, автоматически действующее автономное устройство, служащее для поддержания постоянного давления газа в трубопроводе. При ре-

В зависимости от поддерживаемого давления (расположения контролируемой точки в газопроводе) регуляторы давления разделяют на регуляторы «до себя» и «после себя». В ГРП применяют только регуляторы «после себя».

Принцип работы

Автоматический регулятор давления состоит из исполнительного механизма и регулирующего органа. Основной частью исполнительного механизма является чувствительный элемент, который сравнивает сигналы задатчика и текущее значение регулируемого давления. Исполнительный механизм преобразует командный сигнал в регулирующее воздействие и в соответствующее перемещение подвижной части регулирующего органа за счет энергии рабочей среды (это может быть энергия газа, проходящего через регулятор, либо энергия среды от внешнего источника – электрическая, сжатого воздуха, гидравлическая).

Если перестановочное усилие, развиваемое чувствительным элементом регулятора, достаточно большое, то он сам осуществляет функции управления регулирующим органом. Такие

97

регуляторы называются регуляторами прямого действия. Для достижения необходимой точности регулирования и увеличения перестановочного усилия между чувствительным элементом и регулирующим органом может устанавливаться усилитель – командный прибор (иногда называемый «пилотом»). Измеритель управляет усилителем, в котором за счет постороннего воздействия (энергии рабочей среды) создается усилие, передающееся на регулирующий орган.

Исходя из закона регулирования, положенного в основу работы, регуляторы давления бывают:

астатические;

статические;

изодромные.

Всистемах газораспределения два первых типа регуляторов получили наибольшее распространение.

Вастатических регуляторах давления (рис. 5.23) на чув-

ствительный элемент (мембрану) действует постоянная сила от груза 2. Активная (противодействующая) сила – это усиление, которое воспринимает мембрана от выходного давления Р2.

Рис. 5.23. Астатический регулятор: 1 – регулирующий (дроссельный) орган; 2 – мембранно-грузовой привод; 3 – импульсная трубка;

4 – объект регулирования (газовая сеть)

При увеличении отбора газа из сети 4 будет уменьшаться давление Р2, баланс сил нарушится, мембрана пойдет вниз и регулирующий орган откроется. Такие регуляторы после возмущения приводят регулируемое давление к заданному значению независимо от величины нагрузки и положения регулирующего органа.

98

Равновесие системы может наступить только при заданном значении регулируемого давления, причем регулирующий орган может занимать любое положение. Такие регуляторы следует применять на сетях с большим самовыравниванием, например в газовых сетях низкогодавлениядостаточнобольшойемкости.

Статические регуляторы давления (рис. 5.24). Люфты, тре-

ние в сочленениях могут привести к тому, что регулирование станет неустойчивым. Для стабилизации процесса в регулятор вводят жесткую обратную связь. Такие регуляторы называются статическими. При статическом регулировании равновесное значение регулируемого давления всегда отличается от заданной величины, итолько при номинальной нагрузке фактическое значение становится равным номинальному. Характеризуются неравномерностью. В регуляторе груз заменен пружиной – стабилизирующим устройством. Усилие, развиваемое пружиной, пропорционально ее деформации. Когда мембрана находится вкрайнем верхнем положении (регулирующий орган закрыт), пружина приобретает наибольшую степень сжатия и Р2 – максимальное. При полностью открытом регулирующем органе значение Р2 уменьшается до минимального. Статическую характеристику регуляторов выбирают пологой, с тем чтобы неравномерность регулятора была небольшой, приэтомпроцессрегулированиястановитсязатухающим.

Рис. 5.24. Статический регулятор: 1 – регулирующий (дроссельный) орган; 2 – мембранно-пружинный привод; 3 – импульсная трубка; 4 – объект регулирования (газовая сеть)

Конструкция регуляторов давления газа должна удовлетворять следующим требованиям: зона пропорциональности не должна превышать 20 % верхнего предела настройки выходного

99

давления для комбинированных регуляторов и регуляторов баллонных установок и 10 % для всех других регуляторов; зона нечувствительности не должна быть более 2,5 % верхнего предела настройки выходного давления; постоянная времени (время переходного процесса регулирования при резких изменениях расхода газа или входного давления) не должна превышать 60 с.

5.2. Устьевое оборудование скважин

Устьевое оборудование скважин предназначено для герметизации трубного и затрубного пространства, направления добываемой жидкости в систему нефтесборного коллектора. С помощью устьевого оборудования осуществляется управление технологическими процессами и исследовательскими работами на скважине. В зависимости от давления, способа добычи продукции, количества колонн, назначения скважины выбирается соответствующая обвязка устья.

Устье скважины начинается колонной головкой, которая обвязывает, т.е. соединяет между собой техническую и обсадную колонны, и герметизирует пространство между ними. На верхний фланец колонной головки устанавливают фонтанную арматуру с манифольдами. В свою очередь, фонтанная арматура состоит из трубной головки и елки (рис. 5.25).

Трубная головка предназначена для подвески одного или двух рядов подъемных труб, их герметизации, а также позволяет выполнять технологические операции при освоении, эксплуатации и ремонте скважин. Колонны подъемных труб подвешивают к трубной головке на резьбе или муфте. В первом случае при однорядной конструкции лифта трубы подвешивают на стволовой катушке, при двухрядной – внутренний ряд труб на стволовой катушке, а наружный – на тройнике трубной головки. Во втором случае при однорядной конструкции лифта трубы подвешивают на муфтовой подвеске, устанавливаемой в крестовике трубной головки, при двухрядной для внутреннего ряда труб муфтовую подвеску устанавливают в тройнике трубной головки, а для наружного – в крестовике.

100