Mga Uri ng Actuator para sa Mga Control Valve: Paano Pumili ng Tama para sa Serbisyo ng Langis at Gas

Sa isang fracturing site, ang huling bagay na gusto ng crew ay isang balbula na hindi gagalaw kapag ang treating pressure ay 15,000 psi. Ang actuator ay ang interface sa pagitan ng operator at ng sealing element ng balbula, at tinutukoy nito kung bubukas ang balbula sa loob ng tatlong segundo o nangangailangan ng isang buong minuto ng pag-ikot ng handwheel. Ang pagpili ng uri ng actuator para sa isang control valve sa serbisyo ng langis at gas ay bumaba sa apat na salik: torque demand, bilis ng pagtugon, pag-uugaling hindi ligtas, at ang power source na available sa wellhead.

Bakit Nagsisimula ang Pagpili ng Actuator sa Valve

Ang isang control valve actuator ay nagko-convert ng enerhiya mula sa isang pinagmumulan ng kapangyarihan sa mekanikal na paggalaw na kailangan upang ilipat ang elemento ng pagsasara ng balbula. Sa wellhead at fracturing service, ang elementong iyon ay karaniwang isang gate o plug sa loob ng API 6A-rated body. Ang balbula mismo ang tumutukoy sa mga kinakailangan ng actuator: kung ang stem ay gumagalaw nang linear o umiikot, kung gaano karaming torque ang kinakailangan upang masira ang seat seal, at kung paano kumikilos ang balbula sa pinakamataas na rated differential pressure.

Kumuha ng karaniwang API 6A gate valve. Ang tumataas na tangkay ay kailangang itulak ang gate sa upuan upang makamit ang shutoff. Dahil ang differential pressure sa kabila ng gate ay maaaring napakataas, ang breakaway torque ay kadalasang mas malaki kaysa sa running torque. Ang isang actuator na may sukat lamang para sa pagpapatakbo ng metalikang kuwintas ay maaaring tumigil sa panahon ng pagbubukas ng stroke o mabigo sa pag-upo nang buo kapag ang linya ay may presyon. Iyon ang dahilan kung bakit ang unang hakbang sa pagpili ng actuator ay upang malaman ang profile ng metalikang kuwintas ng balbula, hindi upang ihambing ang mga modelo ng actuator nang magkatabi. Ang geometry ng upuan ng API 6A standard gate valves gumaganap ng malaking bahagi sa pagtatakda ng profile na iyon.

Ang interface ng upuan ay nakakaapekto rin sa metalikang kuwintas. Sa mga hard-sealed na gate valve, ang metal-to-metal contact ay bumubuo ng sapat na puwersa upang hawakan ang presyon, at ang puwersang iyon ay lumilikha ng friction na dapat malampasan ng actuator. Ang parehong pansin sa mga pagpapahintulot sa machining ay nalalapat sa tangkay at kahon ng palaman. Ang proseso ng pagmamanupaktura tinutukoy kung gaano katumpak ang pagpihit at pagpapakintab ng tangkay, at pinapataas ng magaspang na ibabaw ng tangkay ang torque na dapat ibigay ng actuator. Ang isang actuator na mukhang tama ang laki sa papel ay maaaring maliit ang laki sa isang balbula na hindi na-machine sa parehong pamantayan.

Ang Pangunahing Uri ng Actuator para sa Control Valves

Limang uri ng actuator ang nangingibabaw sa serbisyo ng balbula ng langis at gas: manual, pneumatic, hydraulic, electric, at electro-hydraulic. Ang bawat isa ay may malinaw na angkop na lugar.

Mga Manu-manong Actuator

Gumagamit ang manual actuator ng handwheel o hand lever para paikutin ang stem. Ito ang pinakasimple at hindi gaanong mahal na opsyon, at lumilitaw pa rin ito sa maraming wellhead valve. Ang manual actuation ay may katuturan kapag ang balbula ay madalang na pinapatakbo, kapag walang power source na available, at kapag ang operating torque ay sapat na mababa para mahawakan ng isang tao. Ang limitasyon ay metalikang kuwintas. Sa isang malaking-butas na gate valve, ang handwheel ay maaaring mangailangan ng ilang daang newton-meters ng input effort, na nagiging mahirap para sa isang operator. Ang isang gearbox ay nagpaparami sa puwersa ng pag-input, ngunit pinapataas din nito ang bilang ng mga pagliko na kinakailangan upang i-stroke ang balbula.

niyumatik Actuator

Ang isang pneumatic actuator ay gumagamit ng naka-compress na hangin upang ilipat ang isang diaphragm o piston, na gumagawa ng isang linear o rotary na output. Ang mga pneumatic unit ay karaniwan sa mga planta ng proseso dahil karaniwang available ang hangin ng halaman, mabilis ang pagtugon, at ang disenyo ng spring-return ay maaaring mabigo sa pagbukas o pagkabigo sa pagsasara. Sa larangan ng langis, gayunpaman, ang naka-compress na hangin ay madalas na mahirap makuha, at ang lakas ng output ay nalilimitahan ng presyon ng suplay. Ang karaniwang hangin ng halaman ay 6 hanggang 8 bar, kaya ang pneumatic cylinder ay dapat na medyo malaki upang ilipat ang isang high-pressure na gate valve.

Mga Haydroliko Actuator

Ang mga hydraulic actuator ay bumubuo ng mas mataas na density ng puwersa kaysa sa mga pneumatic unit. Sa pamamagitan ng pagmamaneho ng piston na may hydraulic fluid sa 100 bar o higit pa, ang isang compact cylinder ay makakapaghatid ng torque na kailangan para sa malalaking gate valve, frac valve, at choke valve. Iyon ang dahilan kung bakit ang hydraulic actuation ay pamantayan sa mga subsea wellhead at frac equipment, kung saan limitado ang espasyo at ang balbula ay dapat gumalaw laban sa isang full pressure differential. Ang trade-off ay ang pagiging kumplikado ng system: kailangan mo ng hydraulic power unit, mga directional control valve, at malinis na likido na may mahusay na pagsasala.

Mga Electric Actuator

Ang isang electric actuator ay binubuo ng isang motor, isang gearbox, at isang control interface. Kailangan lang nito ng supply ng kuryente, at maaari itong magbigay ng feedback sa posisyon, paglilimita ng torque, at lokal o remote control. Ang mga electric actuator ay isang mahusay na akma para sa automated, hindi nag-aalaga na serbisyo. Ang kanilang kahinaan ay bilis at metalikang kuwintas sa sukdulan. Ang isang maginoo na motor ay hindi maaaring tumugma sa instantaneous torque ng hydraulic cylinder, at ang emergency shutdown na dapat magsara ng balbula sa loob ng ilang segundo ay maaaring lumampas sa kakayahan ng actuator.

Mga Electro-Hydraulic Actuator

Pinagsasama ng isang electro-hydraulic actuator ang isang de-koryenteng motor na may maliit na hydraulic pump at cylinder. Ito ay naghahatid ng torque density ng hydraulic power habang nangangailangan lamang ng electrical source. Ginagawa nitong magandang solusyon para sa mga malalayong lokasyon ng wellhead kung saan hindi praktikal ang central hydraulic power unit. Ang karagdagang pagiging kumplikado ay ang downside: mas maraming mga bahagi, mas maraming potensyal na mga punto ng pagkabigo, at isang mas mataas na halaga ng pagbili.

Paghahambing ng mga Uri ng Actuator

Ang talahanayan sa ibaba ay nagpapaliit sa field. Kumpirmahin ang mga detalye sa tagagawa ng balbula bago tapusin ang isang detalye.

Pansinin na walang solong hilera ang kumakatawan sa isang tiyak na sagot. Ang tamang pagpipilian ay nakasalalay sa tiyak na metalikang kuwintas ng balbula, ang kinakailangang bilis ng pag-stroking, ang posisyon ng pagkabigo na kailangan mo, at ang magagamit na mapagkukunan ng kuryente.

Mga Pagsasaalang-alang ng Actuator para sa Wellhead at Fracturing Valve

Ang kaligtasan at stem protection ay nagtutulak ng pagpili ng actuator para sa wellhead at fracturing valve. Sa isang Christmas tree, ang master valve at wing valve ay kadalasang manu-mano dahil hindi sila madalas na nagbibisikleta. Ngunit sa isang frac job, ikinokonekta ng frac head at high-pressure manifold ang wellhead sa mga pump na naghahatid ng 10,000 hanggang 20,000 psi. Kailangang iposisyon ng operator ang mga block valve nang mabilis at positibo. Hydraulic o electro-hydraulic actuation ang karaniwang solusyon, dahil ang mga tripulante ay maaaring umikot ng balbula sa ilalim ng buong presyon nang hindi direktang nakatayo sa likod nito.

Para sa API 6A gate valves na dapat magbigay ng positibong shutoff, ang actuator ay kailangang itugma sa stroke ng gate. Ang FC gate valve ay isang API 6A na disenyo na ginagamit sa wellhead at manifold service, at maaari itong ipares sa manual, hydraulic, o electric actuation. Kapag ipinares sa isang actuator, dapat na maingat na suriin ang pagkakahanay ng stem. Ang isang hindi naka-align na actuator ay maaaring magpataw ng side loading sa tangkay, na nakakasira sa mga ibabaw ng seal at nagdudulot ng pagtagas.

FC Gate Valve para sa API 6A Wellhead at Manifold Service Ang FC gate valve ay nakakatugon sa mga pamantayan ng API 6A na may forged alloy steel body at hard-faced sealing surface. Ang maaasahang pagganap nito ay ginagawang angkop para sa pag-drill ng fluid control sa kill, choke, at mud manifold. Tingnan ang Produkto →

Gumagamit ang lumalawak na gate valve ng mekanismo na gumagalaw sa gate bago ito lumawak sa upuan, na lumilikha ng metal-to-metal seal. Ang hakbang sa pagpapalawak ay nagdaragdag sa breakaway torque, kaya ang actuator ay dapat na sukat para sa ganap na pinalawak na posisyon. Kung ang balbula ay awtomatiko, dapat ipakita ng isang limit switch box ang aktwal na posisyon ng gate, hindi lamang ang pag-ikot ng actuator output shaft.

WKM Expanding Gate Valve na may Metal-to-Metal Seal Ang lumalawak na gate valve na ito ay nag-aalok ng mababang operating torque at disenyo ng metal seal, na available sa mga flanged o sinulid na dulo. Nababagay ito sa mga high-pressure na kapaligiran at sinisigurado ang walang-leak na operasyon. Tingnan ang Produkto →

Kung saan ang compressed air ay hindi available sa isang remote na wellhead, ang automated actuation ay nangangailangan ng alinman sa electric power o hydraulic pump. Sa isang frac site, ang pump skid ay may kasamang hydraulic power, kaya ang hydraulic actuation ay mas simple na isama kaysa sa pneumatic. Nananatiling magandang tugma ang mga electric actuator para sa mga linya ng produksyon kung saan gusto ng operator ang lokal o supervisory control.

Mga Praktikal na Hakbang para sa Pagtukoy ng Actuator

Nalalapat ang anim na hakbang na prosesong ito kung tinutukoy mo ang isang balbula para sa isang bagong wellhead o pinapalitan ang isang actuator sa isang kasalukuyang balbula.

1. Tukuyin ang valve torque sa pinakamasamang kaso ng differential pressure. Ang breakaway torque ay mas mataas kaysa sa running torque at tinutukoy ang laki ng actuator.
2. Piliin ang kinakailangang stroking time. Kung dapat magsara ang balbula sa loob ng limang segundo, inaalis nito ang ilang electric actuator.
3. Magpasya sa posisyon ng pagkabigo. Tinutukoy nito kung gumagamit ang actuator ng spring return, accumulator, o backup ng baterya.
4. Suriin ang pinagmumulan ng kuryente. Available ba ang compressed air, o may kuryente lang? May hydraulic power unit ba ang site?
5. I-verify ang koneksyon sa stem. Ang actuator output coupling ay dapat magkasya sa valve stem na walang side load, at ang yoke ay dapat na nakahanay sa stuffing box.
6. Kumpirmahin ang pangangalaga sa kapaligiran. Para sa serbisyo ng wellhead, ang actuator ay dapat na na-rate para sa temperatura ng kapaligiran, kahalumigmigan, at kinakaing gas.

Para sa mas mababang-torque production service, ang pagpili ng disenyo ng gate valve ay maaaring maka-impluwensya sa actuator package. Ang API 6A gate valves ay available sa ilang mga structural configuration, at ang napiling disenyo ay nakakaapekto sa torque na kailangang pagtagumpayan ng actuator. Ang FLS gate valve ay isang API 6A na disenyo na ginagamit sa wellhead at manifold service.

FLS Gate Valve na may Rear Seat Sealing at Forged Body Nagtatampok ang FLS gate valve ng metal-to-metal body seal at rear seat structure, na nagpapadali sa pagpapalit ng packing sa ilalim ng pressure. Ang forged alloy steel na katawan nito ay lumalaban sa kaagnasan at pagsusuot para sa pangmatagalang serbisyo. Tingnan ang Produkto →

Pangwakas na Pagsasaalang-alang

Ang tamang uri ng actuator para sa isang control valve ay isang kompromiso sa pagitan ng available na power, torque demand, bilis ng pagtugon, at fail-safe na gawi. Ang manual actuation ay praktikal para sa madalang na mababang-torque na serbisyo; Ang mga pneumatic at electric actuator ay umaangkop sa mga automated na pipeline ng produksyon; at ang mga hydraulic o electro-hydraulic system ay ang tamang pagpipilian para sa high-pressure, large-bore na wellhead at fracturing valve. Magsimula sa profile ng torque ng balbula, tukuyin ang mode ng pagkabigo, pagkatapos ay itugma ang actuator sa serbisyo.

Iniiwasan ng diskarteng iyon ang dalawang pinakakaraniwang pagkakamali: sobrang laki ng actuator para sa isang balbula na hindi nangangailangan ng ganoong kalaking metalikang kuwintas, at hindi gaanong sukat ito para sa isang balbula na gumagawa nito.