عملگرهای شیر برقی فراساحلی: 8 الزامات طراحی برای مشخصات فراساحلی

کف اقیانوس، شدیدترین محیط برای عملکرد دستگاه های مکانیکی است. فشار، دما و ماهیت خورنده آب، محیط را برای بقا بسیار سخت می کند.

با توجه به عدم امکان مداخله دستی، چنین محرک هایی در مقایسه با نمونه های سطحی خود، سطح کاملاً جدیدی از الزامات مهندسی را دارند.

مشخصات مناسب نیازمند دانش محیط و استانداردهای صنعتی موجود است.

محرک های شیر برقی فراساحلی چیستند؟

این یک دستگاه مکانیکی-الکتریکی است که شیرها را در چاه عمل می کند، باز، بسته یا عملکرد شیر را تنظیم می کند.

در حالی که محرک های سطحی می توانند توسط اپراتور سرویس شوند، محرک های زیردریایی ماه ها یا حتی سال ها به تنهایی کار می کنند.

اکثریت قریب به اتفاق محرک های شیر زیردریایی، محرک های متعادل کننده فشار هستند زیرا فشار محفظه با فشار آب دریا برابر می شود.

در غیر این صورت، اختلاف فشار در عمق 1000 متری آب، 100 بار، محفظه محرک استاندارد را کاملاً خرد می کند.

این واحدها در درختان تولید زیردریایی، منیفولدها، پایانه های خط لوله و سیستم های توزیع استفاده می شوند.

در هر کاربرد، شکست فقط یک مسئله نگهداری نیست. در عمق 3000 متری، هزینه مداخله برنامه ریزی نشده روزانه میلیون ها دلار است.

محرک الکتریکی در مقابل هیدرولیک در فراساحل: چرا صنعت به سمت الکتریکی حرکت می کند

محرک هیدرولیک برای دهه ها بر اتوماسیون شیرهای زیردریایی تسلط داشته است، عمدتاً به این دلیل که سیلندرهای هیدرولیک عملکرد فشرده و اثبات شده ایمن را ارائه می دادند.

مبادله، زیرساخت است.

واحدهای قدرت هیدرولیک در سطح نیازمند چندین کیلومتر لوله هیدرولیک هستند که تا کف دریا کشیده می شوند. این باعث اتلاف فشار تجمعی، اتلاف انرژی و لیستی طولانی از نقاط بالقوه نشت می شود.

محرک های الکتریکی به این وابستگی کابل برق پایان می دهند.

منبع تغذیه نصب شده برای سنسورها و سیستم های کنترل اغلب برای راه اندازی محرک الکتریکی کافی است. این نیاز به زیرساخت هیدرولیک اختصاصی را از بین می برد.

برخی از طرح های الکتریکی زیردریایی عملکرد را در اعماق تا 4000 متر نشان داده اند. این فقط از منبع تغذیه الکتریکی موجود به جای هرگونه اتصال هیدرولیک استفاده می کند.

کنترل دقیق یکی دیگر از محرک ها است. محرک های الکتریکی بازخورد موقعیت دقیق و کنترل سرعت متغیر را امکان پذیر می کنند که سیلندرهای هیدرولیک به سادگی نمی توانند با آن مطابقت داشته باشند.

با حرکت تولید فراساحلی به سمت سیستم های کاملاً الکتریکی زیردریایی، مورد فنی و اقتصادی برای اتوماسیون شیرهای الکتریکی زیردریایی همچنان در حال رشد است.

نحوه انتخاب محرک شیر برقی فراساحلی: 8 الزامات طراحی

مشخص کردن صحیح طراحی محرک شیر زیردریایی به معنای تأیید انطباق در هشت حوزه فنی متمایز است.

درجه بندی عمق و جبران فشار

محرک باید برای حداکثر عمق آب در محل نصب درجه بندی شود و تحمل فشار هیدرواستاتیک از طریق آزمایش هایپر باریک تأیید شود.

ISO 13628-6 تجهیزات سیستم تولید زیردریایی را اداره می کند و درجه بندی عمق 3000 متر برای کاربردهای آب عمیق استاندارد است. برخی از سیستم ها برای کارهای فوق عمیق تا 6000 متر واجد شرایط هستند.

سیستم های جبران فشار از بلوز یا جبران کننده های پیستونی پر شده با سیال دی الکتریک استفاده می کنند. این فشار داخلی محرک را با فشار آب دریا خارجی در کل محدوده عمق برابر می کند.

مشخصات مواد برای خوردگی آب دریا

مواد محفظه باید در برابر قرار گرفتن مداوم در معرض آب دریا، سولفید هیدروژن در محیط های سرویس ترش و خوردگی گالوانیکی از فلزات ناهمجنس مقاومت کنند.

فولاد ضد زنگ سوپر دوبلکس و تیتانیوم انتخاب های استاندارد مواد محفظه هستند. محدودیت های NACE MR0175 برای هر کاربردی که H2S در آن وجود دارد، اجباری است.

برای سرویس ترش، ISO 15156 آستانه را تعریف می کند. فشار جزئی H2S بیش از 0.3 کیلو پاسکال و pH کمتر از 3.5 الزامات مواد کامل NACE را در تمام اجزای خیس شده فعال می کند.

حفاظت از نفوذ و آب بندی

IP68 حداقل درجه حفاظت از نفوذ برای هر محرک الکتریکی زیر آب است که در عمق کار می کند.

برای کاربردهای نفت و گاز زیردریایی، این با تأیید طراحی از طریق آزمایش محفظه هایپر باریک در فشارهایی که از عمق درجه بندی شده فراتر می رود، تکمیل می شود.

آب بندهای دینامیکی باید در طول چرخه دما یکپارچگی خود را حفظ کنند. این بدان معناست که از دماهای نزدیک به انجماد کف دریا (تقریباً 2 تا 4 درجه سانتیگراد در آب عمیق) تا دماهای بالا در طول تولید.

ایمنی عملکردی تا SIL 3

سطح یکپارچگی ایمنی (SIL) تحت IEC 61508 و IEC 61511 احتمال خرابی در هنگام تقاضا برای عملکردهای محرک مرتبط با ایمنی را تعریف می کند.

سیستم های تولید زیردریایی معمولاً نیاز دارند انطباق SIL 2 یا SIL 3 ، به ویژه برای کاربردهای خاموش کردن تولید و شیرهای اضطراری.

انطباق SIL 3 نیازمند احتمال خرابی در هنگام تقاضا کمتر از 0.001 است. این امر مستلزم عناصر طراحی افزونه شامل سیستم های درایو دو موتوره، مسیرهای منبع تغذیه افزونه و نظارت مستقل موقعیت است.

سازگاری رابط ROV

همه محرک های شیر زیردریایی کاملاً الکتریکی نیستند. بسیاری از تأسیسات به یک رابط محرک شیر با قابلیت کار با ROV نیاز دارند.

این یا یک صفحه استاندارد یا یک سطل گشتاور است. از یکی که به یک وسیله نقلیه از راه دور اجازه می دهد تا در صورت خرابی محرک الکتریکی، شیر را به صورت دستی کار کند.

API 17D طراحی تجهیزات سر چاه و درخت زیردریایی را اداره می کند و شامل الزامات رابط برای ابزارهای مداخله ROV است.

هر محرک الکتریکی که برای کاربرد درخت یا منیفولد مشخص شده است باید شامل یک رابط جایگزین ROV سازگار باشد.

ارتباطات و بازخورد موقعیت

سیستم های اتوماسیون شیر زیردریایی نیاز به بازخورد موقعیت بلادرنگ و نظارت بر وضعیت دارند که به سطح منتقل می شود.

رابط های ارتباطی استاندارد شامل پروتکل های سریال RS422 و RS232 هستند، با رمزگذار موقعیت مطلق که داده های موقعیت شیر را حتی در طول رویدادهای قطع برق حفظ می کنند.

انکودرهای مطلق ۳۰ بیتی به دلیل حفظ حافظه موقعیت بدون نیاز به تنظیم مجدد پس از راه‌اندازی مجدد، در کاربردهای پرتقاضا مشخص می‌شوند.

این قابلیت در طول قطع برق در عمق، جایی که تأخیرهای تنظیم مجدد بر زمان تولید تأثیر می‌گذارد، اهمیت قابل توجهی دارد.

۷. سازگاری منبع تغذیه و بهره‌وری انرژی

عملگرهای الکتریکی زیردریایی باید به طور قابل اعتماد در محدوده بودجه برق سیستم توزیع زیردریایی عمل کنند.

سطوح ولتاژ برای سیستم‌های آب عمیق معمولاً از ۳ کیلو ولت تا ۱۵ کیلو ولت در واحد توزیع زیردریایی متغیر است. این به طور محلی به ولتاژ کاری عملگر کاهش می‌یابد.

بهره‌وری انرژی یک محدودیت طراحی واقعی است، نه یک چک‌باکس مشخصات. هر وات مصرفی در عمق باید از طریق چندین کیلومتر کابل اتصال منتقل شود.

عملگرهایی که مصرف برق بیکار را به حداقل می‌رسانند و از طرح‌های موتور کارآمد استفاده می‌کنند، مستقیماً هزینه‌های زیرساخت را کاهش می‌دهند.

۸. قابلیت بازیابی و طول عمر سرویس

از آنجایی که مداخله زیردریایی پرهزینه است، عملگرها یا برای طول عمر سرویس طولانی بدون مداخله یا برای قابلیت بازیابی مدولار طراحی شده‌اند. این اجازه می‌دهد تا عملگر بدون تأثیر بر شیر یا سیستم تولید به سطح بازیابی شود.

طرح‌های عملگر قابل بازیابی، همانطور که توسط چندین متخصص آب عمیق استفاده می‌شود، اجازه می‌دهد تا عملگر جدا شده و توسط ROV به سطح کشیده شود. این شیر را در آخرین موقعیت خود باقی می‌گذارد.

اهداف طول عمر سرویس برای طرح‌های غیر قابل بازیابی معمولاً از ۲۰ تا ۲۵ سال بدون نگهداری متغیر است.

محرک‌های الکتریکی درجه دریایی کجا استفاده می‌شوند؟

درختان تولید زیردریایی

درختان تولید جریان را از چاه‌های منفرد کنترل می‌کنند. شیرهای دروازه‌ای و توپی روی درخت توسط محرک‌های هیدرولیکی یا الکتریکی فعال می‌شوند.

گرایش به سمت طرح‌های تمام الکتریکی درخت در حال شتاب گرفتن است زیرا اپراتورهای میدان هزینه‌های کابل‌های هیدرولیکی را کاهش می‌دهند.

جداسازی خط لوله و منیفولد

منیفولدهای زیردریایی تولید را از چندین چاه به یک رایزر توزیع می‌کنند. شیرهای جداسازی روی این منیفولدها جریان بین چاه‌ها و بین منیفولد و خط لوله صادراتی را کنترل می‌کنند.

فعال‌سازی الکتریکی روی شیرهای منیفولد به اپراتورها کنترل دقیق‌تری بر مسیریابی تولید بدون زیرساخت هیدرولیکی می‌دهد.

کاربردهای HIPPS

سیستم‌های حفاظت فشار با یکپارچگی بالا از شیرهای فعال‌شده با بسته‌شدن سریع برای محافظت از تجهیزات پایین‌دستی در برابر رویدادهای فشار بیش از حد استفاده می‌کنند.

شیرهای HIPPS زیردریایی باید در چند ثانیه بسته شوند و یکپارچگی عملکرد ایمنی SIL 3 را حفظ کنند.

زمان‌های بسته‌شدن بسیار سریع، صرف نظر از درجه فشار شیر، محرک‌های الکتریکی را برای این کاربردها مناسب می‌سازد هنگامی که با مکانیزم‌های ایمنی بازگشتی فنری ترکیب می‌شوند.

محرک الکتریکی ATEX برای سکوهای فراساحلی: گواهینامه‌های کلیدی برای تأیید

هنگام ارزیابی محرک‌های شیر فراساحلی، تأیید گواهینامه‌های انطباق بین‌المللی تضمین می‌کند که شبکه لوله‌کشی شما ایمن و بدون نشتی باقی می‌ماند. کارخانه‌های جهانی با کیفیت بالا از این چارچوب‌های سخت‌گیرانه برای اثبات یکپارچگی ساختاری خود استفاده می‌کنند:

• ATEX و IECEx: برای هر محرکی که در مناطق خطرناک روی سکوهای فراساحلی نصب می‌شود، اجباری است. به دنبال رتبه‌بندی Ex db IIC T5 یا T6 برای محیط‌های گازی منطقه ۱ باشید.
• استانداردهای API: تامین‌کنندگان برتر تجهیزات خود را در برابر API 6D برای پیکربندی‌های خط لوله و API 17D برای تجهیزات درخت زیردریایی آزمایش می‌کنند.
• چارچوب‌های ISO: تولیدکنندگان معتبر انطباق گواهی شده با ISO 9001 برای کنترل کیفیت و ISO 14001/45001 برای ایمنی محیطی و عملیاتی را حفظ می‌کنند.

انتشار فرار: برای تضمین مهار مطلق مواد خطرناک، محرک‌های پیشرو درزهای ساقه خود را تحت آزمایش دقیق ISO 15848-1 قرار می‌دهند.

محرک‌های شیر الکتریکی فراساحلی: سوالات متداول

پرسش ۱. محرک‌های الکتریکی زیردریایی تا چه عمقی می‌توانند کار کنند؟

طرح‌های واجد شرایط فعلی بسته به سازنده و طراحی سیستم جبران فشار، تا عمق بین ۳۰۰۰ تا ۶۰۰۰ متر کار می‌کنند. برخی از کاربردهای تحقیقاتی و نظامی تخصصی از محرک‌هایی استفاده می‌کنند که تا ۶۸۰۰ متر واجد شرایط هستند.

۱. فصل دوم. عمر محرک‌های الکتریکی زیردریایی چقدر است؟

اهداف عمر خدماتی برای طرح‌های نصب دائمی معمولاً 20 تا 25 سال است. طرح‌های قابل بازیابی امکان تعویض محرک را بدون این محدودیت فراهم می‌کنند، زیرا واحد می‌تواند بازیابی و در سطح بازسازی شود.

۲. فصل سوم. آیا محرک‌های الکتریکی زیردریایی قابل تعمیر در زیر آب هستند؟

تعمیر مستقیم در زیر آب به طور کلی امکان‌پذیر نیست. طرح‌های قابل بازیابی به محرک اجازه می‌دهند تا برای بازرسی و تعمیر توسط ROV به سطح آورده شود، بدون نیاز به کشیدن کامل درخت یا منیفولد. طرح‌های غیرقابل بازیابی برای کل عمر میدان بدون مداخله تعمیر و نگهداری مهندسی شده‌اند.

۳. فصل چهارم. به چه درجه حفاظت IP برای محرک‌های سکوی دریایی نیاز دارم؟

برای تأسیسات سکوی بالایی که در معرض اسپری نمک و شستشوی عرشه هستند، حداقل IP67 لازم است. برای تأسیسات زیردریایی، یک استاندارد IP68 محرک الکتریکی دریایی درجه‌بندی مورد نیاز است - که از طریق آزمایش هایپرباریک در فشار عمق نامی تأیید می‌شود.