Wskazówka oparta na danych Pneumatyczne i elektryczne zaworki

W wysoce złożonym i wymagającym środowisku wydobycia ropy i gazu, zawory odgrywają kluczową rolę – działając jak systemy naczyniowe, aby precyzyjnie kontrolować przepływ płynów i zapewniać bezpieczne, wydajne i stabilne procesy produkcyjne. Siłownik zaworu, pełniący funkcję „serca”, które napędza te „naczynia”, bezpośrednio wpływa na ogólną wydajność i niezawodność systemu. Wybór odpowiedniego siłownika zaworu jest zatem kluczowy dla optymalizacji procesów produkcyjnych, obniżenia kosztów operacyjnych i spełnienia coraz bardziej rygorystycznych przepisów dotyczących ochrony środowiska.

Siłowniki zaworów to krytyczne komponenty, które łączą zawory z systemami sterowania. Ich główną funkcją jest napędzanie otwierania, zamykania lub regulacji zaworu na podstawie sygnałów sterujących (pneumatycznych, elektrycznych lub hydraulicznych), umożliwiając precyzyjną kontrolę przepływu płynu, ciśnienia i temperatury. Współpracując z korpusami zaworów i pozycjonerami, tworzą kompletne systemy sterowania. W operacjach wydobycia ropy i gazu na etapie wstępnym, siłowniki pneumatyczne i elektryczne stanowią dwa najpopularniejsze wybory.

W oparciu o źródło zasilania, siłowniki zaworów można podzielić na:

• Siłowniki pneumatyczne: Wykorzystują sprężone powietrze, oferując prostą strukturę, wysoką niezawodność i niższy koszt dla zastosowań o umiarkowanych wymaganiach dotyczących precyzji.
• Siłowniki elektryczne: Wykorzystują energię elektryczną, aby zapewnić wysoką dokładność sterowania, szybką reakcję i zaawansowane możliwości automatyzacji.
• Siłowniki hydrauliczne: Wykorzystują płyn hydrauliczny, aby zapewnić wysoki moment obrotowy i stabilność w zastosowaniach o dużym obciążeniu.
• Siłowniki ręczne: Obsługiwane ręcznie dla systemów niezautomatyzowanych lub sterowania zapasowego.

Siłowniki zaworów są szeroko stosowane w przemyśle wydobywczym ropy/gazu, rafineryjnym, chemicznym, energetycznym i uzdatniania wody dla:

• Kontroli przepływu i ciśnienia w odwiertach i rurociągach
• Regulacji parametrów procesowych w operacjach rafineryjnych i chemicznych
• Zarządzania mediami w elektrowniach
• Obsługi cieczy w systemach uzdatniania wody

Siłowniki pneumatyczne zazwyczaj składają się ze śrub regulacyjnych, korków odpowietrzających, pokryw zaworów, sprężyn, zespołów membranowych i trzpieni. Ich konstrukcja zabezpieczająca przed awarią automatycznie przywraca zawory do z góry określonych pozycji (zamkniętych lub otwartych) po utracie sygnału – kluczowa funkcja bezpieczeństwa w zastosowaniach przemysłowych.

• Niższe nakłady inwestycyjne
• Wysoka niezawodność w trudnych warunkach
• Wrodzona funkcjonalność zabezpieczająca przed awarią
• Szybki czas reakcji
• Uproszczona konserwacja

• Umiarkowana precyzja sterowania
• Ciągłe wymagania dotyczące sprężonego powietrza
• Potencjalne obawy dotyczące emisji
• Ograniczone możliwości automatyzacji
• Generowanie hałasu podczas pracy

Siłowniki pneumatyczne sprawdzają się w:

• Podstawowych zastosowaniach kontroli przepływu/ciśnienia
• Operacjach priorytetowo traktujących niezawodność
• Systemach krytycznych dla bezpieczeństwa wymagających funkcjonalności zabezpieczającej przed awarią
• Projektach z ograniczeniami kapitałowymi

Siłowniki elektryczne odbierają sygnały z zewnętrznych źródeł zasilania (np. sterowników silników, PLC lub RTU). Systemy te konwertują sygnały elektryczne (zazwyczaj 4-20mA) na ruch mechaniczny za pomocą napędzanych silnikiem przekładni, zapewniając precyzyjne pozycjonowanie zaworu.

• Wyższa dokładność sterowania
• Zaawansowana integracja automatyzacji
• Działanie bezemisyjne
• Wyższa efektywność energetyczna
• Zmniejszony poziom hałasu
• Kompleksowe możliwości rejestrowania danych

• Wyższa inwestycja początkowa
• Zwiększona złożoność konserwacji
• Zależność od stabilnego zasilania
• Umiarkowana prędkość reakcji
• Dodatkowe koszty certyfikatów dla stref zagrożonych

Siłowniki elektryczne są preferowane dla:

• Zastosowań wymagających precyzyjnej kontroli
• Zautomatyzowanych systemów procesowych
• Operacji wrażliwych na środowisko
• Wymagań monitorowania intensywnego danych

Kompletne systemy pneumatyczne integrują siłowniki z pozycjonerami i zaworami sterującymi. Pozycjonery monitorują zmienne procesowe (ciśnienie, temperatura) i przesyłają sygnały pneumatyczne do siłowników, tworząc sterowanie w pętli zamkniętej do zarządzania płynami.

Systemy elektryczne łączą siłowniki z inteligentnymi sterownikami i zaworami sterującymi, umożliwiając bezpośrednią integrację z cyfrowymi systemami sterowania w celu zaawansowanej automatyzacji i zdalnego monitorowania.

Siłowniki elektryczne zyskują przewagę w przypadku zaostrzonych przepisów dotyczących ochrony środowiska dzięki bezemisyjnej pracy. Systemy pneumatyczne mogą wymagać dodatkowych środków łagodzących, takich jak jednostki odzysku oparów.

Systemy elektryczne umożliwiają doskonałą automatyzację ze zdalnym monitorowaniem i możliwościami sterowania. Systemy pneumatyczne mogą osiągnąć podstawową automatyzację za pomocą konwerterów I/P, ale z ograniczoną funkcjonalnością.

Podczas gdy systemy pneumatyczne oferują niższe koszty początkowe, rozwiązania elektryczne mogą wykazywać lepszą wartość długoterminową dzięki oszczędności energii, zmniejszonej konserwacji i wydajności operacyjnej.

Siłowniki elektryczne zmniejszają interwencje w terenie poprzez zdalne działanie, potencjalnie obniżając wskaźniki wypadków w miejscu pracy w niebezpiecznych środowiskach.

1. Zdefiniuj wymagania operacyjne i ograniczenia
2. Zbierz dane techniczne i ekonomiczne dla alternatyw
3. Oceń charakterystyki wydajności
4. Oceń profile ryzyka
5. Przeprowadź analizę całkowitego kosztu posiadania
6. Wybierz optymalne rozwiązanie w oparciu o kryteria ważone

Siłowniki pneumatyczne pozostają powszechne w sterowaniu głowicami odwiertów ze względu na ich niezawodność, konstrukcję zabezpieczającą przed awarią i opłacalność w odległych lokalizacjach.

Siłowniki elektryczne zyskują preferencje w rafinacji ze względu na precyzyjną kontrolę temperatury i integrację z rozproszonymi systemami sterowania (DCS).

Przemysł jest świadkiem zwiększonego wykorzystania inteligentnych siłowników elektrycznych z możliwościami konserwacji predykcyjnej i łącznością IIoT. Jednak systemy pneumatyczne wciąż ewoluują dzięki ulepszonym materiałom i konstrukcjom dla specjalistycznych zastosowań.