Руководство по пневматическим и электрическим приводам клапанов на основе данных

В сложной и требовательной среде добычи нефти и газа клапаны играют решающую роль, функционируя как сосудистые системы для точного управления потоком жидкости и обеспечения безопасных, эффективных и стабильных производственных процессов. Привод клапана, служащий «сердцем», которое приводит в движение эти «сосуды», напрямую влияет на общую производительность и надежность системы. Поэтому выбор подходящего привода клапана имеет решающее значение для оптимизации производственных процессов, снижения эксплуатационных расходов и соответствия все более строгим экологическим нормам.

Приводы клапанов являются критически важными компонентами, которые соединяют клапаны с системами управления. Их основная функция заключается в управлении открытием, закрытием или регулировкой клапана на основе управляющих сигналов (пневматических, электрических или гидравлических), обеспечивая точное управление потоком жидкости, давлением и температурой. Работая совместно с корпусами клапанов и позиционерами, они образуют полные системы управления. В добыче нефти и газа пневматические и электрические приводы представляют собой два наиболее распространенных варианта.

В зависимости от источника питания приводы клапанов можно разделить на:

• Пневматические приводы: Используют сжатый воздух, предлагая простую структуру, высокую надежность и более низкую стоимость для применений с умеренными требованиями к точности.
• Электрические приводы: Используют электрическую энергию для обеспечения высокой точности управления, быстрого реагирования и расширенных возможностей автоматизации.
• Гидравлические приводы: Используют гидравлическую жидкость для обеспечения высокого крутящего момента и стабильности для тяжелых условий эксплуатации.
• Ручные приводы: Управляются вручную для неавтоматизированных систем или резервного управления.

Приводы клапанов широко используются в нефтегазодобыче, нефтепереработке, химической переработке, энергетике и водоочистке для:

• Управления потоком и давлением в скважинах и трубопроводах
• Регулирования технологических параметров в нефтепереработке и химических операциях
• Управления коммунальным хозяйством на электростанциях
• Обработки жидкостей в системах водоочистки

Пневматические приводы обычно состоят из регулировочных винтов, заглушек для вентиляции, крышек клапанов, пружин, диафрагменных узлов и штоков. Их отказоустойчивая конструкция автоматически возвращает клапаны в предопределенные положения (закрытое или открытое при отказе) при потере сигнала — критически важная функция безопасности в промышленных применениях.

• Более низкие капитальные затраты
• Высокая надежность в суровых условиях
• Встроенная отказоустойчивая функциональность
• Быстрое время отклика
• Упрощенное обслуживание

• Умеренная точность управления
• Необходимость постоянного сжатого воздуха
• Потенциальные проблемы с выбросами
• Ограниченные возможности автоматизации
• Шум во время работы

Пневматические приводы превосходны в:

• Приложениях базового управления потоком/давлением
• Операциях, уделяющих приоритетное внимание надежности
• Критически важных системах безопасности, требующих отказоустойчивости
• Проектах с ограниченным капиталом

Электрические приводы получают сигналы от внешних источников питания (например, контроллеров двигателей, ПЛК или RTU). Эти системы преобразуют электрические сигналы (обычно 4–20 мА) в механическое движение с помощью зубчатых передач с приводом от двигателя, обеспечивая точное позиционирование клапана.

• Превосходная точность управления
• Расширенная интеграция автоматизации
• Работа без выбросов
• Более высокая энергоэффективность
• Сниженный уровень шума
• Комплексные возможности регистрации данных

• Более высокие первоначальные инвестиции
• Повышенная сложность обслуживания
• Зависимость от стабильного электроснабжения
• Умеренная скорость отклика
• Дополнительные затраты на сертификацию для опасных зон

Электрические приводы предпочтительны для:

• Приложений точного управления
• Автоматизированных технологических систем
• Экологически чувствительных операций
• Требований к мониторингу с интенсивным использованием данных

Полные пневматические системы объединяют приводы с позиционерами и регулирующими клапанами. Позиционеры контролируют технологические переменные (давление, температуру) и передают пневматические сигналы на приводы, создавая замкнутый контур управления для управления жидкостью.

Электрические системы объединяют приводы с интеллектуальными контроллерами и регулирующими клапанами, обеспечивая прямую интеграцию с цифровыми системами управления для расширенной автоматизации и возможностей удаленного мониторинга.

Электрические приводы выигрывают благодаря своей работе без выбросов в условиях ужесточения экологических норм. Пневматические системы могут потребовать дополнительных мер по смягчению последствий, таких как установки рекуперации паров.

Электрические системы обеспечивают превосходную автоматизацию с возможностями удаленного мониторинга и управления. Пневматические системы могут обеспечить базовую автоматизацию с помощью преобразователей I/P, но с ограниченной функциональностью.

В то время как пневматические системы предлагают более низкие первоначальные затраты, электрические решения могут продемонстрировать лучшую долгосрочную ценность за счет экономии энергии, сокращения затрат на техническое обслуживание и повышения операционной эффективности.

Электрические приводы сокращают вмешательство в полевых условиях за счет удаленного управления, потенциально снижая количество несчастных случаев на рабочем месте в опасных условиях.

1. Определение эксплуатационных требований и ограничений
2. Сбор технических и экономических данных по альтернативам
3. Оценка эксплуатационных характеристик
4. Оценка профилей рисков
5. Проведение анализа общей стоимости владения
6. Выбор оптимального решения на основе взвешенных критериев

Пневматические приводы по-прежнему преобладают для управления устьями скважин благодаря своей надежности, отказоустойчивой конструкции и экономической эффективности в удаленных местах.

Электрические приводы получают предпочтение в нефтепереработке для точного контроля температуры и интеграции с распределенными системами управления (DCS).

Отрасль становится свидетелем все более широкого внедрения интеллектуальных электрических приводов с возможностями профилактического обслуживания и подключения к IIoT. Однако пневматические системы продолжают развиваться с улучшенными материалами и конструкциями для специализированных применений.