В процессе капитального ремонта нескольких фонтанных арматур для добычи газа было принято решение использовать новую конструкцию. Начиная с 2018 года на многих месторождениях в северной части Германии вместо конструкций с шиберными задвижками применяются новые цельные фонтанные елки со встроенными шаровыми кранами (рис. 1). Данная модель совмещает в себе компактность конструкции и преимущества герметичных шаровых кранов как при высоких, так и при низких давлениях. Решающим стал также положительный опыт применения предохранительных шаровых кранов в качестве дополнительных к быстрозапирающимся клапанам на наземных установках.
Инновационная конструкция, разработанная компанией Hartmann в тесном сотрудничестве c конечным пользователем, обеспечивает не только повышенную безопасность и простоту в эксплуатации, но и значительно снижает требования к техническому обслуживанию.
Устьевое оборудование является связующим звеном между подземной скважиной и наземной установкой. Таким образом, при выборе конструкции (материал, номинальное отверстие, номинальное давление и т. д.) необходимо учитывать как геологические условия, так и технологические требования установки.
Кроме повышенных требований к безопасности персонала и сохранению окружающей среды, крайне важны такие аспекты, как компактность корпуса для визуального восприятия. Помимо этого, срок службы устьевого оборудования должен составлять от 20 до 30 лет.
В процессе добычи газа или нефти в поток попадает множество твердых частиц и сопутствующих веществ. Это предъявляет высокие требования ко всем компонентам системы, в частности также к арматуре, которая в свою очередь должна обладать особой выносливостью и иметь длительный срок службы. Для минимизации времени и затрат на сборку всё большее значение приобретает скорость и простота установки устьевого оборудования.
Традиционно в качестве наземного компонента ёлочная конструкция реализуется как компактный целостный блок. На протяжении десятилетий ёлочные конструкции были укомплектованы шиберными задвижками, которые использовались в качестве запорных клапанов на многих станциях Северной Германии в качестве стандарта. Однако на некоторых участках эти шиберные задвижки не соответствовали установленным требованиям. Поэтому шиберные задвижки были заменены на шаровые краны, удовлетворяющие установленным требованиям.
Для повышения безопасности стали применять быстрозапирающиеся шаровые краны, которые могут в кратчайшие сроки отключить производственный поток. Клапаны также должны способствовать медленному повышению давления при запуске установки. Для удовлетворения этих требований компания Hartmann Valves разработала шаровой кран 4 1/16“ API 10,000 (690 бар) со специальным приводом. Данная концепция быстрого перекрытия (отсечки) потока при закрытии и медленного повышения давления в системе при открытии успешно применялась при добыче газа несколькими предприятиями в течение 15-20 лет даже при высокой доле серосодержащего газа.
Полностью металлическая система уплотнения с твёрдым покрытием «металл по металлу» между запорным элементом (шар) и седлами выдерживает очень быстрое время закрытия (1-2 с) без каких либо повреждений, а также успешно противостоит высоким скоростям потока, возникающим во время выравнивания давления при открытии крана. Усилия пружины пневматического двигателя рассчитаны так, чтобы закрыть шаровой кран за несколько секунд. Система управления, которая может быть настроена под условия заказчика, обеспечивает постепенное пошаговое открытие.
Благодаря положительному 10-летнему опыту работы шаровых кранов Hartmann на нефте- и газодобывающих объектах пользователя шаровые краны были выбраны в качестве компонентов будущего устьевого оборудования.
Таким образом, надежные шаровые краны имеют больше преимуществ с точки зрения безопасности и способствуют снижению требований к техническому обслуживанию: шаровые краны Hartmann с полностью металлическим уплотнением между шаром и сёдлами обеспечивают уровень протечки «A» при любых давлениях. Это означает, что они абсолютно газонепроницаемы не только при высоких, но и при низких давлениях (например, в старых и истощенных скважинах).
Ранее применяемые шиберные задвижки ввиду своей конструкции не могут обеспечить полной герметичности во время закрытия. Шаровые краны обеспечивают герметичность при помощи подпружиненных сёдел, где усилие пружин составляет 20-30 бар. Помимо этого, шаровые краны обеспечивают более высокий уровень безопасности, чем шиберные задвижки, поскольку они менее склонны к заклиниванию благодаря тому, что шар вращается только в пределах своего собственного объёма. Шиберная задвижка в свою очередь может заклинить при попадании и накапливании грязи в корпусе.
Одной из причин значительно более низких требований, предъявляемых к техническому обслуживанию, является тот факт, что регулярное «смазывание» (пополнение смазкой для уплотнения) не требуется. Следовательно, смазка не может попасть в поток среды, в компоненты установки, расположенные ниже по потоку. Попадание смазки в нижерасположенные компоненты может способствовать загрязнению фильтров или образованию эмульсий и способно значительно ухудшить производительность оборудования.
Кроме того, шаровые краны подвержены значительно меньшему износу штоков и их прокладок. Благодаря повороту на 90 ° (1/4 оборота) вместо 30-40 оборотов (или даже линейному перемещению) уменьшается износ.
Экономия средств на обслуживание приводит к значительному снижению затрат на содержание в течение всего срока службы. Основываясь на опыте, конечные пользователи утверждают, что шаровые краны Hartmann способны работать 10 лет без технического обслуживания.
Решающим фактором надёжности и долгого срока службы является правильный выбор материала и специального покрытия для обработки поверхности (например, против коррозии).
Помимо безопасности и простоты обслуживания, шаровые краны, встроенные в устьевое оборудование, также отличаются понятной эксплуатацией: положение (открытое или закрытое) очень просто определить по ромбовидным отметкам на коробке передач. В ёлочной конструкции с шиберными задвижками все элементы управления расположены спереди, а в конструкции с шаровыми кранами верхний шаровой кран и главный шаровой кран регулируются с задней части корпуса, благодаря чему персонал находится вне опасной зоны (например, в ходе ремонта).
Устьевое оборудование Hartmann с газонепроницаемыми шаровыми кранами зарекомендовало себя как очень качественное и надёжное для сферы хранения нефти и газа, а также в области геотермальной энергии. В каждом случае оборудование подбирается специально под требования клиента.
До настоящего времени на рынке не существовало блочных конструкций с пятью шаровыми кранами, выполненных как единый блок. В данном случае речь идёт о шаровых кранах 4 1/16“ API 10000 (690 бар) в исполнении «материал класс CC» и в температурном классе P/U. Данная компактная цельная конструкция объединяет функции нескольких шаровых кранов и компонентов устьевого оборудования в один модуль. Благодаря отсутствию однобарьерных фланцевых соединений размеры и вес уменьшаются, а общая безопасность повышается. Помимо этого, время установки сокращается, отпадает необходимость в подверженных коррозии гайках и болтах, дается абсолютно перпендикулярная установка с непрерывным проходным диаметром.
Установку поставили квалифицированные специалисты сервисной команды Hartmann, которые, по желанию заказчика, могут проводить регулярное техобслуживание, а инженерный персонал может предложить технически грамотное решение под условия заказчика.
Впервые ёлочные конструкции с шаровыми кранами в цельном блоке (рис. 2) начали эксплуатироваться в 2018 г. И уже сегодня можно заметить и оценить выгоду данной конструкции с точки зрения эксплуатационных расходов.
Также возможна установка при добыче газов с большим содержанием кислотных газов: специалисты Hartmann Valves уже имеют обширный опыт работы для удовлетворения высоких требований безопасности из-за потенциальной опасности, которую представляет сероводород, содержащийся в кислом газе – от использования материалов до неразрушающего контроля с предоставлением полной документации.
Сотрудничество, основанное на доверии и качестве, постоянная коммуникация непосредственно с руководством компании – вот что отличает компанию Hartmann Valves уже на протяжении десятилетий и что особенно ценят заказчики и потребители в отношениях с поставщиками. При этом решающее значение имеют гибкость, доступность, готовность помочь и принципиально новый подход.
Работа над текущими проектами всегда осуществляется совместно с конструкторским отделом, отделом продаж и сервисным отделом. Имеется также возможность посетить производство в Германии в любое время.
Размещено в номере: «Вестник арматуростроителя», № 7 (56) 2019
